Лантаніди, Лантаноїди — група з 15 хімічних елементів 3-ї групи періодичної системи з порядковими номерами 57—71 від лантану до лютецію. До лантанідів належать: лантан, церій, празеодим, неодим, прометій, самарій, європій, гадоліній, тербій, диспрозій, гольмій, ербій, тулій, ітербій, лютецій.
Лантаноїди | |
Названо на честь | лантан |
---|---|
Хімічний символ | Ln |
Лантаноїди у Вікісховищі |
Лантаніди — група м'яких, хімічно активних, сріблясто-білих металів, подібних за фізичними й хімічними властивостями до лантану, що зумовлюється однаковою будовою зовнішніх електронних оболонок їхніх атомів. Електронна конфігурація усіх лантанідів відрізняється числом електронів на внутрішній 4f-оболонці — від нуля у лантану до максимально можливого числа 14 для лютецію. Внаслідок лантаноїдного стиснення з ростом порядкового номера лантоноїду атомний чи йонний радіуси елементу зменшуються і досягають мінімум для лютецію.
Разом з лантаном, ітрієм і скандієм утворюють групу рідкісноземельних елементів.
Галерея
57 La | 58 Ce | 59 Pr | 60 Nd |
---|---|---|---|
61* Pm | 62 Sm | 63 Eu | 64 Gd |
65 Tb | 66 Dy | 67 Ho | 68 Er |
69 Tm | 70 Yb | 71 Lu |
Знаходження у природі
З погляду знаходження у природі лантаноїди діляться на 2 групи: церієву (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) та ітрієву (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Цей розподіл ґрунтується на тому, що в одних мінералах зустрічаються переважно церій і його «група», а в інших — ітрій разом з рештою елементів. До мінералів церієвої групи відноситься монацит (Ce, La, Nb….)PO4. Він утворює розсипи монацитового піску, куди, окрім нього, входить кварц, рутил, оксид торію. У монацитовому піску містяться всі мінерали церієвої групи. Елементи цієї ж групи містяться в ізоморфних фторокарбонатах (Ce, La….) FCO3 (бастнезит), а також у власному силікаті Ce2Si2O7 (церит). До мінералів ітрієвої групи належить ксенотим (Y, Eu, Gd,…)РО4, в якому лантаноїди ізоморфно заміщають один одного.
Другий по важливості рідкісноземельний мінерал — бастнезит — багато в чому схожий на нього. Бастнезит теж важкий, теж блискучий, теж не постійний за забарвленням (найчастіше яскраво-жовтий). Але хімічно з монацитом його поєднує тільки великий вміст лантану і лантаноїдів. Якщо монацит — фосфат, то бастнезит — флуорокарбонат рідкісних земель, його склад звичайно записують так: (La, Се)FCO3. Але, як часто буває, формула мінералу не повністю відображає його склад. У цьому випадку вона вказує лише на головні компоненти: у бастнезиті 36,9-40,5 % оксиду церію і майже стільки ж (у сумі) оксидів лантану, празеодиму і неодиму. Але звичайно у ньому є і решта лантаноїдів.
Є навіть селективний неодимовий мінерал — ешиніт. У цей мінерал входять оксиди кальцію, торію, танталу, ніобію, ітрію, лантану і лантаноїдів, з яких в ньому найбільше церію і неодиму.
Лантаноїди поширені в природі не однаково. Найбільш труднодоступні лантаноїди — тербій, тулій, лютецій (все це лантаноїди з непарними атомними номерами) — коштують дорожче золота і платини.
Ресурси лантанідів досить значні — сумарний масовий вміст лантанідів (разом з лантаном) у земній корі 0,01 %, що близько до вмісту міді. Найбільш розповсюдженими є La, Ce i Nd. Відомо понад 250 мінералів, які містять лантаніди. З них власних мінералів лантанідів — 60-65 (вміст рідкісних земель понад 5-8 %). Це головним чином фосфати, фториди або , титаноніобати. Найважливіші мінерали, які містять лантаніди: монацит, ксенотим, бастнезит, гадолініт, ортит, лопарит, евксеніт, фергусоніт, самарськіт. Лантаніди концентруються в різних типах магматогенних, осадових та метаморфогенних родовищ.
В Україні руди лантанідів не видобуваються. Потреби країни (бл. 100 т/рік) покриває імпорт. Промислові концентрації лантанідів виявлені у південно-східній та південно-західній частинах Українського щита.
Фізичні властивості
Лантаноїди у вигляді простих речовин — сріблясто-білі метали (празеодим і неодим злегка жовтуватого кольору), що блякнуть у вологому повітрі. Всі лантаноїди в основному мають структуру ГЩУ (гексаганально щільно упакована), за винятком європію (об'ємно-центровані кристалічні ґратки), ітербію (гранецентровані кристалічні ґратки) і самарію, який кристалізується у ромбоедричній структурі. Метали підродини церію пластичні, порівняно м'які, причому їх твердість зростає із збільшенням атомного номера, за винятком ітербію, який має аномально високу провідність; вона в 3 рази більша, ніж у інших лантаноїдів, які за цим параметром наближаються до ртуті. Всі лантаноїди — парамагнетики, але лютецій має слабку магнітну сприйнятливість, а європій, гадоліній, диспрозій і ербій при температурі, нижчій за кімнатну, володіють феромагнетизмом. Тільки гадоліній має найвищу точку Кюрі (16 °С). Цікаві магнітні властивості має диспрозій, який залежно від температури проявляє властивості парамагнетика, феромагнетика і антиферомагнетика. Найбільш тугоплавкими є тулій і лютецій. У характері зміни tпл лантаноїдів чітко виявляється внутрішня періодичність. Мінімальні tпл мають європій і ітербій, у яких є стійкі 4f75d°6s2 і 4f145d°6s2 електронні конфігурації. Легкоплавкі лантан, церій і празеодим характеризуються високими tкип, тобто є важковипаровуваними. Європій і ітербій у ряді лантаноїдів мають найнижчі tкип — найбільш леткі. Гадоліній відрізняється від інших лантаноїдів найбільшим електричним опором і теплопровідністю. Лист металевого гадолінію у декілька сантиметрів має таку ж надійність, що і багатометрова товща бетону або води. Електропровідність ітербію в 3 рази більше, ніж у решти лантаноїдів.
