Федеральне агентство з освітиРосійської Федерації
Державна освітняустанова вищої професійної освіти
В«Ярославський державнийуніверситет ім. П. Г. Демидова В»
Кафедра загальної та експериментальноїфізики
Курсова робота
Рідкоземельні метали та їх полуторніоксиди
Науковий керівник
Доцент кафедри
Балабаєва Р.Ф.
Студент групи Ф-51В
Туркіна А.Н.
Ярославль 2009
ЗМІСТ
1. Введення
2. Рідкоземельні елементи
2.1 Європій
3. Вплив умов одержання полуторних оксидів РЗЕ на їх кристалічнабудову
3.1 Окислення металів
4. Фазові перетворення полуторних оксидів РЗЕ
4.1 Необоротні або повільно протікають фазові перетворення
4.2 Оборотні поліморфні перетворення
4.3 Вплив тиску на поліморфізм оксидів
5. Прості оксиди європію
6. Стійкість полуторних оксидів РЗЕ
7. Стабілізація метастабільних форм полуторних оксидів РЗЕ
8. Висновок
9. Список літератури
1. ВСТУП
Рідкоземельні елементи(У мінералогії - TR, від лат. Terra rarГЎ), хімічні елементи побічноїпідгрупи III групи періодичної системи Менделєєва: скандій Sc (атомнийномер Z = 21), ітрій Y (Z = 39), лантан La (Z = 57) і лантаноїди (14елементів, Z від 58 до 71). Sc, однак, не завжди відносять до рідкоземельнихелементам. У вільному вигляді - метали. Назва В«рідкоземельніВ» дано у зв'язку зтим, що вони, по-перше, порівняно рідко зустрічаються в земній корі і,по-друге, утворюють тугоплавкі, практично не розчинні у воді оксиди(Такі оксиди на початку 19 ст. Та раніше називалися В«землямиВ»). Важлива особливістьрідкоземельних елементів - їх спільне знаходження в природі. Наприклад,мінерал монацит - одне з основних джерел цих елементів - містить фосфатиY, La і ін Поділяються на иттриевую (Y, La,Gd-Lu) і церієву (Се-Eu) підгрупи. Елементи Се-Eu називають легенями, aCd-Lu-важкими лантаноїдами.
Електроннаструктура, лантаноідное стиск, електронна конфігурація РЗЕ дана в табл. 1, у іонівМ 3 + (М = Sc, Y, La) стійка конфігурація інертних газів. У Sc, Y іLa в освіті хімічного зв'язку беруть участь d- і s -електрони, уінших РЗЕ можуть брати участь також f -електрони, однак близькі хімічнівластивості РЗЕ визначаються головним чином зовнішніми d- і s -електронами.Тому ці елементи об'єднані в одну групу.
У стані М 3 + РЗЕ мають оболонку з 4 f n -електронами (крім Sc), в газовомустані-4 f n + 1 6 s 2 (крімLa, Ce, Gd і Lu, що мають оболонку 4 f n ), в металевому М В° -4 f n (для Еu і Yb-4 f n + 1 ).Передбачається, що вакантна, заповнена наполовину і заповнена повністю f -оболонкиволодіють підвищеною стійкістю. Тому Sc, Y, La, Gd і Lu утворюють тількиіони М 3 + , для Се і Тb стійко також стан М 4 + , адля Еu і Yb-також М 2 + . Крім електронної структури на стійкістьвалентних станів РЗЕ впливають і інші фактори: наприклад, іони Sm + ,Tm + (конфігурації f 7 і f 14 ) , Рr 5 + ( f 0 ) , Dy 5 + ( f 7 ) украй нестабільні.
2. Рідкоземельні елементи
РЗЕ-елементи- Метали сріблясто-білого кольору, деякі з жовтуватим відтінком (Рr, Nd).Вони пластичні і електропровідні, легко піддаються механічній обробці. Багатовластивості простих речовин і сполук змінюються симбатно в рядах La-Eu іGd-Yb. Особливо різко відрізняються властивості, що відображають перехід із зв'язаногостану у вільний і назад.
