Külső elektronhéjuk nagyjából azonos: fizikai és kémiai tulajdonságaik bár fokozatosan változnak, nagyon hasonlóak és emlékeztetnek a La-ra →lantánszerű elemek – lantanoidák/lantanidák A LANTANOIDÁK

A LANTANOIDÁK

Külső elektronhéjuk nagyjából azonos: fizikai és kémiai tulajdonságaik bár fokozatosan változnak, nagyon hasonlóak és emlékeztetnek a La-ra →lantánszerű elemek – lantanoidák/lantanidák

A LANTANOIDÁK

GYAKORISÁG ÉS ELŐFORDULÁS

eléggé elterjedtek, de nincsenek feldúsulásaik, két gyakorlati jelentőségű ásványa van:

La,Th,LnPO₄ – monacit homok, La,LnCO₃F – baztnezit ELŐÁLLÍTÁS

a fémkeverék előállítása: a kloridok olvadékelektrolízise, vagy kémiai redukciója (Na, Ca, Mg)

a tiszta fémek előállítása: komplexeik oldószerextrakciós vagy ionkromatográfiás elválasztása, majd redukciója

FELHASZNÁLÁS

acélok mikroötvözői (1-2%): dezoxidáló, kéntelenítő hatás,

mischmetall: Ce, La, Pr, Nd), Mg ötvözők, mágnesek gyártása, pirofórosak (tűzkő), fényporok (színes TV), ferrimágneses vegyes oxidok, szupravezetők (YBaCu₃O₇), katalizátorok (krakkolás),

orvosdiagnosztika: Gd-komplexek

A LANTANOIDÁK

FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAIK

jól megmunkálható, kemény fémek; sok a párosítatlan elektronjuk, paramágnesesek

jellemző oxidációs állapotuk a +3 (5d¹6s²)

+4: Ce, Pr, Tb, a sor elején és a félig betöltött héj után

+2: Eu, Yb, (Sm, Tm) a félig és a teljesen betöltött héj előtt

az f elektronok csekély árnyékoló hatása miatt

érvényesül a Ln-kontrakció;

a +3 ionoknál monoton

méret csökkenés, az atomi méreteknél az Eu (4f⁷6s²) és az Yb (4f¹⁴6s²) kiugrik, +2 oxidációs száma miatt.

A LANTANOIDÁK

FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAIK

reakcióképes elemek, híg savakban oldódnak, Ln(III) sók képződnek elsősorban ionos vegyületeket képeznek, → nincs határozott

koordinációs szám és geometria (ez az elektrosztatikus taszítás minimumától függ, szabályos gemetriájú komplexeket képeznek), Kémiai tulajdonságaik és vegyületeik az azonos külső elektronhéj- konfiguráció miatt nagyon hasonlóak

Hidridjeik LnH2 összetételűek (Ln^III+2H^-+e^-) igen reaktívak és jó vezetők a delokalizált elektronok miatt

Oxidjaik (elsősorban Ln2O3) bázikusak, savakban akvakationok formájában oldódnak; nagy koordinációs szám

Halogenidjeik ionkristályos vegyületek,

Komplexeik: komplexképző hajlamuk az alkáli földfémek és az átmenetifémek közötti; aminopolikarboxilátokkal, makrociklikus vegyületekkel képeznek leginkább stabilis komplexeket (kelát- és makrociklus-effektus), kis méret és ionos jelleg miatt a koordinációs szám és a geometria változatos lehet.

AZ AKTINOIDÁK

A lantanoidákkal ellentétben az 5f és a 6d héjak elkülönülése csekély;

Urán utáni – transzurán elemek

AZ AKTINOIDÁK

GYAKORISÁG ÉS ELŐFORDULÁS

a ₈₃Bi-tól nincsen stabilis izotópjuk; a természetben csak a₉₂U-ig fordulnak elő, efölött csak mesterségesen magreakciókkal állíthatók elő.