Всі лантаноїди — досить важкі метали.
Фізичні властивості лантаноїдів:
Елемент | ρ, г/см3 | Тпл, 0С | Ткип, 0С |
---|---|---|---|
Лантан | 6,17 | 920 | 3454 |
Церій | 6,66 | 795 | 3257 |
Празеодим | 6,78 | 935 | 3212 |
Неодим | 7,00 | 1024 | 3127 |
Прометій | 7,22 | 1027 | 2730 |
Самарій | 7,54 | 1072 | 1752 |
Європій | 5,26 | 826 | 1597 |
Гадоліній | 7,90 | 1321 | 3233 |
Тербій | 8,27 | 1356 | 3041 |
Диспрозій | 8,54 | 1406 | 2335 |
Гольмій | 8,80 | 1461 | 2572 |
Ербій | 9,05 | 1497 | 2510 |
Тулій | 9,33 | 1545 | 1732 |
Ітербій | 6,98 | 824 | 1193 |
Лютецій | 9,84 | 1652 | 3315 |
Хімічні властивості
За своїми хімічними властивостями лантаноїди — досить активні метали, що взаємодіють з більшістю неметалів і утворюють сплави з багатьма металами. Із збільшенням порядкового номера лантаноїду його хімічна активність зменшується. Наприклад, церій на повітрі згорає при нижчій температурі, ніж магній і алюміній, неодим окиснюється поволі, а гадоліній стійкий на повітрі протягом багатьох місяців.
Усі лантаноїди взаємодіють з водою з виділенням водню:
2Ме + 6Н2О→2Ме(ОН)3 + ЗН2↑
Се + 2Н2О → СеО2 + 2Н2↑
Реагуючи з водою, тільки європій утворює розчинний кристалогідрат жовтого кольору, який при зберіганні біліє. Очевидно, тут відбувається подальше розкладання до оксиду європію:
2Eu + 10Н2О → 2Eu(ОН)3 •2Н2О + 5Н2↑
2Eu(OH)3 •2H2O → Eu2О3 + 5Н2О
Хімічна активність простих речовин лантаноїдів дуже висока, тому вони взаємодіють майже зі всіма елементами періодичної системи.
Лантаноїди також утворюють безперервні тверді розчини з металами підгрупи галію. При взаємодії лантаноїдів, наприклад, із скандієм виникають дуже міцні металіди.
Отримання лантаноїдів
Основний спосіб отримання лантаноїдів — відновлення металів з їх оксидів воднем або іншими відновниками.
А. Н. Даапе і Ф.Спендінг розробили двостадійний спосіб отримання елементарного диспрозію. Спочатку окисел диспрозію перетворюють на фторид, на який потім діють металевим кальцієм при швидкому нагріванні: Dy2O3 + 6HF → 2DyF3 + ЗН2О 2DyF3 + ЗСа1500 °C → 3CaF2 + 2Dy
Такий спосіб дозволяє одержувати метал високої чистоти. Тербій одержують, відновлюючи Tb2Оз кальцієм або електролізом розплаву TbC13.
Завдяки впровадженню передових технологій отримання лантаноїдів, такі, як іонний обмін, зонна плавка, екстракція, одержують метали з великим виходом і високої чистоти.
Теоретично з броміду самарію можливо виділити чистий метал. Проте при взаємодії з активними металами основна маса початкової речовини сублімується: SmBr2 + Ва → Sm + BaBr2.
Лантан одержують з монациту в декілька стадій. Перша стадія концентрації відбувається вже на дразі. Густина монациту 4,9-5,3, а звичного піску — в середньому 2,7 г/см³. При такій різниці у вазі гравітаційне розділення не становить особливих труднощів. Але, окрім монациту, в тих же пісках є інші важкі мінерали. Тому щоб одержати монацитовий концентрат чистотою 92-96 %, застосовують комплекс гравітаційних, магнітних і електростатичних методів збагачення. У результаті попутно одержують ільменітовий рутил, цирконовий та інші цінні концентрати.
Як і всякий мінерал, монацит треба «розкрити». Найчастіше монацитовий концентрат обробляють для цього концентрованою сірчаною кислотою. Сульфати рідкісноземельних елементів і торію, що утворюються, вилуговують звичайною водою. Після того, як вони перейдуть в розчин, в осаді залишаються кремнезем і частина циркону, що не відділилася на попередніх стадіях.
На наступній стадії розділення витягують короткоіснуючий радій-228, а потім і торій — іноді разом з церієм, іноді окремо. Відділення церію від лантану і суміші ланта-ноїдів не особливо складне: на відміну від них, він здатний проявляти валентність 4+ і у вигляді гідроксиду Се(ОН)4 переходити в осад, тоді як його тривалентні аналоги залишаються в розчині. Варто відзначити, що операція відділення церію, як, втім, і попередні, проводиться багато разів — щоб якомога повніше «вичавити» дорогий рідкоземельний концентрат.
