Используя Интернет, страница 25 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 5. Положение в периодической системе водорода, лантаноидов, актиноидов и искусственно полученных элементов. Глава I. Важнейшие химические понятия и законы - страница 25.

Условие.

Используя Интернет и дополнительную литературу, подготовьте электронную презентацию на тему «Лантаноиды и актиноиды. Нахождение в природе и применение».

Решение 2.

Введение: Лантаноиды и Актиноиды

Лантаноиды и актиноиды — это два семейства химических элементов, которые в Периодической системе Д. И. Менделеева обычно выносят в отдельные строки под основной таблицей. Они относятся к f-элементам, так как у их атомов происходит заполнение электронами f-подоболочки.

Лантаноиды — это 14 химических элементов 6-го периода с атомными номерами 58–71 (от церия $Ce$ до лютеция $Lu$). Они следуют за лантаном ($La$), с которым очень схожи по химическим свойствам, поэтому лантан часто рассматривают вместе с ними. Лантаноиды — серебристо-белые металлы, химически очень активные.

Актиноиды — это 14 химических элементов 7-го периода с атомными номерами 90–103 (от тория $Th$ до лоуренсия $Lr$). Они следуют за актинием ($Ac$), на который похожи по свойствам. Все актиноиды радиоактивны.

---

Лантаноиды

Нахождение в природе

Несмотря на историческое название «редкоземельные элементы», лантаноиды не являются такими уж редкими в земной коре. Например, самый распространенный из них, церий ($Ce$), встречается чаще, чем свинец. Название возникло из-за того, что они были найдены в редких минералах и их было трудно разделить друг от друга.

Лантаноиды всегда встречаются вместе в одних и тех же минералах. Основные промышленные минералы:

• Монацит — фосфат лантаноидов и тория $(Ce, La, Nd, Th)PO_4$.
• Бастнезит — фторкарбонат лантаноидов $(Ce, La, Y)CO_3F$.
• Ксенотим — фосфат иттрия и тяжелых лантаноидов $(Y, Yb, Er)PO_4$.

Крупнейшие месторождения этих минералов находятся в Китае, США, Австралии, России и Индии.

Применение

Благодаря своим уникальным магнитным, оптическим и химическим свойствам лантаноиды нашли широкое применение в различных областях:

• Металлургия: Добавки лантаноидов (в виде мишметалла — сплава церия, лантана, неодима и др.) в сталь и чугун улучшают их качество, прочность и ковкость.
• Производство постоянных магнитов: Сплавы неодима с железом и бором ($Nd_2Fe_{14}B$) и самария с кобальтом ($SmCo_5$) используются для создания сверхсильных постоянных магнитов, которые применяются в жестких дисках компьютеров, наушниках, электродвигателях и ветрогенераторах.
• Оптика и лазерная техника: Оксиды лантаноидов используются для полировки линз и в производстве специальных сортов стекла. Ионы неодима ($Nd^{3+}$), эрбия ($Er^{3+}$), гольмия ($Ho^{3+}$) являются активной средой для твердотельных лазеров.
• Электроника и освещение: Люминофоры на основе европия ($Eu$) и тербия ($Tb$) создают красное и зеленое свечение в экранах телевизоров и энергосберегающих лампах.
• Катализаторы: Соединения церия и лантана применяются в катализаторах крекинга нефти и в автомобильных каталитических нейтрализаторах для очистки выхлопных газов.
• Медицина: Комплексные соединения гадолиния ($Gd$) используются в качестве контрастных веществ при магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Ответ: Лантаноиды содержатся в минералах монацит и бастнезит, не являются крайне редкими, но трудно разделимы. Применяются в металлургии, для создания мощных магнитов, в лазерах, люминофорах, катализаторах и медицине.

---

Актиноиды

Нахождение в природе

В отличие от лантаноидов, большинство актиноидов в природе не встречаются и получены искусственно. Природными являются только первые представители ряда:

• Торий ($Th$) и Уран ($U$): Эти элементы существуют на Земле с момента ее образования. Они имеют очень большие периоды полураспада (у урана-238, $^{238}\text{U}$, — 4.5 млрд лет; у тория-232, $^{232}\text{Th}$, — 14 млрд лет). Основные минералы урана — урановая смолка (настуран, $UO_2$) и карнотит. Торий встречается в монацитовых песках.
• Протактиний ($Pa$), Актиний ($Ac$), Нептуний ($Np$), Плутоний ($Pu$): Эти элементы образуются в ничтожных количествах в урановых и ториевых рудах как промежуточные продукты их радиоактивного распада.

Все элементы тяжелее плутония (трансплутониевые элементы), начиная с америция ($Am$), являются исключительно искусственными. Их получают в ядерных реакторах или на ускорителях частиц путем облучения более легких ядер.

Применение

Применение актиноидов в основном связано с их радиоактивностью и способностью к делению ядер.

• Ядерная энергетика: Изотоп урана $^{235}\text{U}$ является основным топливом для атомных электростанций (АЭС). В реакторах-размножителях (бридерах) изотоп $^{238}\text{U}$ превращается в плутоний-239 ($^{239}\text{Pu}$), который также является эффективным ядерным топливом. Изучается возможность использования тория ($^{232}\text{Th}$) в качестве сырья для получения ядерного топлива (урана-233, $^{233}\text{U}$).
• Ядерное оружие: Изотопы $^{235}\text{U}$ и $^{239}\text{Pu}$ являются основными делящимися материалами для создания атомных бомб.
• Источники энергии для космоса: Изотоп плутония $^{238}\text{Pu}$ используется в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ) для энергоснабжения космических аппаратов, работающих вдали от Солнца (например, «Вояджер», «Кассини», марсоход «Кьюриосити»).
• Детекторы дыма: Небольшое количество америция-241 ($^{241}\text{Am}$) используется в ионизационных детекторах дыма для ионизации воздуха.
• Медицина: Некоторые радиоактивные изотопы актиноидов применяются в лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний.
• Научные исследования: Трансурановые элементы (калифорний, эйнштейний и др.) используются в качестве мишеней для синтеза еще более тяжелых, сверхтяжелых элементов. Калифорний-252 ($^{252}\text{Cf}$) является мощным источником нейтронов.

Ответ: В природе встречаются в основном торий и уран; остальные актиноиды либо продукты их распада, либо получены искусственно. Главные сферы применения — ядерная энергетика и оружие ($U, Pu$), автономные источники энергии ($Pu$), детекторы дыма ($Am$) и научные исследования.