лантаноиды (общие свойства) с элементами

Свойства элементов III группы
Лантаноиды и актиноиды
(общие свойства лантаноидов )
Структура группы
III-я группа ПСЭ
Главная
подгруппа
p – элементы:
B, Al, Ga, In, Tl
ЭЭ […]
[…] ns
ns22np
np11
Побочные
подгруппы
d – элементы:
Sc, Y, La, Ac
Э […] (n-1)d1ns2
f – элементы:
Ln: Ce – Lu
An: Th - Lr
Ln […]4fk[5s25p6 ]5d0(1)6s2
An […6s26p6 ] 5fn 6d0(1)7 s2
Лантаноиды
• Лантаноиды – элементы, следующие за
лантаном
• ОТ 58Ce до 71Lu
У которых идет заполнение внутреннего fподуровня
k [ 5s2 5p6 ] 5d0(1) 6s2
Ln[…]
4f
z
Лантаноиды
I.Особенности электронного строения
•
•
Лантаноиды – элементы, следующие за лантаном и имеющие сходные с
ним свойства.
Лантаноиды относятся к f-элементам и имеют общее электронное
строение Ln […]4f1-14[5s25p6 ]5d0(1) 6s2
1.
Для Ln характерны следующие конфигурации для основного состояния
(4f несколько более выгоден чем 5d):
nS < (n-2)f ≤ (n-1)d < np
57La[…]
5d1 6s2
2
2
6
0
2
58Ce[…] 4f [ 5s 5p ] 5d 6s
58Ce; 59Pr
4f2
4f3
Tb
4f9
Nd Pm
4f4 4f5
Dy Ho Er
4f10 4f11 4f12
Sm Eu
4f6 4f7
Tm Yb
4f13 4f14
Gd
[…] 4f7 [ 5s2 5p6 ] 5d16s2
Lu
[…] 4f14 [ 5s2 5p6 ] 5d16s2
Электронные конфигурации атомов
Уровень
Подуровень
K L
M
N
O
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d
Y
La
Се
Рг
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tu
Yb
Lu
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
1
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
2
3
4
5
6
7
7
9
10
11
12
13
14
14
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
1
1
1
P
6s
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Характеристика лантаноидов (РЗЭ)
2. Лантаноиды элементы аналоги c близкими свойствами, так
как их основное состояние характеризуются одинаковым
электронным строением внешних, доступных для
взаимодействия электронных подуровней
(кроме Gd Lu)
Ln […]4f1-14[5s25p6 ]5d0 6s2
3. Для всех лантаноидов характерна
общая степень окисления +3,
Малая энергия перехода одного электрона с f-подуровня на dподуровень, компенсируется энергией, которая выделяется
при образовании дополнительной химической связи, которую
образует электрон с d-подуровня.
Особенность электронного строения
лантаноидов
f-электроны закрыты экраном и не могут вступать в
химические
взаимодействия,
не
доступны
для
образования химической связи
Особенность электронного строения
лантаноидов
4. Для некоторых Ln характерна переменная степень окисления.
Переменная степень окисления связана со стремлением
атомов приобрести устойчивую конфигурацию f-подуровня,
4f0, 4f7, 4f14
• Церий, тербий могут проявлять как валентность III, так и
валентность IV
• Европий, иттербий могут проявлять валентность II и III.
Особенность электронного строения
лантаноидов
5. Радиусы атомов и ионов РЗЭ уменьшаются от La к
Lu - эффект «лантаноидного сжатия»
Эффект «лантаноидного сжатия» приводит к
ослаблению металлических свойств лантаноидов и
ослаблению основных свойств их гидроксидов.
Особенность электронного строения
лантаноидов
6. Близкие размерные факторы и аналогия в
электронном строении привели к объединению Y,
La и Ln в группу РЗЭ (16 элементов), которые в свою
очередь делятся на две подгруппы: цериевые
(легкие, идет заполнение 1-ой половины
семейства) и иттриевые (тяжелые, идет
заполнение 2-ой половины f-подуровня)
Электронные конфигурации атомов
Уровень
Подуровень
K L
M
N
O
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d
Y
La
Се
Рг
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tu
Yb
Lu
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
1
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
2
3
4
5
6
7
7
9
10
11
12
13
14
14
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
1
1
1
P
6s
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Характеристика РЗЭ
• Редкоземе́льные элеме́нты (РЗЭ):
17 элементов, скандий, иттрий, лантан и лантаноиды (церий, празеод
им, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспроз
ий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций).