Після того, як церій, виділений в розчині найбільше лантану (у вигляді нітрату La(NO3)3, оскільки на одній із проміжних стадій сірчана кислота була замінена азотною, щоб полегшити подальше розділення). З цього розчину і одержують лантан, додаючи аміак, нітрати амонію і кад-мію. За наявності Cd(NO3)2 розділення більш повно. За допомогою цих речовин всі лантаноїди переходять в осад, у фільтраті ж залишаються лише кадмій і лантан. Кадмій обкладають сірководнем, відділяють осад, а розчин нітрату лантану ще кілька разів очищають дробовою кристалізацією від домішок лантаноїдів.
Таким чином, одержують хлорид лантану LaC13-. Електроліз розплавленого хлориду дає лантан чистотою до 99,5 %. Ще чистіший лантан (99,79 % і вище) одержують кальцієтермічним способом. Така традиційна класична технологія.
Застосування лантаноїдів
Лантаніди знайшли дуже широке застосування в промисловості, техніці і металургії. З лантаноїдами пов'язана одна з найзначніших подій останніх десятиліть у чорній металургії.
При отриманні високоміцного чавуну модифікують його магнієм. Добавка магнію примушує графіт перейти в кулясту або глобулярну форму, що більш рівномірно розподіляється в металі. У результаті значно поліпшується структура, а з нею і механічні властивості чавуну. Проте легування чавуну магнієм вимагає додаткових витрат: реакція відбувається дуже бурхливо, розплавлений метал бризкає в усі боки, у зв'язку з чим доводилося споруджувати для цього процесу спеціальні камери.
Лантаноїди діють на метал аналогічно: «прибирають» оксидні домішки, зв'язують і виводять сірку, сприяють переходу графіту у глобулярну форму. І при цьому немає потреби в спеціальних камерах — реакція проходить спокійно.
На тонну чавуну вводять всього 4 кг (0,4 %) сплаву фероцерію з магнієм, і міцність чавуну збільшується удвічі. Такий чавун у багатьох випадках можна використовувати замість сталі, зокрема при виготовленні колінчастих валів. Високоміцний чавун на 20-25 % дешевше за решту відливань і в 3-4 рази дешевше сталевих поковок. Стійкість проти стирання у чавунних шийок валів виявилася в 2-3 рази вище, ніж у сталевих. Колінчасті вали з високоміцного чавуну вже працюють в тепловозах, тракторах та інших важких машинах.
Рідкоземельні елементи додають в сталь різних сортів в основному у вигляді сплаву із залізом (фероцерій) або у вигляді мішметалу (49,5–65 % Се, до 44 % La, Pr, Nd, 4,5-5 % Fe, 0,5 % А1 та ін.). У всіх випадках ця добавка працює як сильний розкиснювач, чудовий дегазатор і десульфатор. У деяких випадках лантаноїдами легують леговану сталь. Хромонікелеві сталі важко прокатувати. Всього 0,03 % мішметалу, введені в таку сталь, набагато збільшує її пластичність. Це полегшує обробку металу різанням і виготовлення поковок.
Рідкоземельні елементи вводять і до складу легких сплавів. Відомий, наприклад, жароміцний сплав алюмінію з 11 % мішметалу. Добавки лантану, церію, неодиму і празеодиму дозволили більш ніж утричі підняти температуру розм'якшення магнієвих сплавів і одночасно підвищили їх корозійну стійкість. Після цього сплави магнію з рідкоземельними елементами стали застосовувати для виготовлення деталей надзвукових літаків, оболонок штучних супутників Землі, керованих снарядів. На основі церію і мішметалу виготовляють пірофорні сплави, що дають іскру при терті. Такі сплави застосовують при створенні трасуючих куль, снарядів. На снаряд надягають насадку з пірофорного сплаву, а роль диска, що висікає іскру, відіграє тертя об повітря.
Рідкоземельні добавки покращують властивості і інших важливих металів: міді, хрому, ванадію, титану та ін.
П'ятипроцентна добавка гадолінію помітно підвищує міцність і межу текучості сплавів на титановій основі. Диспрозієві добавки (разом з ербієм і самарієм) застосовують до сплавів на основі цирконію. Такі сплави набагато кращі, ніж чистий цирконій, піддаються обробці тиском. Можливе також і легування цинку диспрозієм.
Сполуки гадолінію зберігають магнітні властивості. При наднизьких температурах сплав гадолінію з церієм і рутенієм набуває надпровідності, будучи ідеальним провідником електрики. Оксид гадолінію, доданий до феритів, дозволяє збільшити контрастність рентгенівських знімків, а борид (GdB) дозволяє створювати катоди електронних приладів з дуже великими термінами дії. Таким чином, для магнетохімії становлять інтерес і сам гадоліній, і його сполуки, і сплави. Інший сплав гадолінію з титаном застосовують як активатор у стартерах люмінесцентних ламп.
Інтерметаліди самарію є чудовим матеріалом для створення сильних постійних магнітів — SmCo5, що входять до складу сплаву самарію з кобальтом. Такий магніт розміром з кулак може підняти «Жигулі» з чотирма пасажирами.
Друга не менш важлива галузь застосування лантаноїдів — атомна енергетика. У гадолінію-157 (його частка в природній суміші 15,68 %) перетин захоплення перевищує 150000 барн. Це «рекордсмен» серед усіх стабільних ізотопів. Великий перетин захоплення гадолінію дає можливість застосовувати його при управлінні ланцюговою ядерною реакцією і для захисту від нейтронів.
