bài giảng đầy đủ về các nguyên tố lantanoit: sự biến đổi số oxi hóa, electron hóa trị, tách riêng từng nguyên tố, tính chất hóa học và ứng dụng của chúng. Đồng thời nếu tổng quan và chi tiết nhất về các nguyên tố đất hiếm
Các Cácnguyên nguyêntốtố lantanoit lantanoit I CẤU TRÚC VỎ ELECTRON HÓA TRỊ VÀ SỐ OXI HÓA CỦA CÁC NGUYÊN TỐ LANTANIT Cấu trúc vỏ electron hóa trị • Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd: [Xe]4f • • 2-7 0-1 5d 6s Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu: 9-14 0-1 [Xe]4f 5d 6s • Các electron lớp ngồi • ngun tử nhóm Lantan 5s 5p Các electron nguyên tử 4f nhóm Lantan e bên Nếu chúng gần với hạt nhân so với e 5s 5p bên ngồi lõi Cơ học lượng tử cung cấp cho giả thiết nơi ba loại eletron tìm thấy Chúng ta bắt đầu với phần tử nhóm Lantan Hình 1a cho thấy chức phân phối xuyên tâm e 4f, 5s 5p nguyên tử praseodymium Chúng cho thấy xác suất tìm thấy loại e • • • Do phân bố hình 1a cho thấy, so với e 5s 5p, electron nguyên tử 4f praseodymium electron lớp trong? Cực đại phân bố e 4f nằm phía bên cực đại 5s 5p Do e có số lượng tử cao có xu hướng tìm thấy khoảng cách xa từ nhân => electron số lượng tử cao dễ dàng • Bán kính ngun tử ion giảm từ La đến Lu Hiền tượng gọi co lantanit Số oxi hóa • Trong p/ư hh, nguyên tố Ln có xu hướng e 6s e 5d 4f để tạo ion Ln3+ • Những nguyên tố đứng gần La(4f0 ), Gd(4f7 ), Lu(4f14 ) có số oxi hóa biến đổi để có cấu hình bán bền vững bền vững Từ tính màu sắc ion họ lantanoit Ln Unpaired Colour electrons µe / BM µe / BM g√J(J + 1) Observed Ce 1(4f ) Colourless 2.54 2.3-2.5 Pr 2(4f ) Green 3.58 3.4-3.6 Nd 3(4f ) Lilac 3.62 3.5-3.6 Pm 4(4f ) Pink 2.68 - Sm 5(4f ) Yellow 0.85 1.4-1.7 Eu 6(4f6) Very pale pink 3.3-3.5(*) Gd 7(4f ) Colourless 7.94 7.9-8.0 Tb 6(4f8) Very pale pink 9.72 9.5-9.8 Dy 5(4f ) Yellow 10.65 10.4-10.6 Ho 4(4f10) Yellow 10.60 10.4-10.7 Er 11 3(4f ) Rose-pink 9.58 9.4-9.6 Tm 2(4f12) Pale green 7.56 7.1-7.5 Yb 13 1(4f ) Colourless 4.54 4.3-4.9 Lu 14 0(4f ) Colourless 0 (*) II Tính chất lí hóa học • Tính chất vật lí • • • • • Đa số màu trắng bạc, trừ Pr Nd màu vàng nhạt Khó nóng chảy khó sơi Dịn, độ dẫn điện tương đương Hg Thường tạo hợp chất – kim loại Samari có từ tính mạnh Monazit Dd NaOH 45% Dd Na3PO4 Quặng không tan kết tủa hidrosit Th đất Dd HCl đặc Dd muối clorua Th đất Quặng không tan NaOH đến pH=3,5 ThO2 Dd (La,Ln)Cl3 1.2 Quặng basnesit -Tính chất chung: phân hủy nhanh axit - Xử lý quặng: dd HCl loãng, CaCO3 tách dạng kết tủa, lại hỗn hợp LnCl3 tan dung dịch Tách riêng nguyên tố: -Dung dịch hỗn hợp Ln3+ thu giống nên việc tách chúng khỏi khó -Có pp chủ yếu sd: triết phức chất trao đổi ion 2.1 Phương pháp chiết: dùng với quy mô lớn -Dùng tributyl photphat ((C4H9)3PO4) (TBP) để chiết ion kim loại đất từ dd muối nitrat môi trường HNO3 -TBP dung môi hữu phối tử tạo phức tốt với ion đất -Phức chất Ln(NO3)3.3TBP có độ bền tăng theo khối lượng nguyên tử kim loại •Chú ý: Để giảm độ nhớt hệ chiết: TBP pha loãng dung mơi trơ, ví dụ dầu hỏa - Quá trình chiết tiến hành liên tục, sản phẩm thu dung môi không bị biến đổi 2.2 Phương pháp trao đổi ion: dùng với quy mô nhỏ -Dùng cột nhựa trao đổi ion (catinoit) nghiền nhỏ, nối với nhau: + Cột thứ đụng nhựa bão hòa ion Ln 3+ + Cột thứ hai đựng nhựa bão hòa ion Cu 2+ -Cho dd muối nitrat EĐTA (