acteenede (Химия актиноидов (актинидов))

Содержание:

1. Положение актинидов в периодической таблице 2

1. Атинидная концепция 2

1. Электронные конфигурации актинидов 2

1. Степени окисления 3

1. Типы ионов 3

1. Источники 4

1. Получение 4

1. Общие характеристики, методы и история получения, химические свойства :

1) Уран 5

2) Плутоний 13

9. Практическое использование актинидных элементов 19

10. Список использованной литературы 21

1.ПОЛОЖЕНИЕ АКТИНИДОВ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЕ.

До 1944 года элементы торий, протактиний и уран располагались в периодической таблице непосредственно под элементами гафнием, танталом и волфрамом. Стало очевидным, что расположение трансурановых элементов в периодической таблице нуждается в радикальном перераспределении. Аргументы для расположения их как новой “актинидной” переходной серии, подобной РЗЭ, были обоснованы в 1944 году, но экспериментальные данные, подтверждающие такой взгляд, были еще скудными. По прошествии времени доказательства преимущества нового положения серии стали весьма основательными.

2.АКТИНИДНАЯ КОНЦЕПЦИЯ.

Актинидная концепция получила сейчас почти всеобщее признание с точки зрения положения трансурановых элементов в периодической системе. Поэтому здесь будет уместен краткий обзор ее основных принципов.

Актинидная концепция рассматривает элементы с 89 по 103 как переходную серию, первым членом которой является актиний (номер 89).Элементы с номерами 89-103 являются, таким образом, аналогами серии лантаноидов.

В отличие от лантаноидной серии, где четырнадцать 4f-электронов добавляются один за другим начиная с церия (номер58).В актинидной серии добавление четырнадцати 5f-электронов происходит последовательно формально начиная с тория (номер 90) и оканчивается на лоуренсии (номер 103).

Формально означает то что не существует доказательств, подтверждающих наличие у металлического тория или его соединений 5f-электронов. Однако протактиний содержит два 5f-электрона, предполагаемых для третьего члена актинидной серии.

Последующие элементы содержат соответствующий им набор 5f-электронов. Элементы с наполовину заполненными f-оболочками представляют интерес из-за повышенной устойчивости этих конфигураций, и вследствие этого наблюдается их сходство с аналогами лантаноидами. Принципиальные различия между двумя переходными сериями появляются из-за более низких энергий связи и меньшего эффекта экранирования внешними электронами 5f-электронов по сравнению с 4f-электронами. Как сходства, так и различия между актинидами и лантаноидами имеют огромное значение для изучения актинидных элементов.

3.ЭЛЕКТРОННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ АКТИНИДОВ.

4.СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АКТИНИДОВ.

В скобках указаны неустойчивые степени окисления; степени окисления, существование которых достоверно не установлено, отмечены знаком вопроса.

За исключением тория и протактиния, все актинидные элементы существуют в водных растворах в трехвалентном состоянии, хотя оно не является предпочтительным или наиболее устойчивым окислительным состоянием в обычных условиях для элементов до америция. Устойчивое четырёхвалентное состояние наблюдается у элементов от тория до плутония и у берклия. Пятивалентное состояние надежно установлено для элементов от протактиния до америция, а шестивалентное от урана до америция. Четырехвалентное состояние кюрия ограничено несколькими твердыми соединениями, практически CmO₂ и CmF₄,и представлено в устойчивых комплексных ионах. Четырёхвалентное состояние калифорния ограничено твердыми соединениями CfO₂ ,

CfF₄. Двухвалентное состояние во второй половине ряда появляется у калифорния и становится все более устойчивым по мере продвижения к нобелию. Двухвалентные менделевий и нобелий наблюдались в водных растворах, а для нобелия это оказалось наиболее устойчивым состоянием. Двухвалентный америций встречался только в твердых соединениях. Образование четырехвалентного берклия, возможно, связано с повышенной устойчивостью наполовину заполненной 5f-оболочки (5f ⁷) ,а двухвалентное состояние нобелия отражает устойчивость полностью укомплектованной 5f-оболочки (5f ¹⁴).Необходимы большие усилия, чтобы все элементы от плутония до нобелия были получены в двухвалентном состоянии, и для того, чтобы утверждать, что двухвалентное состояние является устойчивым для элементов от фермия до нобелия. Однако подтверждений этому не имеется. Менделевий зарегистрирован в одновалентном состоянии, но доказательства существования моновалентных ионов актинидов сомнительны.

5.ТИПЫ ИОНОВ.

Ионы актинидов в различных степенях окисления имеют по существу различные структуры. В водных растворах при pH < 3 существуют четыре типа катионов актинидов. Ионы вида М³⁺ или М⁴⁺ ,аналогично катионам с высоким зарядом, проявляют большую склонность к сольватации, гидролизу и полимеризации. Для актинидных элементов в высших степенях окисления эффективный заряд простого иона уменьшается за счет образования оксигенированных форм общего вида МО₂⁺ и МО₂²⁺.Актинильные ионы МО₂⁺ и МО₂²⁺ в высшей степени устойчивы и в таком виде принимают участие в огромном количестве реакций.

6.ИСТОЧНИКИ.

Нахождение в природе.