Прометій-147 використовують у мініатюрних (не більше канцелярської кнопки) атомних батареях. Вони здатні давати енергію протягом декількох років.
Сплави церію з плутонієм і торієм використовуються як ядерне паливо.
Оптична промисловість теж є хорошим споживачем лантаноїдів і їх сполук. Широко використовують оксид лантану — головний компонент оптичних стекол. Додавання оксиду лантану в стекла підвищує їх показник заломлення і дає можливість зменшити розміри фотооб'єктива при тій самій світлосилі і набагато поліпшити якість кольорової зйомки.
Разом з неодимом і церієм празеодим входить до складу захисних стекол для зварювальних робіт. Неодимові стекла використовують у лазерах. Оксид неодиму при вмісті його не нижче 4,3 % додає склу так званий «олександритовий» ефект — здатність змінювати своє забарвлення залежно від освітлення. Неодимове скло використовують не тільки для виготовлення красивих ваз і художніх виробів. Іон Nd3+ дає лазерне випромінювання в інфрачервоній області спектру. Для спеціальних стекол одержують окисел неодиму надзвичайно високої чистоти — 99,996 % Nd2O3. Самарій вводять до складу стекол, здатних люмінесціювати і поглинати інфрачервоне проміння. Празеодим забарвлює скло в яскраво — зелений колір, церій — у світло-жовтий. Важливе значення набув європій як активатор люмінофорів. Зокрема, окисел, оксисульфід і ортованадат ітрію YVO4, використовувані для отримання червоного кольору на телевізійних екранах, активуються мікродомішками європію. Мають практичне значення й інші люмінофори, активовані європієм. Основу їх складають сульфіди цинку і стронцію, фториди натрію і кальцію, силікати кальцію і барію.
Багато лантаноїдів застосовують і в кераміці. Кераміку з добавками церію використовують у ракетобудуванні: вона тугоплавка. На основі ітрію з додаванням цирконію робиться жароміцна кераміка. Деякі її різновиди прозорі як скло. Керамічні матеріали, в які входить окисел самарію (порошок блідо-кремового кольору), стали використовувати як захисні матеріалів в реакторобудуванні. Оксиди гадолінію, самарію і європію входять до складу захисних керамічних покриттів від теплових нейтронів у ядерних реакторах. Церій використовується в газогартівних лампах.
Не обійшли лантаноїди і хімічну галузь. Сполуки лантаноїдів використовуються як каталізатори. Здатність їх з'єднуватися з атмосферними газами використовується для створення високого вакууму. Оксид празеодиму корисний для каталітичного процесу низькотемпературного окиснення аміаку. Цей же оксид застосовують як діелектрик з мінімальним коефіцієнтом теплового розширення.
Вельми значною сферою застосування оксидів лантаноїдів є абразивні матеріали, наприклад, добре відомий склад «полірит». Це найефективніший порошок для полірування.
Примітки
- Lanthanide [ 11 вересня 2011 у Wayback Machine.], Encyclopedia Britannica on-line
- Любич О. Й., Пчелінцев В. О. Фізичні основи металургії кольорових і рідкоземельних металів: Навч. посібник. — Суми: Вид-во СумДУ, 2009 с.195
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — .
- Любич О. Й., Пчелінцев В. О. Фізичні основи металургії кольорових і рідкоземельних металів: Навч. посібник. — Суми: Вид-во СумДУ, 2009
Див. також
- Зоря Пшибильського (зоря з аномально високим вмістом лантанідів у спектрі)
Це незавершена стаття з хімії. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Ця стаття потребує додаткових для поліпшення її . (жовтень 2016) |
Цю статтю треба для відповідності Вікіпедії. (Червень 2012) |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Lantanidi Lantanoyidi grupa z 15 himichnih elementiv 3 yi grupi periodichnoyi sistemi z poryadkovimi nomerami 57 71 vid lantanu do lyuteciyu Do lantanidiv nalezhat lantan cerij prazeodim neodim prometij samarij yevropij gadolinij terbij disprozij golmij erbij tulij iterbij lyutecij Lantanoyidi Nazvano na chestlantan Himichnij simvolLn Lantanoyidi u Vikishovishi Lantanidi grupa m yakih himichno aktivnih sriblyasto bilih metaliv podibnih za fizichnimi j himichnimi vlastivostyami do lantanu sho zumovlyuyetsya odnakovoyu budovoyu zovnishnih elektronnih obolonok yihnih atomiv Elektronna konfiguraciya usih lantanidiv vidriznyayetsya chislom elektroniv na vnutrishnij 4f obolonci vid nulya u lantanu do maksimalno mozhlivogo chisla 14 dlya lyuteciyu Vnaslidok lantanoyidnogo stisnennya z rostom poryadkovogo nomera lantonoyidu atomnij chi