Các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ

Các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ

CÁC NGUYÊN

TỐ ĐẤT HIẾM

NHÓM NHẸ

1

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung.

2 Tính chất vật lí.

3 Tính chất hóa học.

4 Ứng dụng.

5 Điều chế.

6 Tài liệu tham khảo.

2

1 Giới thiệu chung

Đất hiếm gồm 17 nguyên tố , trong đó nhóm lantanit được chia thành hai nhóm là nhóm nguyên tố đất hiếm nhẹ và nhóm nguyên tố đất hiếm nặng.

- Nhóm nguyên tố đất hiếm nhẹ:

La, Ce, Pr,Nd, Sm, Pm, Eu, Gd.

- Nhóm nguyên tố đất hiếm nặng:

Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu.

3

2 Tính chất vật lý

Các nguyên tố đất hiếm ở dạng đơn chất đều là những kim loại sáng màu, khó nóng chảy, khó sôi và mềm….

4

Nguyên tố STT

nguyên tử

Bán kính nguyên tử (A0 )

Nhiệt độ nòng chảy (0 C)

Nhiệt độ sôi (0 C)

Tỷ khối (g/cm3 )

5

3 Tính chất hóa học

3.1 Cấu hình electron:

Cấu hình electron chung của các nguyên tố đất hiếm:

1s2 2s22p6 3s23d10 4s24p64fm 5s25p65dn 6s2

hay [Xe] 4fm5dn6s2 với (m : 2 ¸ 14, n : 0 hoặc

1)

4f0 4f1 4f2 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7

6

• Qua cấu hình electron ta nhận thấy các nguyên tố này chỉ

khác nhau về số electron ở phân lớp f, phân lớp này nằm sâu bên trong nguyên tử hoặc ion nên ít ảnh hưởng tới tính chất của nguyên tử hoặc ion do đó tính chất hóa học của chúng giống nhau.

• Các nguyên tố đất hiếm đều là những kim loại hoạt động

(chỉ kém kiềm và kiềm thổ) và chúng thuộc nhóm IIIB trên bảng tuần hoàn.

7

• Nguyên tố La, Gd có 1 điện tử nằm trên lớp 5d nên có

cấu hình 5d16s2

• Với các nguyên tố còn lại có sự xuất hiện cấu hình điện

tử ở trạng thái kích thích 5d16s2 do 1 điện tử ở phân mức 4f chuyển lên phân mức 5d.

Do đó số oxi hóa đặc trưng cho các nguyên tố đất hiếm là +3

Ngoài ra, nguyên tố Ce,Nd còn có mức oxi hóa khác như +2, +4

8

3.2 Tính chất hóa học:

- Có tính khử mạnh:

• Để trong không khí ẩm bị mờ đục nhanh chóng vì:

Ln + 3H2O = Ln(OH)3 + 3/2H2 Ln(OH)3 + CO2 = Ln(OH)CO3 + H2O

• Tác dụng với halogen ở nhiệt độ thường, với 1 số phi kim

ở nhiệt độ cao:

2Ln + 3X2 = 2LnX3 (X: Halogen) 2Ln + 3S = Ln2S3 (t0 = 5000C - 8000C )

9

• Tác dụng chậm với nước nguội, nhanh với nước nóng và

giải phóng hidro:

Ln + 3H2O = Ln(OH)3 + 3/2H2

• Tác dụng với các axit vô cơ HCl, H2SO4 tùy từng loại axit

mà mức độ tác dụng khác nhau (trừ HF, H3PO4).

2Ln + 6HCl = 2LnCl3 + 3H2

• Không tan trong kim loại kiềm kể cả ở nhiệt độ cao.

• Có khả năng tạo phức với nhiều loại phối tử.

10

• Một số hợp chất của nguyên tố đất hiếm:

11

Oxit Ln2O3 Nung nóng các hidroxit

hay các muối cacbonat tương ứng trong không khí

Hợp chất bền , khó nóng chảy

- Tác dụng được với HCl H2SO4

…

Hidroxit Ln(OH)3 Dd muối RE+3 tác dụng

với NH3 hay kiềm - Là những chất kết tủa ít tan trong nước, thể hiện tính bazo

yếu

- Tan được trong các dung dịch axit vô cơ, muối amoni

- Không tan trong nước ,trong các dung dịch kiềm dư

• Một số hợp chất của nguyên tố đất hiếm:

12

Muối clorua LnCl3 Được điều chế từ

nguyên tố hoặc từ oxit tác dụng với axit,

CCl4 hay Cl2 + C (400-600oC):

2Ln2O3 + 3CCl4 = 4LnCl3 +3CO2 Ln2O3 +3C +3Cl2 = 2LnCl3 +3CO

- Là muối ở dạng tinh thể cấu tạo ion khi kết tinh từ dung dịch tạo thành muối ngậm nước

Muối sunphat Ln2(SO4)3 Điều chế bằng cách hòa tan oxit, hidroxit,

hay cabonat của kim loại đất hiếm trong dung dich H2SO4

- Tan nhiều trong nước lạnh,

có khả năng tạo thành sunphat kép với muối sunphat kim loại kiềm hay amoni

Ngoài ra còn một số muối khác như muối florua, muối cacbonat, muối photphat….các muối này đều không tan

13

Nitrat (Ln(NO3)3

nH2O )