Наприклад, припереході з металевого стану в пароподібний мірою є тиск париметалів. При 25 В° С тиску парів РЗЕ розрізняються більш ніж на 40 порядків, апри 1000 В° С - приблизно на 10 порядків (мінімальний тиск характерно для La,Gd і Lu, максимальне - для Еu і Yb). Це пов'язано з великою різницею в енергії,необхідної для переходу 4 d -електрона на 5 d -рівень. З іншогобоку, є властивості, що залишаються приблизно постійними для всіх РЗЕ.Внаслідок лантаноідного стиснення при переході від La до Lu іонні радіуси РЗЕ та їхатомні радіуси (крім Еu і Yb) плавно зменшуються (рис. 1, 2), щільністьпростих речовин збільшується [31].
2.1 Європій
Європій - це хімічнийелемент, що знаходиться в третин групі періодичної системи Менделєєва івідноситься до лантаноїдів. Його атомний номер 63, атомна маса 151.96. М'якийметал, сріблясто-білого кольору, щільністю 5.2456 г/см3, температура плавлення= 826 0 С. По твердості європій дуже схожий на свинець-такий же м'якийі пластичний.
Європій - найлегшийз лантаноїдів, і самий нестійкий серед рідкоземельних елементів - уприсутності кисню повітря і вологи швидко окислюється (кородує).
У природі європій -малопоширений елемент, навіть серед рідкоземельних елементів європій -один з найрідкісніших, а тому і найбільш дорогих. У вільному вигляді незустрічається, входить до складу таких мінералів, як монацит (зневоднений фосфатрідкоземельних елементів церієвої групи - (Ce, La, Y, Th) PO 4 ), бастнезітта інших містять рідкоземельні елементи мінералів. У природні води європійпотрапляє в районах залягання порід, що містять рідкоземельні елементи, вВнаслідок його реакції з водою.
рідкоземельний елемент метал європій оксид
3. ВПЛИВ УМОВ ОТРИМАННЯ полуторнийОксидів рідкісноземельних елементів НА ЇХ кристалічної будови
3.1 Окислення металів
У монографії Серебряннікова [9] є вказівкапро те, що легкі рідкісноземельні метали при нагріванні в атмосфері киснюспалахують: в результаті горіння утворюються оксиди. Без нагріванняметалева поверхня в атмосфері сухого повітря зберігається досить довго,у вологому повітрі вона швидко покривається шаром оксиду.
Кілька більш докладні дані знаходяться вроботах Кремерс [10] і Лава [11]. Швидкість атмосферної корозії визначаласяЛавом на металевих зразках, вирізаних у вигляді пластин при температурах 35і 95 0 . Досліди проводили при різній відносній вогкості.Випробування при температурах 200, 400 і 600 В° проводили в трубчастої печі, черезяку продували слабкий струм повітря.
При атмосферному окисленні рідкоземельних металівутворюються гідратовані оксиди з великим об'ємним приростом. Це призводить доруйнування захисної оксидної плівки і оголення металевій поверхні.Кородує вплив повітря на рідкоземельні метали сильно залежить від природиостанніх. Європій окислюється майже так само енергійно, як і натрій. Лантан інеодим окислюються досить швидко (в сухому повітрі при кімнатній температурі зішвидкістю від 1 до 100 мг/дм 2 на добу). Швидкість окислення сильнозростає з помірним нагріванням, причому наявність парів води (75%-я відноснавологість) збільшує швидкість окислення при будь-якій температурі приблизнона один порядок. Інші рідкоземельні метали і нітрит набагато стійкіше.Швидкість їх окислення в сухому повітрі при кімнатній температурі дуже мала, але вонаістотно зростає з нагріванням (при температурах вище 200 В°) або у вологихумовах при температурах близько 100 0 . Самарій відрізняється великоюстійкістю в сухому повітрі, причому з підвищенням температури від 200 до 600 0 добова корозія зростає від 35 мг/дм 2 .
У роботі Лі Лінда і Гріна [12] для дослідженнявикористовувалися метали підвищеної чистоти (99.9%). Швидкість окислення зразківвизначалася в сухому і в насиченому вологою повітрі. Отримані результатидобре узгоджуються з даними роботи Лава [11] (дещо ме...