jonnij radiusi elementu zmenshuyutsya i dosyagayut minimum dlya lyuteciyu Razom z lantanom itriyem i skandiyem utvoryuyut grupu ridkisnozemelnih elementiv Galereya57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 LuZnahodzhennya u prirodiZ poglyadu znahodzhennya u prirodi lantanoyidi dilyatsya na 2 grupi ceriyevu Ce Pr Nd Pm Sm Eu ta itriyevu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Cej rozpodil gruntuyetsya na tomu sho v odnih mineralah zustrichayutsya perevazhno cerij i jogo grupa a v inshih itrij razom z reshtoyu elementiv Do mineraliv ceriyevoyi grupi vidnositsya monacit Ce La Nb PO4 Vin utvoryuye rozsipi monacitovogo pisku kudi okrim nogo vhodit kvarc rutil oksid toriyu U monacitovomu pisku mistyatsya vsi minerali ceriyevoyi grupi Elementi ciyeyi zh grupi mistyatsya v izomorfnih ftorokarbonatah Ce La FCO3 bastnezit a takozh u vlasnomu silikati Ce2Si2O7 cerit Do mineraliv itriyevoyi grupi nalezhit ksenotim Y Eu Gd RO4 v yakomu lantanoyidi izomorfno zamishayut odin odnogo Drugij po vazhlivosti ridkisnozemelnij mineral bastnezit bagato v chomu shozhij na nogo Bastnezit tezh vazhkij tezh bliskuchij tezh ne postijnij za zabarvlennyam najchastishe yaskravo zhovtij Ale himichno z monacitom jogo poyednuye tilki velikij vmist lantanu i lantanoyidiv Yaksho monacit fosfat to bastnezit fluorokarbonat ridkisnih zemel jogo sklad zvichajno zapisuyut tak La Se FCO3 Ale yak chasto buvaye formula mineralu ne povnistyu vidobrazhaye jogo sklad U comu vipadku vona vkazuye lishe na golovni komponenti u bastneziti 36 9 40 5 oksidu ceriyu i majzhe stilki zh u sumi oksidiv lantanu prazeodimu i neodimu Ale zvichajno u nomu ye i reshta lantanoyidiv Ye navit selektivnij neodimovij mineral eshinit U cej mineral vhodyat oksidi kalciyu toriyu tantalu niobiyu itriyu lantanu i lantanoyidiv z yakih v nomu najbilshe ceriyu i neodimu Lantanoyidi poshireni v prirodi ne odnakovo Najbilsh trudnodostupni lantanoyidi terbij tulij lyutecij vse ce lantanoyidi z neparnimi atomnimi nomerami koshtuyut dorozhche zolota i platini Resursi lantanidiv dosit znachni sumarnij masovij vmist lantanidiv razom z lantanom u zemnij kori 0 01 sho blizko do vmistu midi Najbilsh rozpovsyudzhenimi ye La Ce i Nd Vidomo ponad 250 mineraliv yaki mistyat lantanidi Z nih vlasnih mineraliv lantanidiv 60 65 vmist ridkisnih zemel ponad 5 8 Ce golovnim chinom fosfati ftoridi abo titanoniobati Najvazhlivishi minerali yaki mistyat lantanidi monacit ksenotim bastnezit gadolinit ortit loparit evksenit fergusonit samarskit Lantanidi koncentruyutsya v riznih tipah magmatogennih osadovih ta metamorfogennih rodovish V Ukrayini rudi lantanidiv ne vidobuvayutsya Potrebi krayini bl 100 t rik pokrivaye import Promislovi koncentraciyi lantanidiv viyavleni u pivdenno shidnij ta pivdenno zahidnij chastinah Ukrayinskogo shita Fizichni vlastivostiLantanoyidi u viglyadi prostih rechovin sriblyasto bili metali prazeodim i neodim zlegka zhovtuvatogo koloru sho blyaknut u vologomu povitri Vsi lantanoyidi v osnovnomu mayut strukturu GShU geksaganalno shilno upakovana za vinyatkom yevropiyu ob yemno centrovani kristalichni gratki iterbiyu granecentrovani kristalichni gratki i samariyu yakij kristalizuyetsya u romboedrichnij strukturi Metali pidrodini ceriyu plastichni porivnyano m yaki prichomu yih tverdist zrostaye iz zbilshennyam atomnogo nomera za vinyatkom iterbiyu yakij maye anomalno visoku providnist vona v 3 razi bilsha nizh u inshih lantanoyidiv yaki za cim parametrom nablizhayutsya do rtuti Vsi lantanoyidi paramagnetiki ale lyutecij maye slabku magnitnu sprijnyatlivist a yevropij gadolinij disprozij i erbij pri temperaturi nizhchij za kimnatnu volodiyut feromagnetizmom Tilki gadolinij maye najvishu tochku Kyuri 16 S Cikavi magnitni vlastivosti maye disprozij yakij zalezhno vid temperaturi proyavlyaye vlastivosti paramagnetika feromagnetika i antiferomagnetika Najbilsh tugoplavkimi ye tulij i lyutecij U harakteri zmini tpl lantanoyidiv chitko viyavlyayetsya vnutrishnya periodichnist Minimalni tpl mayut yevropij i iterbij u yakih ye stijki 4f75d 6s2 i 4f145d 6s2 elektronni konfiguraciyi Legkoplavki lantan cerij i prazeodim harakterizuyutsya visokimi tkip tobto ye vazhkoviparovuvanimi Yevropij i iterbij u ryadi lantanoyidiv mayut najnizhchi tkip najbilsh letki Gadolinij vidriznyayetsya vid inshih lantanoyidiv najbilshim elektrichnim oporom