Hòa tan các oxit hay hdroxit tương ứng trong HNO3

- Dễ tan trong nước, khi kết tinh từ dung dịch thì chúng thường ngậm nước

- Có khả năng tạo thành muối kép với các nitrat của kim loại kiềm hoặc amoni theo kiểu Ln(NO3)3.2MNO3 với M là amoni hoặc kim loại kiềm

- ở nhiệt độ cao bị phân hủy tạo oxit

Oxalat (Ln2(C2O4 )3.nH2O )

Axit oxalic hoặc muối oxalat + dd trung tính hay axits yếu của các muối Ln

Là chất kết tủa xốp trắng, khi đun nóng chuyển thành dạng tinh thể

4.1 Ứng dụng của kim loại

Ce thêm vào nhôm, magiê, gang, thép, và siêu hợp kim để tăng độ cứng

Nd Kết hợp với Fe, B tạo ra nam châm dùng trong tuabin gió Kết hợp với 1 số

kim loại khác để tạo tia laze

Sm Kết hợp với Co tạo nam châm dùng trong các thiết bị điện tử( ổ cứng, tai

nghe, loa ), tia X chụp X quang, Samari-153 phóng xạ được dùng trong y học để điều trị các thương tổn nghiêm trọng gắn liền với ung thư lan truyền tới xương

Pm Làm chất phát quang

Eu Europium hấp thụ neutron trong lò phản ứng hạt nhân kiểm soát quá trình

phân hạch, chất kích thích cho một số loại thủy tinh để làm laser

Gd Gadolinium-157 được sử dụng trong thanh điều khiển lò phản ứng hạt nhân

để kiểm soát quá trình phân hạch

4 Ứng dụng

14

4.2 Ứng dụng của oxit :

La Chế tạo các loaij kính quang học: kính hấp thụ tia hồng ngoại, thấu kính cho

camera, kính thiên văn

Ce xeri oxit được sử dụng để đánh bóng thủy tinh, kim loại, đá quý , mặt phẳng

tiêu cự, bóng bán dẫn, và các thành phần điện tử khác xeri oxit được thêm vào trong quá trình sản xuất thủy tinh

Pr Dùng trong kính hàn để bảo vệ mắt khỏi tia cực tím, chất xúc tác trong sản xuất

nhựa., làm bột màu

Nd chất xúc tác hoặc kích hoạt xúc tác Ngoài ra, nó còn được dùng trong

quang học laze và tụ điện gốm, tạo màu cho thủy tinh

Sm Ôxít samari được dùng trong thủy tinh quang học để hấp thụ hồng ngoại, chất

xúc tác cho khử nước và khử hiđrô của etanol

Eu Chất lân quang trong tivi màu, thủy tinh huỳnh quang

Gd Kính, tạo tia X dùng trong y học

15

4.3 Ứng dụng của các muối

La • Lantan florua được sử dụng để trong sợi quang học để tăng tốc độ truyền dữ liệu

• lanthanum nickel-metal hydride (NiMH) pin sạc Những loại pin được sử dụng cho các công cụ điện, đồ chơi, máy tính xách tay, điện thoại, và máy ảnh

• lanthanum carbonate để giảm tảo phát triển và độ pH cân bằng ở hồ, bể bơi, giảm nông độ phốt phát ở trong máu ở những bệnh nhân bệnh thận

Ce xeri trộn với các yếu tố khác cung cấp cho bóng đèn huỳnh quang compact phần

màu xanh lá cây của phổ ánh sáng

• xeri oxalat dùng trong y tế để điều trị say sóng

Nd dùng như là chất tạo màu cho men thủy tinh

Sm Các tinh thể SmF2 để sử dụng trong laser

SmI2 được dùng làm tác nhân hóa học trong tổng hợp hữu cơ

Pm Clorua promethi (III) (PmCl3) trộn lẫn với sulfua kẽm (ZnS) từng có thời được sử

dụng như là lớp sơn phát quang chính cho đồng hồ

16

Nguyên nhân:

- các nguyên tố đất hiếm có tác dụng loại trừ S, O,H,N2 trong gang thép.

- thay đổi hình thái tạp chất phi kim từ dạng sợi biến thành dạng hạt nhỏ hơn và phân tán

Giảm ảnh hưởng xấu đến tính chất của gang thép.

17

Ăc quy Ni-MH có nhiều ưu thế nổi trội như dung lượng lớn, tốc độ phóng nạp cao, giá thành hợp lý và đặc biệt không gây ô nhiễm môi trường

18

5 Điều chế

19

6 Tài liệu tham khảo

• http://m.doko.vn/luan-van/tong-hop-nghien-cuu-phuc-chat-cua

-mot-so-nguyen-to-dat-hiem-nhe-voi-l-histidin-va-buoc-dau-t ham-do-hoat-tinh-sinh-hoc-cua-chung-366216

• http://

bachkhoatrithuc.vn/encyclopedia/209-26-633365315132627776 /Hoa-hoc/Tai-sao-can-phai-them-nguyen-to-dat-hiem-vao-gan g-thep.htm

• CHẾ TẠO HỢP KIM GỐC LaNi5 LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM ĐỘ

BỀN CAO ĐỂ SỬ DỤNG TRONG ĂCQUY Ni-MH 20