Элементы от актиния до плутония встречаются в природе. Нептуний (²³⁷Np , ²³⁹Np) и плутоний (²³⁹Pu) присутствуют в природе в незначительных количествах как результат нейтронных реакций в урановых рудах. Долгоживущий ²⁴⁴Pu обнаружен в редкоземельном минерале бастнезите в количестве 1 часть на 10¹⁸ и, первичного происхождения. Только элементы торий, протактиний и уран присутствуют в природных объектах в количествах, позволяющих их извлечение. Более важно, что содержание тория и урана в некоторых минеральных образованиях настолько высоко, что позволяет добывать их путем обычных горных разработок. Наиболее богатые месторождения урана обнаружены в Северном Саскачеване в Канаде. Ведущими производителями урановой руды, для которых имеются статистические данные, являются Канада, Южная Африка, Австралия и Намибия. Выделение тория и урана из этих руд практиковалось за много лет до открытия трансурановых элементов, и существуют технологии для их выделения из различных руд.

Нейтронное облучение.

Актиний и протактиний являются продуктами распада естественного изотопа ²³⁵U и присутствуют в урановых минералах в таких низких концентрациях, что их выделение из природных образцов является весьма сложной и неблагодарной задачей. Для сравнения, имеется относительно простой метод получения актиния, протактиния и большинства отсутствующих в природе трансурановых элементов путём нейтронного облучения в ядерном реакторе элементов с меньшим атомным номером. Так, актиний может быть получен в мультиграмовых количествах путём взаимодействия радия с нейтронами, получающимися в высокопоточном ядерном реакторе:

²²⁶Ra+n=²²⁷Ra+

²²⁷Ra = ²²⁷Ac + 

Образовавшийся актиний может быть отделен от материнского радия экстракционным или ионообменным методом, и граммовые количества актиния были получены таким способом. Это совсем не легкая задача, принимая во внимание образование высокорадиоактивных веществ. Но предпочтительнее, чем выделение из природных источников.

7.ПОЛУЧЕНИЕ.

Актинидные металлы высокоэлектроположительны и реагируют с водяным паром, кислородом и, в мелкодисперсном состоянии, с азотом воздуха. Из-за -активности актинидов для работы с ними необходимы прозрачные боксы с принудительной вентиляцией. Для некоторых тяжелых актинидов необходимы экраны, поглощающие нейтроны, образующиеся при спонтанном делении. Актинидные элементы образуют очень устойчивые оксиды и фториды, и необходимы сильные восстановители и высокая температура для восстановления их до металлов. Ранние получения актинидных металлов включали восстановление безводных три- или тетрафторидов металлическим литием или барием при высокой температуре. Напротив, оксиды актинидов восстанавливаются при высоких температурах металлическим лантаном или торием. Металлические актиниды могут быть получены из реакционной смеси достаточно чистым путём возгонки металла. Восстановление оксидов является предпочтительным способом для получения от милиграмовых до граммовых количеств Ac, Am, Cm, Bk, Cf и Es.Металлический уран, торий и плутоний получаются при обычных технологических операциях.

Многие современные исследования металлического состояния требуют очень чистых металлов. В зависимости от природы примесей металлические актиниды могут быть очищены отгонкой примесей в очень высоком вакууме, отгонкой самого металла с образованием пленки очень чистого металла, или путем электроосаждения из расплавов солей. Очень чистые металлы могут быть получены с помощью процесса Ван Аркеля, который состоит из превращения неочищенного металла в летучий йодид за счет реакции с элементарным йодом при повышенной температуре с последующим разложением газообразного йодида на раскалённой нити. При этом образуется чрезвычайно чистый металл, который используется для таких целей, как измерение сверхпроводимости, которое требует металл высочайшей чистоты.

8.ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, МЕТОДЫ И ИСТОРИЯ ПОЛУЧЕНИЯ, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УРАНА И ПЛУТОНИЯ:

1) Уран 

Трудно сказать, какое имя дал бы немецкий ученый Мартин Клапрот открытому в 1789 году элементу, если бы за несколько лет до этого не произошло событие, взволновавшее все круги общества: в 1781 году английский астроном Вильям Гершель, наблюдая с помощью самодельного телескопа звездное небо, обнаружил светящееся облачко, которое он поначалу принял за комету, но в дальнейшем убедился, что видит новую, неизвестную дотоле седьмую планету солнечной системы. В честь древнегреческого бога неба Гершель назвал ее Ураном. Находившийся под впечатлением этого события, Клапрот дал новорожденному элементу имя новой планеты.

Спустя примерно полвека, в 1841 году, французский химик Эжен Пелиго сумел впервые получить металлический уран. Промышленный мир остался равнодушным к тяжелому, сравнительно мягкому металлу, каким оказался уран. Его механические и химические свойства не привлекли ни металлургов, ни машиностроителей. Лишь стеклодувы Богемии да саксонские мастера фарфоровых и фаянсовых дел охотно применяли окись этого металла, чтобы придать бокалам красивый желто-зеленый цвет или украсить блюда затейливым бархатно-черным узором.

О «художественных способностях» урановых соединений знали еще древние римляне. При раскопках, проведенных близ Неаполя, удалось найти стеклянную мозаичную фреску удивительной красоты. Археологи были поражены: за два тысячелетия стекла почти не потускнели. Когда образцы стекол подвергли химическому анализу, оказалось, что в них присутствует окись урана, которой мозаика и была обязана своим долголетием. Но, если окислы и соли урана занимались «общественно полезным трудом», то сам металл в чистом виде почти никого не интересовал.