i teploprovidnistyu List metalevogo gadoliniyu u dekilka santimetriv maye taku zh nadijnist sho i bagatometrova tovsha betonu abo vodi Elektroprovidnist iterbiyu v 3 razi bilshe nizh u reshti lantanoyidiv Vsi lantanoyidi dosit vazhki metali Fizichni vlastivosti lantanoyidiv Element r g sm3 Tpl 0S Tkip 0S Lantan 6 17 920 3454 Cerij 6 66 795 3257 Prazeodim 6 78 935 3212 Neodim 7 00 1024 3127 Prometij 7 22 1027 2730 Samarij 7 54 1072 1752 Yevropij 5 26 826 1597 Gadolinij 7 90 1321 3233 Terbij 8 27 1356 3041 Disprozij 8 54 1406 2335 Golmij 8 80 1461 2572 Erbij 9 05 1497 2510 Tulij 9 33 1545 1732 Iterbij 6 98 824 1193 Lyutecij 9 84 1652 3315Himichni vlastivostiZa svoyimi himichnimi vlastivostyami lantanoyidi dosit aktivni metali sho vzayemodiyut z bilshistyu nemetaliv i utvoryuyut splavi z bagatma metalami Iz zbilshennyam poryadkovogo nomera lantanoyidu jogo himichna aktivnist zmenshuyetsya Napriklad cerij na povitri zgoraye pri nizhchij temperaturi nizh magnij i alyuminij neodim okisnyuyetsya povoli a gadolinij stijkij na povitri protyagom bagatoh misyaciv Usi lantanoyidi vzayemodiyut z vodoyu z vidilennyam vodnyu 2Me 6N2O 2Me ON 3 ZN2 Se 2N2O SeO2 2N2 Reaguyuchi z vodoyu tilki yevropij utvoryuye rozchinnij kristalogidrat zhovtogo koloru yakij pri zberiganni biliye Ochevidno tut vidbuvayetsya podalshe rozkladannya do oksidu yevropiyu 2Eu 10N2O 2Eu ON 3 2N2O 5N2 2Eu OH 3 2H2O Eu2O3 5N2O Himichna aktivnist prostih rechovin lantanoyidiv duzhe visoka tomu voni vzayemodiyut majzhe zi vsima elementami periodichnoyi sistemi Lantanoyidi takozh utvoryuyut bezperervni tverdi rozchini z metalami pidgrupi galiyu Pri vzayemodiyi lantanoyidiv napriklad iz skandiyem vinikayut duzhe micni metalidi Otrimannya lantanoyidivOsnovnij sposib otrimannya lantanoyidiv vidnovlennya metaliv z yih oksidiv vodnem abo inshimi vidnovnikami A N Daape i F Spending rozrobili dvostadijnij sposib otrimannya elementarnogo disproziyu Spochatku okisel disproziyu peretvoryuyut na ftorid na yakij potim diyut metalevim kalciyem pri shvidkomu nagrivanni Dy2O3 6HF 2DyF3 ZN2O 2DyF3 ZSa1500 C 3CaF2 2Dy Takij sposib dozvolyaye oderzhuvati metal visokoyi chistoti Terbij oderzhuyut vidnovlyuyuchi Tb2Oz kalciyem abo elektrolizom rozplavu TbC13 Zavdyaki vprovadzhennyu peredovih tehnologij otrimannya lantanoyidiv taki yak ionnij obmin zonna plavka ekstrakciya oderzhuyut metali z velikim vihodom i visokoyi chistoti Teoretichno z bromidu samariyu mozhlivo vidiliti chistij metal Prote pri vzayemodiyi z aktivnimi metalami osnovna masa pochatkovoyi rechovini sublimuyetsya SmBr2 Va Sm BaBr2 Lantan oderzhuyut z monacitu v dekilka stadij Persha stadiya koncentraciyi vidbuvayetsya vzhe na drazi Gustina monacitu 4 9 5 3 a zvichnogo pisku v serednomu 2 7 g sm Pri takij riznici u vazi gravitacijne rozdilennya ne stanovit osoblivih trudnoshiv Ale okrim monacitu v tih zhe piskah ye inshi vazhki minerali Tomu shob oderzhati monacitovij koncentrat chistotoyu 92 96 zastosovuyut kompleks gravitacijnih magnitnih i elektrostatichnih metodiv zbagachennya U rezultati poputno oderzhuyut ilmenitovij rutil cirkonovij ta inshi cinni koncentrati Yak i vsyakij mineral monacit treba rozkriti Najchastishe monacitovij koncentrat obroblyayut dlya cogo koncentrovanoyu sirchanoyu kislotoyu Sulfati ridkisnozemelnih elementiv i toriyu sho utvoryuyutsya vilugovuyut zvichajnoyu vodoyu Pislya togo yak voni perejdut v rozchin v osadi zalishayutsya kremnezem i chastina cirkonu sho ne viddililasya na poperednih stadiyah Na nastupnij stadiyi rozdilennya vityaguyut korotkoisnuyuchij radij 228 a potim i torij inodi razom z ceriyem inodi okremo Viddilennya ceriyu vid lantanu i sumishi lanta noyidiv ne osoblivo skladne na vidminu vid nih vin zdatnij proyavlyati valentnist 4 i u viglyadi gidroksidu Se ON 4 perehoditi v osad todi yak jogo trivalentni analogi zalishayutsya v rozchini Varto vidznachiti sho operaciya viddilennya ceriyu yak vtim i poperedni provoditsya bagato raziv shob yakomoga povnishe vichaviti dorogij ridkozemelnij koncentrat Pislya togo yak cerij vidilenij v rozchini najbilshe lantanu u viglyadi nitratu La NO3 3 oskilki na odnij iz promizhnih stadij sirchana kislota bula zaminena azotnoyu shob polegshiti podalshe rozdilennya Z cogo rozchinu i oderzhuyut lantan dodayuchi amiak nitrati amoniyu i kad miyu Za nayavnosti Cd NO3 2 rozdilennya bilsh povno Za dopomogoyu