•
Распространение РЗЭ в земном коре
•
Известно более 250 минералов, содержащие редкоземельные элементы. Однако к
собственно редкоземельным минералам могут быть отнесены только 60-65 минералов, в
которых содержание Ме2О3 пределах 5- 8 %. Главнейшие минералы редкоземельных
элементов:
•
монацит (Ce, La)PO4,
•
ксенотим YPO4,
•
бастнезит Ce[CO3](OH, F),
•
паризит Ca(Ce, La)2[CO3]3F2,
•
гадолинит Y2FeBe2Si2O10,
•
ортит (Ca, Ce)2(Al, Fe)3Si3O12(O, OH),
•
лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3,
•
эшинит (Ce, Ca, Th)(Ti, Nb)2O6. и др.
•
Литература: Сидорова Н.А., Савушкин А.И., Трофимова С.А. Особенности извлечения
редкоземельных элементов из отходов горнодобывающих предприятий с использованием
технологии «Вiomining» // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2017. №
2(32). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/4274
Рис. Распределение РЗЭ в природе: A-содержание
в земной коре, % по массе.
Электронные конфигурация РЗЭ
21 Sc Скандий : [Ar] 3d1 4s2
39 Y Иттрий : [Kr] 4d1 5s2
57 La Лантан : [Xe] 5d1 6s2
58 Ce Церий : [Xe] 4f2 6s2
59 Pr Празеодим : [Xe] 4f3 6s2
60 Nd Неодим : [Xe] 4f4 6s2
61 Pm Прометий : [Xe] 4f5 6s2
62 Sm Самарий : [Xe] 4f6 6s2
63 Eu Европий : [Xe] 4f7 6s2
64 Gd Гадолиний : [Xe] 4f7 5d1 6s2
65 Tb Тербий : [Xe] 4f9 6s2
66 Dy Диспрозий : [Xe] 4f10 6s2
67 Ho Гольмий : [Xe] 4f11 6s2
68 Er Эрбий : [Xe] 4f12 6s2
69 Tm Тулий : [Xe] 4f13 6s2
70 Yb Иттербий : [Xe] 4f14 6s2
71 Lu Лютеций : [Xe] 4f14 5d1 6s2
1.1. С кислородом:
На воздухе легкие Ln (РЗЭ) окисляются при комнатной t,
остальные - при t = 180-200 °С:
4РЗЭ0+3O2 t 2РЗЭ2O3
РЗЭ0-3еРЗЭ3+
O02+4е 2O-2
Се0+О20СеО2 (аналогично Tb)
Се0- 4еСе4+
O02+ 4е 2O-2
Се и богатые Се сплавы пирофорны.
1.2. С галогенами взаимодействуют при невысокой температуре
2РЗЭ+3Cl2 t 2РЗЭC13
РЗЭ0-3е РЗЭ+3
C102+2е 2Cl-
интенсивность взаимодействия
уменьшается от фтора к йоду.
1.3. С водородом. Гидриды РЗЭ
ионные гидриды
Ион Н- в водной среде и атмосфере неустойчив !!!
1.4. РЗЭ реагируют с водой (при нагревании –
быстро). E⁰ < - 2,2 B
2РЗЭ0+6H2O 2РЗЭ(OH)3+3H02
РЗЭ0-3е РЗЭ+3
2H+ +2еH02
1.5. Замещаются металлами (металлотермический способ
получения, инертная атмосфера):
2РЗЭCl3+Ca t 2РЗЭ +3CaCl2
РЗЭ3++3еРЗЭ
Ca-2еCa2+
На воздухе легкие Ln окисляются при комнатной t,
Остальные - при t = 180-200 °С:
4РЗЭ0+3O20 t2РЗЭ2O3
РЗЭ0-3еРЗЭ+3
O02+4е 2O-2
Се и богатые Се сплавы пирофорны.
Се0+О20СеО2
Се0- 4еСе+4
O02+ 4е 2O-2
С галогенами взаимодействуют при невысокой температуре
2РЗЭ+3Cl2 t 2РЗЭC13
РЗЭ0-3е РЗЭ+3
C102+2е 2Cl-
интенсивность взаимодействия
уменьшается от фтора к йоду.
