Bài thuyết trình phân nhóm IIIB

I. KHÁI QUÁT Nằm ở cột thứ 3 trong bảng tuần hoàn tiêu chuẩn. Còn được gọi là nhóm Scanđi bao gồm Scanđi (Sc), Ytri (Y), Lantan (La), Actini (Ac). Là những nguyên tố d đầu tiên trong các chu kỳ lớn. Cấu hình chung: ĐƠN CHẤT Nhóm kim loại mạnh có trạng thái oxy hóa dương X(+3) tăng từ Sc đến Ac. Trong thiên nhiên nó phân tán, khó tách ở trạng thái nguyên chất. ĐƠN CHẤT Các kim loại nhóm IIIB cũng như các kim loại họ Lantan mềm dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo thành sợi; Các kim loại này có ánh kim như bạc; Điện trở suất của chúng có giá trị nằm trong khoảng trở suất của các nguyên tố từ xesi; Nguyên tố họ Lantan thể hiện tính thuận từ. Độ hoạt động hóa học của các nguyên tố phân nhóm Scanđi chỉ thua các kim loại kiềm và kiềm thổ và từ Sc đến Ac hoạt tính hóa học tăng lên rõ rệt. ĐƠN CHẤT Khi để trong không khí Sc và Y không biến đổi vì có màng oxit bảo vệ, còn La và Ac nhanh chóng bị mở đục tạo thành lớp hiđroxit trên bề mặt. Khi đun nóng tác dụng với nhiều phi kim, khi nóng chảy tác dụng với kim loại: 2Sc + 3O2  2Sc2O3 Sc không phản ứng với nước còn La phân hủy chậm với nước ngay ở điều kiện thường: 2La + 6O2  2LaOH + 3H2

KÍNH CHÀO CÔ VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH

CỦA NHÓM 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

KHOA HÓA HỌC ỨNG DỤNG

BÀI THUYẾT TRÌNH: TÌM HIỂU PHÂN NHÓM IIIB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

KHOA HÓA HỌC ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà SVTH: Nguyễn Tuấn Anh

Đỗ Nhật Trường Ngô Quốc Dũng

Nhã

NỘI DUNG CHÍNH

I KHÁI QUÁT

 Nằm ở cột thứ 3 trong bảng tuần hoàn tiêu chuẩn

 Còn được gọi là nhóm Scanđi bao gồm Scanđi (Sc), Ytri (Y), Lantan (La), Actini (Ac)

 Là những nguyên tố d đầu tiên trong các chu kỳ lớn

 Cấu hình chung:

II ĐƠN CHẤT

 Nhóm kim loại mạnh có trạng thái oxy hóa dương X(+3) tăng từ Sc đến Ac

 Trong thiên nhiên nó phân tán, khó tách ở trạng thái nguyên chất

II ĐƠN CHẤT

 Các kim loại nhóm IIIB cũng như các kim loại họ Lantan mềm dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo thành sợi;

 Các kim loại này có ánh kim như bạc;

 Điện trở suất của chúng có giá trị nằm trong khoảng trở suất của các nguyên tố từ xesi;

 Nguyên tố họ Lantan thể hiện tính thuận từ

 Độ hoạt động hóa học của các nguyên tố phân nhóm Scanđi chỉ thua các kim loại kiềm và kiềm thổ và từ Sc đến Ac hoạt tính hóa học tăng lên rõ rệt

 Sc không phản ứng với nước còn La phân hủy chậm với nước ngay ở điều kiện thường:

2La + 6O2  2LaOH + 3H2

II ĐƠN CHẤT

 Trong dãy điện thế chúng đứng rất xa trước hiđro, Sc không phản ứng với nước còn La phân hủy chậm nước ngay ở điều kiện thường:

2La + 6H2O  2La(OH)3 + 3H2

 Các kim loại này dễ tác dụng với các axit loãng trong đó với HNO3 loãng chúng tạo thành

NH4NO3:

8Sc + 30HNO3  Sc(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

II ĐƠN CHẤT

 Với các phi kim loại kém hoạt động, các nguyên tố phân nhóm Sc tạo thành các hợp chất nóng chảy kiểu hợp chất kim loại như: ScB2, YB2, LaB6, Xsi2 (X=Sc, Y, La, Ac), YC2, LaC2, ScC

 Các cacbua của Sc, Y, La có thành phần và tính chất không giống cacbua Al mà giống cacbua canxi CaC2

 Các muối của các nguyên tố nhóm IIIB và các nguyên tố họ Lantan nói chung là dễ hòa tan

và có xu hướng tạo thành các phức chất cũng như muối kép trừ một số muối florua

II ĐƠN CHẤT

 Các kim loại Sc, Y, La được điều chế bằng điện phân clorua nóng chảy

 Các nguyên tố Sc, Y, La được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy, cùng với kim loại kiềm

2YF3 + 3Ca  2Y + 3CaF2

La2O3 + 3Mg  2 La + Mg2O3

 Công nghệ tách Y và La từ các khoáng vật đất hiếm phức tạp hơn nhiều và phụ thuộc từng khoáng vật riêng Chế hóa các tinh quặng với HCl, H2SO4 , NaOH để được hỗn hợp muối của các kim loại