cih rechovin vsi lantanoyidi perehodyat v osad u filtrati zh zalishayutsya lishe kadmij i lantan Kadmij obkladayut sirkovodnem viddilyayut osad a rozchin nitratu lantanu she kilka raziv ochishayut drobovoyu kristalizaciyeyu vid domishok lantanoyidiv Takim chinom oderzhuyut hlorid lantanu LaC13 Elektroliz rozplavlenogo hloridu daye lantan chistotoyu do 99 5 She chistishij lantan 99 79 i vishe oderzhuyut kalciyetermichnim sposobom Taka tradicijna klasichna tehnologiya Zastosuvannya lantanoyidivLantanidi znajshli duzhe shiroke zastosuvannya v promislovosti tehnici i metalurgiyi Z lantanoyidami pov yazana odna z najznachnishih podij ostannih desyatilit u chornij metalurgiyi Pri otrimanni visokomicnogo chavunu modifikuyut jogo magniyem Dobavka magniyu primushuye grafit perejti v kulyastu abo globulyarnu formu sho bilsh rivnomirno rozpodilyayetsya v metali U rezultati znachno polipshuyetsya struktura a z neyu i mehanichni vlastivosti chavunu Prote leguvannya chavunu magniyem vimagaye dodatkovih vitrat reakciya vidbuvayetsya duzhe burhlivo rozplavlenij metal brizkaye v usi boki u zv yazku z chim dovodilosya sporudzhuvati dlya cogo procesu specialni kameri Lantanoyidi diyut na metal analogichno pribirayut oksidni domishki zv yazuyut i vivodyat sirku spriyayut perehodu grafitu u globulyarnu formu I pri comu nemaye potrebi v specialnih kamerah reakciya prohodit spokijno Na tonnu chavunu vvodyat vsogo 4 kg 0 4 splavu feroceriyu z magniyem i micnist chavunu zbilshuyetsya udvichi Takij chavun u bagatoh vipadkah mozhna vikoristovuvati zamist stali zokrema pri vigotovlenni kolinchastih valiv Visokomicnij chavun na 20 25 deshevshe za reshtu vidlivan i v 3 4 razi deshevshe stalevih pokovok Stijkist proti stirannya u chavunnih shijok valiv viyavilasya v 2 3 razi vishe nizh u stalevih Kolinchasti vali z visokomicnogo chavunu vzhe pracyuyut v teplovozah traktorah ta inshih vazhkih mashinah Ridkozemelni elementi dodayut v stal riznih sortiv v osnovnomu u viglyadi splavu iz zalizom ferocerij abo u viglyadi mishmetalu 49 5 65 Se do 44 La Pr Nd 4 5 5 Fe 0 5 A1 ta in U vsih vipadkah cya dobavka pracyuye yak silnij rozkisnyuvach chudovij degazator i desulfator U deyakih vipadkah lantanoyidami leguyut legovanu stal Hromonikelevi stali vazhko prokatuvati Vsogo 0 03 mishmetalu vvedeni v taku stal nabagato zbilshuye yiyi plastichnist Ce polegshuye obrobku metalu rizannyam i vigotovlennya pokovok Ridkozemelni elementi vvodyat i do skladu legkih splaviv Vidomij napriklad zharomicnij splav alyuminiyu z 11 mishmetalu Dobavki lantanu ceriyu neodimu i prazeodimu dozvolili bilsh nizh utrichi pidnyati temperaturu rozm yakshennya magniyevih splaviv i odnochasno pidvishili yih korozijnu stijkist Pislya cogo splavi magniyu z ridkozemelnimi elementami stali zastosovuvati dlya vigotovlennya detalej nadzvukovih litakiv obolonok shtuchnih suputnikiv Zemli kerovanih snaryadiv Na osnovi ceriyu i mishmetalu vigotovlyayut piroforni splavi sho dayut iskru pri terti Taki splavi zastosovuyut pri stvorenni trasuyuchih kul snaryadiv Na snaryad nadyagayut nasadku z pirofornogo splavu a rol diska sho visikaye iskru vidigraye tertya ob povitrya Ridkozemelni dobavki pokrashuyut vlastivosti i inshih vazhlivih metaliv midi hromu vanadiyu titanu ta in P yatiprocentna dobavka gadoliniyu pomitno pidvishuye micnist i mezhu tekuchosti splaviv na titanovij osnovi Disproziyevi dobavki razom z erbiyem i samariyem zastosovuyut do splaviv na osnovi cirkoniyu Taki splavi nabagato krashi nizh chistij cirkonij piddayutsya obrobci tiskom Mozhlive takozh i leguvannya cinku disproziyem Spoluki gadoliniyu zberigayut magnitni vlastivosti Pri nadnizkih temperaturah splav gadoliniyu z ceriyem i ruteniyem nabuvaye nadprovidnosti buduchi idealnim providnikom elektriki Oksid gadoliniyu dodanij do feritiv dozvolyaye zbilshiti kontrastnist rentgenivskih znimkiv a borid GdB dozvolyaye stvoryuvati katodi elektronnih priladiv z duzhe velikimi terminami diyi Takim chinom dlya magnetohimiyi stanovlyat interes i sam gadolinij i jogo spoluki i splavi Inshij splav gadoliniyu z titanom zastosovuyut yak aktivator u starterah lyuminescentnih lamp Intermetalidi samariyu ye chudovim materialom dlya stvorennya silnih postijnih magnitiv SmCo5 sho vhodyat do skladu splavu samariyu z kobaltom Takij magnit rozmirom z kulak mozhe pidnyati Zhiguli z chotirma pasazhirami