ThO₂ – 0,4-20%-ig a monacithomokban, U₃O₈ – uránszurokérc, K₂(UO₂)₂(VO₄)₂ 3H₂O – karnotit

a Th és az U nem ritka elemek, felezési idejük rendkívül hosszú: ²³²Th

~10¹⁰ év, ²³⁸U~10⁹ év;

a transzurán elemeket mesterségesen állították elő Th vagy U magok -részecskékkel vagy közepes rendszámú elemek atommagjával való

bombázásával (nagy teljesítményű gyorsítók: Kalifornia, Dubna, Genf), pl.:

az előállított elemek felezési ideje a rendszámmal rohamosan csökken.

U N Es n n

Cm He

Pu

1 0 246

99 14

7 238

92

1 0 242

96 4

2 239

94

 6











AZ AKTINOIDÁK

ELŐÁLLÍTÁS

Urán: ércek H₂SO₄-as, HNO₃-as, Na₂CO₃-os feltárása, anioncserés vagy extrakciós elválasztás: [UO2(SO4)2]^2-, [UO2(SO4)3]^4- vagy

[UO₂(CO₃)₃]^3- komplex anioncserélőn jól kötődik, vagy 6-8 M HNO₃- oldat tributilfoszfáttal jól extrahálható;

UF4 redkciója Ca, Mg-mal, vagy olvadékelektrolízis;

FELHASZNÁLÁS

Atomenergia-ipar, izotóptechnika

FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAIK

fémes megjelenesű, nagy sűrűségű, viszonylag puha fémek,

kémiai viselkedésük a lantanoidék és az átmentifémek között van reakcióképességük a rendszámmal nő,

oxidációs állapotaik változatosak az 5f és a 6d héj alig különül el;

Vegyületeik közül az UF6-ot említjük, amelyet az U izotópok gázdiffuziós elválasztásánál használnak.

Komplexeikben a koordinációs szám nagy és már kovalensebb jellegűek

RADIOAKTÍV BOMLÁSI SOROK

A természetben előforduló aktinoida elemek radioaktív izotópjai bomlási sorokban stabilis izotópokká bolmlanak le. Ezek:

BOMLÁSI SOROK

A TRANSZAKTINOIDÁK

A 104-112: d csoport elemeihez tartoznak

A transzaktinoida elemek stabilitása igen kicsi

A mag héjszerkezete alapján mágikus számok: 2,8,20,50,82,114,126,164,184 A következő mágikus számok: protonra114, neutronra 184

A stabilitás szigete?

Darmstadtium Roentgenium

AZ ATOMENERGIA HASZNOSÍTÁSA

Egy nukleonra eső kötési energia (E_átlag) függése a rendszámtól /tömegszámtól

A könnyebb atomoknál a magfúzió, a nehezebbeknél a maghasadás jár energia felszabadulással (1 kg U ~ 10⁶ kg kőszén, 1 kg D ~ 56000 t TNT)

MAGHASADÁS:

fragmensek pl.:

n x

fragmens n

U

23592

  2 

A MAGHASADÁS ÉS A MAGFÚZIÓ

MAGHASADÁS:

fragmensek pl.:

1938.december: Otto Hahn; 1942. december 2: Univ. Chicago Enrico Fermi,

1945.augusztus 6. Hirosima, augusztus 9. Nagaszaki;

reaktoranyag:

moderátor (a neutronok megfelelő

energiára való lelassítása): (²H, ⁴He, ⁹Be,) ¹²C

szabályzó rudak (a neutron-fluxus szabályzása): B-acél, BC, Cd, Hf MAGFÚZIÓ:

nagyon magas hőmérséklet, plazma sűrűség és állapot szükséges H-bomba

szabályozottan: a plazma ‘összetartása, bezárása’: mágneses tér segítségével, kísérleti reaktor építése:

1989. március: hidegfúzió: D₂O/LiOD oldat elektrolízise, tévedés n

x fragmens

n

U ₀¹ ₀¹

23592   2 

. .

, ₄₂^{95 139}₅₇

13956

3694Kr és Ba ill Mo és La stb





U U

Pu

U ²³⁹₉₄ ²³⁸₉₂ ²³³₉₂ ²³²₉₀

23592 , , , ,

n He

H

H ²_{1 2}⁴ ₀¹

31   