III HỢP CHẤT

 Các hợp chất X(+3): Là tinh thể trắng có tính bazơ tăng từ Sc đến Ac;

 Các oxit X2O3: Là những bột trắng tinh thể khó nóng chảy, tuy ít tan hơn các oxit của kim loại

kiềm thổ nhưng vẫn hóa hợp mạnh với nước tạo thành các hyđroxit X(OH)3 Ví dụ:

La2O3 + 3H2O  2La(OH)3

III HỢP CHẤT

 Các muối X(+3): Thường là những chất tinh thể màu trắng tan trong nước là muối nitrat, sunfat,

halogenua (trừ muối florua XF3), khó tan là các cacbonat, florua, phosphat…

 Từ dung dịch nước, các muối thường thoát ra dưới dạng những hidrat tinh thể có số phân tử nước thay đổi Ví dụ:La2(SO4)3.8H2O, Sc2(SO4)3.5H2O, Y2(SO4)3.7H2O, La2(SO4)3.8H2O, XHal3.6H2O, Y2(CO3)3.3H2O

III HỢP CHẤT

 Cũng giống Al(+3) các nguyên tố phân nhóm Scanđi thường tạo thành các muối kép Ví

dụ:M[X(SO4)2], M[X(CO3)2], M2[X(NO3)5]…

K2CO3 + La2(CO3)3  2K[La(CO3)2]

 Hiện nay, các đơn chất và hợp chất của các nguyên tố phân nhóm scanđi còn chưa ứng dụng rộng rãi

Ứng dụng:

 Các nguyên tố nhóm IIIB được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:

• Công nghiệp thủy tinh;

• Công nghiệp luyện kim;

• Sản xuất vật liệu chịu nhiệt;

• Công nghiệp vật liệu chịu nhiệt;

• Công nghiệp điện tử;

• Chế tạo chất phát quang;

• Kĩ thuật hạt nhân

HỌ LANTAN

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG

 Các nguyên tố họ lantan (Ln) gồm 14 nguyên tố thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn từ 58Ce đến 71Lu , được gọi là nguyên tố 4f , có tính chất hóa học giống nhau

Các nguyên tố Ln hợp với Sc và Y thành nhóm các nguyên tố đất hiếm.

II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

 Phần lớn các Ln có hàm lượng từ 10-4% đến 10-3%, các nguyên tố nặng nhất như Tm, Yb, Lu có hàm lượng nhỏ hơn, khoảng 10-5%.

 Có trên 100 khoáng vật chứa các Ln, nhưng chỉ có 2 khoáng vật có ý nghĩa thương mại như Monazit và Basnesit.

III ĐƠN CHẤT

1 Tính Chất Hóa Học

 Các Ln là các kim loại có độ dương điện cao và hoạt động hóa học mạnh, bán kính nguyên tử của các Ln càng lớn thì hoạt tính càng mạnh.

 Các lantanit tinh khiết dễ dàng tác dụng với hơi nước và CO2 trong không

khí ẩm tạo thành cacbonat bazo có thành phần thay đổi

xLn(OH)3.yLn2(CO3)3.zH2O.

 Các đihyđrua LnH2 là các hidrua kiểu kim loại Các Ln(II) được điều chế ở nhiệt độ

phòng và áp suất khí quyển theo phản ứng.

Ln + H2 → LnH2

2LnCl3 + Ca → 2 LnCl2 + CaCl2

IV HỢP CHẤT

1 Các hợp chất Ln(III)

 Các oxit Ln2O3 khó tan trong nước , khó nóng chảy và không bay hơi.

 Các hydroxit Ln(OH)3 thường có dạng keo chúng tan kém trong nước do có cấu trúc mạch, tồn tại dưới dạng

polymer [Ln(OH)3]n.

 Các nitrat Ln(NO)3 được ứng dụng rất rộng rãi Dung dịch Ln(OH)3 , được tạo thành khi cho axit nitric tác

dụng với các oxit, hydroxit lantanit hoặc các muối ít tan của các Ln.

 Các sunfat Ln2(SO4)3 tan hạn chế trong nước lạnh và độ tan của chúng giảm dần khi tăng nhiệt độ.

 Các oxalate Ln2(C2O4)3.xH2O tan kém trong nước.

 Các halogenua tồn tại ở muối khan LnCl3.nH2O.

V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Phương pháp điều chế

 Các kim loại lantanit được điều chế bằng cách khử các hợp chất có

mức oxi hóa +3 của chúng

 Trong công nghiệp thường điện phân các muối halogenua khan nóng chảy hoặc dung phương pháp nhiệt kim

V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Phương pháp điều chế

 Trong phương pháp điện phân halogenua nóng chảy Người ta nấu chảy hổn hợp lantanit clorua LnCl3 với LaCl hoặc KCl2, sau đó điện phân khi dùng catot bằng graphit hoặc lưới thép chịu nhiệt, anot bằng thanh graphit.