Druga ne mensh vazhliva galuz zastosuvannya lantanoyidiv atomna energetika U gadoliniyu 157 jogo chastka v prirodnij sumishi 15 68 peretin zahoplennya perevishuye 150000 barn Ce rekordsmen sered usih stabilnih izotopiv Velikij peretin zahoplennya gadoliniyu daye mozhlivist zastosovuvati jogo pri upravlinni lancyugovoyu yadernoyu reakciyeyu i dlya zahistu vid nejtroniv Prometij 147 vikoristovuyut u miniatyurnih ne bilshe kancelyarskoyi knopki atomnih batareyah Voni zdatni davati energiyu protyagom dekilkoh rokiv Splavi ceriyu z plutoniyem i toriyem vikoristovuyutsya yak yaderne palivo Optichna promislovist tezh ye horoshim spozhivachem lantanoyidiv i yih spoluk Shiroko vikoristovuyut oksid lantanu golovnij komponent optichnih stekol Dodavannya oksidu lantanu v stekla pidvishuye yih pokaznik zalomlennya i daye mozhlivist zmenshiti rozmiri fotoob yektiva pri tij samij svitlosili i nabagato polipshiti yakist kolorovoyi zjomki Razom z neodimom i ceriyem prazeodim vhodit do skladu zahisnih stekol dlya zvaryuvalnih robit Neodimovi stekla vikoristovuyut u lazerah Oksid neodimu pri vmisti jogo ne nizhche 4 3 dodaye sklu tak zvanij oleksandritovij efekt zdatnist zminyuvati svoye zabarvlennya zalezhno vid osvitlennya Neodimove sklo vikoristovuyut ne tilki dlya vigotovlennya krasivih vaz i hudozhnih virobiv Ion Nd3 daye lazerne viprominyuvannya v infrachervonij oblasti spektru Dlya specialnih stekol oderzhuyut okisel neodimu nadzvichajno visokoyi chistoti 99 996 Nd2O3 Samarij vvodyat do skladu stekol zdatnih lyuminesciyuvati i poglinati infrachervone prominnya Prazeodim zabarvlyuye sklo v yaskravo zelenij kolir cerij u svitlo zhovtij Vazhlive znachennya nabuv yevropij yak aktivator lyuminoforiv Zokrema okisel oksisulfid i ortovanadat itriyu YVO4 vikoristovuvani dlya otrimannya chervonogo koloru na televizijnih ekranah aktivuyutsya mikrodomishkami yevropiyu Mayut praktichne znachennya j inshi lyuminofori aktivovani yevropiyem Osnovu yih skladayut sulfidi cinku i stronciyu ftoridi natriyu i kalciyu silikati kalciyu i bariyu Bagato lantanoyidiv zastosovuyut i v keramici Keramiku z dobavkami ceriyu vikoristovuyut u raketobuduvanni vona tugoplavka Na osnovi itriyu z dodavannyam cirkoniyu robitsya zharomicna keramika Deyaki yiyi riznovidi prozori yak sklo Keramichni materiali v yaki vhodit okisel samariyu poroshok blido kremovogo koloru stali vikoristovuvati yak zahisni materialiv v reaktorobuduvanni Oksidi gadoliniyu samariyu i yevropiyu vhodyat do skladu zahisnih keramichnih pokrittiv vid teplovih nejtroniv u yadernih reaktorah Cerij vikoristovuyetsya v gazogartivnih lampah Ne obijshli lantanoyidi i himichnu galuz Spoluki lantanoyidiv vikoristovuyutsya yak katalizatori Zdatnist yih z yednuvatisya z atmosfernimi gazami vikoristovuyetsya dlya stvorennya visokogo vakuumu Oksid prazeodimu korisnij dlya katalitichnogo procesu nizkotemperaturnogo okisnennya amiaku Cej zhe oksid zastosovuyut yak dielektrik z minimalnim koeficiyentom teplovogo rozshirennya Velmi znachnoyu sferoyu zastosuvannya oksidiv lantanoyidiv ye abrazivni materiali napriklad dobre vidomij sklad polirit Ce najefektivnishij poroshok dlya poliruvannya PrimitkiLanthanide 11 veresnya 2011 u Wayback Machine Encyclopedia Britannica on line Lyubich O J Pchelincev V O Fizichni osnovi metalurgiyi kolorovih i ridkozemelnih metaliv Navch posibnik Sumi Vid vo SumDU 2009 ISBN 978 966 657 255 7 s 195LiteraturaMala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Donbas 2007 T 2 L R 670 s ISBN 57740 0828 2 Lyubich O J Pchelincev V O Fizichni osnovi metalurgiyi kolorovih i ridkozemelnih metaliv Navch posibnik Sumi Vid vo SumDU 2009 ISBN 978 966 657 255 7Div takozhZorya Pshibilskogo zorya z anomalno visokim vmistom lantanidiv u spektri Ce nezavershena stattya z himiyi Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Cya stattya potrebuye dodatkovih posilan na dzherela dlya polipshennya yiyi perevirnosti Bud laska dopomozhit udoskonaliti cyu stattyu dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Zvernitsya na storinku obgovorennya za poyasnennyami ta dopomozhit vipraviti nedoliki Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno zhovten 2016 Cyu stattyu treba vikifikuvati dlya vidpovidnosti standartam yakosti Vikipediyi Bud laska dopomozhit dodavannyam dorechnih vnutrishnih posilan abo vdoskonalennyam rozmitki statti Cherven 2012