1.6. РЗЭ реагируют с кислотами
2РЗЭ+3H2SO4разбРЗЭ2(SO4)3+3H2
РЗЭ0-3е РЗЭ3+
2
2H+ +2еH02
3
E⁰ < - 2,2 B
8РЗЭ0+30HNO33NH4NO3+8РЗЭ(NO3)3+9H2O
РЗЭ0-3е РЗЭ3+
N+5+8е N-3
С кислотами окислителями: восстанавливает кислотообразующий элемент до
низшей степени окисления
1.7. Щелочи на них не действуют даже при
нагревании.
РЗЭ+NaOH tне идет
II. Свойства соединений РЗЭ(+3)
Оксиды и гидроксиды лантаноидов в степенях
окисления +2 и
+3 проявляют основной характер:
Ln2O3 + 6HCl
→ 2LnCl3 + 3H2O
Ln2O3 +6HNO3 → 2Ln(NO3)3 + 3H2O
II. Свойства соединений РЗЭ (+3)
2.2. Растворимость соединений лантаноидов
Хорошо растворимы соли образованные
сильными кислотами: HNO3, HCl, H2SO4
РЗЭ(NO3)3, РЗЭCl3, РЗЭ2(SO4)3
Мало растворимы соли, образованные
слабыми кислотами ( Н2CO3 Н3PO4 Н2C2O4 НF)
Мало растворимы в воде карбонаты, оксалаты,
фториды и фосфаты
II. Свойства соединений РЗЭ(+3)
РЗЭ2(SO4)3 +2Na3РO4 2РЗЭРO4  +3Na2 SO4
РЗЭ2(SO4)3 +3Na2С2O4 РЗЭ2 (С2O4)3  + 3Na2 SO4
РЗЭ2(SO4)3 +6NaF 2РЗЭF3  + 3Na2 SO4
Свойства соединений РЗЭ и Sc
Термическое разложение
2Ln(OH)3
Ln2(CO3)3
Ln2(C2O4)3
2Ln(NO3)3
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
Ln2O3 + 3H2O
Ln2O3 + 3CO2
Ln2O3 + 3CO2 + 3CO
Ln2O3 + 3NO + 3NO2 + 3O2
II. Свойства соединений РЗЭ(+3)
2.3. Термическое разложение
2Ln(OH)3
Ln2(CO3)3
Ln2(C2O4)3
2Ln(NO3)3
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
Ln2O3 + 3H2O
Ln2O3 + 3CO2
Ln2O3 + 3CO2 + 3CO
Ln2O3 + 3NO + 3NO2 + 3O2
Свойства соединений РЗЭ(+3)
2.4. Гидролиз
При стандартных условиях идет в основном по первой ступени.
Из-за меньшей растворимости оксосолей могут идти две
ступени
РЗЭCl3 +H2O  РЗЭOHCl2 + HCl
РЗЭCl3 + 2H2O  РЗЭ(OH) 2Cl + 2HCl
РЗЭ(OH) 2Cl  РЗЭOCl + H2O
Оксохлорид РЗЭ
РЗЭH3 +3H2O  РЗЭ(OH)3  + 3H2 ( !!! при нагревании)
Свойства соединений РЗЭ(+3)
2.5. Комплексообразование
РЗЭ(+3) мало склонны к образованию комплексных
соединений.
Однако РЗЭ(+3) образуют комплексы с органическими
лигандами в специальных средах, что часто используют для
решения технологических задач, для разделения РЗЭ
2.6. Окислительно-восстановительные свойства
Характерны только для соединений лантаноидов с переменной
степенью окисления.
Соединения со степенью окисления +4
проявляют сильные окислительные свойства (устойчивы
соединения Ce и Tb):
2Се(ОН)4+8HCl (конц.) = 2CeCl3 + 4H2O + Cl2.
Соединения со степенью окисления +2 (Eu, Sm, Yb) проявляют
восстановительные свойства, причем окисляются даже водой:
2SmCl2 + 2H2O = 2SmOHCl2 + H2.