 Trong phương pháp nhiệt kim người ta dùng Canxi để khử Lantanit halogenua khan, thường là các florua hoặc clorua Ví dụ:

2LnF3 + 3 Ca → 2Ln + 3CaF2

V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Ứng dụng

 Trong đèn măng xông.

 Làm đá lửa.

 Điều chế các hợp kim với những tính chất đặc biệt

 Làm các chất phụ gia trong các hợp kim.

 Trong kĩ thuật điện Sm có vai trò quan trọng nhất trong các lantanit do nó có tính chất từ rất đặc biệt.

 Các lantanit được chế tạo pin nhiên liệu hydro

HỌ ACTINI

I ĐẶC ĐIỂM CHUNG

 Các antinit bao gồm 14 nguyên tố từ 90Th đến 103Lr còn được gọi là các nguyên tố 5f

Tương tự họ lantanit, actini tuy không phải nguyên tố 5f nhưng thường được ghép với các nguyên tố actinit thành họ actinit (An).

 Chúng cùng nằm chung một ô thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn các nguyên tố.

 Các nguyên tố actinit không có các đồng vị bền.Chỉ có Ac,Th,Pa và U là các nguyên tố phóng xạ tự nhiên, các nguyên tố khác nhau đều được tổng hợp nhân tạo.

II TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

 Trong số 15 nguyên tố actinit chỉ có 4 nguyên tố là Ac,Th,Pa và U là tồn tại

trong tự nhiên , Ac có hàm lượng rất thấp , các nguyên tố khác đều được tổng hợp nhân tạo chỉ có một số ít các nguyên tố có lượng vết trong quặng uran Ac(6.10- 10), Pa(10-10) có trong quặng uran.

 Th và U có hàm lượng tương tự thiếc và chì, còn Pa và Ac ít phổ biến hơn, Th và

U có hàm lượng cao.

III ĐƠN CHẤT

1 Tính Chất Vật Lí

 Bán kính nguyên tử , nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy của các actinit biến đổi không đơn điệu vì ở mỗi nguyên tố mức độ tham gia vào sự liên kết kim loại- kim loại của các obitan 5f, 6d,7s có thể khác nhau.

 Là kim loại màu trắng khó nóng chảy, đa số các kim loại actinit phát sáng trong bóng tối do hiện tượng phân hủy phóng xạ.

III ĐƠN CHẤT

1 Tính Chất Hóa Học

 Không phản ứng với kiềm và phản ứng yếu với các axit, chúng tác dụng tương đối nhanh với axit HCl đặc, nhưng với dd HCl loãng chỉ tác dụng với Th và U.Th , U, Pu bị thụ động với HNO3 đặc nhưng khi thêm ion F- thì phản ứng xảy ra

 Phản ứng với nước ở nhiệt độ thường thì các hợp chất An hầu như không xảy ra với nước nóng hoặc nước sôi phản ứng giải phóng hydro

IV HỢP CHẤT

1 Các hợp chất An(II)

Mức oxi hóa +2 chỉ thể hiện ở 6 nguyên tố là Am và Cf  No Tuy nhiên chỉ Fm(II) Và No(II) là bền trong dung dịch nước.

IV HỢP CHẤT

2 Các hợp chất An(III)

 Actini và các nguyên tố actinit nặng (bắt đầu từ Am và Cm) có mức oxi hóa +3 tương đối bền, trong khi đó Th, Pa, U, Np, Pu khi ở trạng thái oxi hóa +3 là các chất khử mạnh.

 Các nguyên tố U, Np, Pu và Am có tính chất hóa học giống nhau nhưng khác

nhau về độ bền tương đối của các hợp chất.

IV HỢP CHẤT

2 Các hợp chất An(III)

 Các actinit nặng nhất có tính chất tương tự lantanit

 Ví dụ: Fm và Lr có tính chất tương tự như Lu.

 Ac(III) có trong các dung dịch thu được trong quá trình xử lí nhiên liệu hạt nhân.

IV HỢP CHẤT

4 Hợp chất cơ kim của Actini

 Giống như các lantinit các antinit có khả năng tạo thành các hợp chất cơ kim.

2AnCl3 + 3Be(C5H5)2  2 [An(C5H5)3] + 3BeCl2

V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Phương pháp điều chế

 Các kim loại actinit được điều chế bằng phương pháp nhiệt kim hoặc điện phân các halogen nóng chảy.

 Ví dụ phản ứng nhiệt kim của các actinit:

ThO2 + 2Ca  Th + 2CaO

AcF3 + 3Li(hơi)  Ac + 3LiF

UF4 + 2Mg  U + 2MgF2

V PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1 Ứng dụng

 Các kim loại Th,U, Np,Pu được sử dụng trong ngành năng lượng hạt nhân.

 Th được sử dụng làm lưới đèn măng xông.

 Do hoạt tính phóng xạ mạnh mẽ các nguyên tố actinit là những nguyên nhân nguy hiểm hàng đầu đối với con người và sinh vật.

 Các actinit có thể thay thế canxi trong mô xương.