Получение и применение церия и редкоземельных
элементов
•
• Масштабы практического применения
церия и редкоземельных элементов
связаны не только с особенностями их
физических, химических и механических
свойств, но и с содержанием в земной
коре
Распространенность элементов в
природе, % по массе
Относительное содержание лантаноидов в
земной коре. Закономерность: четные
распространены больше нечетных
Сырьем для РЗЭ являются:
– Монацит (Ce,La…)PO4
– Бастнезит (Ce,La,Pr)CO3F
– Эвксенит
(Y,Eu,Ce,U,Pb,Ca)(Nb,Ta,Ti)2(O,OH)6
– Лопарит (Na,Ca,Ce…)(Ti,Nb)O3
2LnPO4+3H2SO4=Ln2(SO4)3+2H3PO4
Th3(PO4)4+6H2SO4=3Th(SO4)2+4H3PO4
ThSiO4+2H2SO4=Th(SO4)2+SiO2+2H2O
SiO2*xH2O+H2SO4=SiO2+H2SO4*xH2O
Ln2(SO4)3+Na2SO4+2zH2O=2{Na[Ln(SO4)2]∙zH2O}
2Na[Ln(SO4)2]↓+NaOH=2Ln(OH)3↓+4Na2SO4
I. Получение оксидов РЗЭ(+3)
РЗЭ(NO3)3 +3NaOН  РЗЭ(OН)3 + 3NaNO3
РЗЭ(OН)3 + 3HCl РЗЭСl3 + 3H2O
При разных рН растворяются разные РЗЭ(OН)3
2РЗЭСl3 + 3H2С2O4  РЗЭ2(С2O4)3  + 6HCl↑
2РЗЭСl3 + 3Na2СO3  РЗЭ2(СO3)3  + 6NaCl↑
2PЗЭ(OH)3
РЗЭ2(CO3)3
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
𝑡 0𝐶
РЗЭ2O3 + 3H2O
РЗЭ2O3 + 3CO2
РЗЭ2(C2O4)3
Ln2O3 + 3CO2 + 3CO
(в инертной атмосфере)
II. Получение металлов РЗЭ
2.1 Электролиз расплавов солей
РЗЭСl3
электролиз
РЗЭ + 3 С12
2.2. Металлотермия, tºC, в инертной атмосфере)
РЗЭ2O3 + 3Ca  2РЗЭ + 3CaO
От CaO отмывают очень разбавленной HCl
III. Применение РЗЭ и их соединений
3.1 РЗЭ2O3
Оптика, стекло, керамика (t плавления 2500-3000º С)
3.2. Атомная энергетика, поглощающие
материалы на основе Gd, Sm, Eu
Eu (151→152→153 →154→155)
σ (барн) от 9200 до 4090
3.3. Электроника, микроэлектроника
(оксиды, сульфиды, теллуриды)
3.4. ВТСП
YBa2Cu 3 O6-7 ; РЗЭBa2Cu 3 O6-7
3.5. Лазерные материалы Y2EuAl5Cu 3 O12
3.6. Сверхмощные магниты SmCo5
3.7. Gd 3 (SO4)3∙8H 3O магнитные свойства. 0.001К
Химические элементы для перспективных материалов
Актиноиды(ядерное топливо)расщепляющие материалы, к которым
относятся изотопы урана 235U, 233U, плутония 239Pu и 241Pu.
РЗЭ в т.ч. лантаноиды (лазерные материалы,
микроэлектроника, высокотемпературные сверхпроводники,
радиофармпрепараты
Водород- водородная энергетика, топливные элементы, гидридное топливо
Элементы 1 группы – теплоносители ядерной энергетики, литиевые
аккууляторы (s-элементы), электроника, микроэлектроника (d-элементы)
РЗЭ
III. Применение РЗЭ и их соединений
Литература
•
•
•
•
•
•
«Неорганическая химия. Химия элементов». Ю.Д.
Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю.
Цивадзе. Т 1,2. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007
«Общая и неорганическая химия». Н.С. Ахметов. М.:
«Высшая школа». 2009
«Химия актиноидов». Ред.: Дж. Кац, Г. Сиборг и Л. Морсс.
Т1 (1991), Т2 (1997), Т3 (1999).
«Химия актинидных элементов» Г. Сиборг, Дж. Кац. 1960
«Закономерности изменения свойств лантаноидов и
актиноидов» (1990) Г.В.Ионова , В.И. Спицин.
Радиохимия. А.Н. Несмеянов М.; Химия, 1978. С. 285 –
286, 290 – 299, 300.
РАЗДЕЛ 2
Свойства элементов и их
соединений
Свойства
• Элементы главной подгруппы имеют иное
электронное строение. Являются
p-элементами (менее активные металлы).
• d- и f- элементы имеют на внешнем
уровне ns- два электрона, поэтому
являются типичными металлами
• Различие в свойствах элементов побочных
подгрупп определяется электронным
строением предшествующих электронных
слоев.
Свойства элементов III группы
II. Свойства элементов III группы
2.1. Общие свойства:
 Все элементы имеют общую валентность III и
общий состав химических соединений.
• Элементы характеризуются металлическими
свойствами ,кроме бора.
 Для оксидов и гидроксидов наиболее
характерны основные свойства, у Al, Ga, In, Sc
проявляется амфотерность.
• Элементы имеют подобные растворимые и
нерастворимые соединения.
III группа, свойства
2.2. Краткая характеристика р-элементов III группы.
1. Элементы главной подгруппы менее активные металлы чем sметаллы из-за появления одного электрона на p-подуровне.
2. Бор типичный неметалл из- наличия новой кайносимметричной рорбитали 5B[1s2] 2s2 2p1
3.В главной подгруппе свойства меняются от неметаллических к
амфотерным (Al, Ga, In) к металлическими (Tl) из-за электронным
строением предшествующих электронных слоев.
III группа, свойства
2.3. Краткая характеристика d – и f-элементов
III группы.
1.d- и f- элементы имеют на внешнем уровне
ns- два электрона, поэтому являются
типичными металлами.
2. Несколько ослаблены металлические
свойства у самого легкого элемента, Sc.
Sc Проявляет амфотерные свойства.
3. Различие в свойствах элементов побочных
подгрупп (d- и f-) определяется электронным
строением предшествующих электронных
слоев.
3.1. Sc – активный металл, Еº= -2,37 В
Взаимодействует практически со всеми неметаллами
На воздухе Sc окисляeтся при комнатной t
4Sc + 3O2 t 2Sc2O3
Sc-3еSc3+
O2+4е 2O-2
С галогенами взаимодействует при невысокой температуре
2Sc+3Cl2 t 2ScCl3
Sc-3е Sc3+
Cl2+2е 2Cl-
интенсивность взаимодействия
уменьшается от фтора к йоду.
3.2. Sc реагирует с водой (при нагревании).
Вытесняет Н2, Еº= -2,37 В
2Sc +6H2O 2Sc(OH)3+3H2
Sc -3е Sc 3+
2H+ +2еH02
3.3. Sc реагирует с кислотами,
Еº= -2,37 В
С кислотами не окислителями: вытесняет водород,
2Sc+3H2SO4разб  Sc2(SO4)3+3H2
Sc-3е Sc3+ 2
2H+ +2еH2 3
С кислотами окислителями: восстанавливает кислотообразующий
элемент до низшей степени окисления, Еº= -2,37 В
8Sc0+30HNO33NH4NO3+8Sc(NO3)3+9H2O
РЗЭ0-3е РЗЭ3+
N+5+8е N-3
3.4. Свойства солей скандия: обменные реакции с
образованием малорастворимых соединений:
солей слабых кислот (карбонатов, фторидов,
фосфатов) !!!
Sc2(SO4)3 +3Na2CO3Sc2(CO3)3  +3Na2 SO4
ScCl3 + 3NH4F  ScF3+3NH4Cl
Амфотерные и комплексообразование !!!
t

Реагирует и с кислотами и щелочами
при сплавлении
8Sc+30HNO33NH4NO3+8Sc(NO3)3+9H2O
Sc -3е Sc3+ 8
N+5+8е N-3 3
2Sc + 6NaOH +3 H2O  2Na3 [Sc(OH)6] + 3H2;
Sc -3е Sc3+ 2
3.5. Особые свойства Sc
2H+ +2еH
2
3
Комплексообразование (в отличие от d-металлов III гр.) !!!
ScCl3р-р + 3Na2(С2О4)р-р Na3[Sc(С2О4)3]р-р + 3NaClр-р; КЧ = 6
3.6 Получение. Металлотермия.
Замещается более активными металлами:
2ScCl3+Ca t 2Sc + 3CaCl2
Sc3++3е Sc
Ca -2еCa2+
I. Электронная конфигурация атома церия
• 58Се [ ] 4f 2[5s25p6]5d06s2
•
1[5s25p6]5d16s2
Се*
[
]
4f
58
• 58Се** [ ] 4f 0[5s25p6]5d26s2
• Две степени окисления (+3, +4), два ряда
соединений
II. Церий активный металл. Е = -2,48 В
1. Церий взаимодействует при нагревании с
большинством неметаллов (O2, H2, N2, Cl2, C, S, P
и т.д.) с образованием соответствующих
бинарных соединений.
• 2Ce + N2
2CeN
• Бурно взаимодействует с кислородом
• Ce + O2 → CeO2
ХИМ. СВОЙСТВА ЦЕРИЯ
2. Реагирует с водой с выделением Н2.
В ряду активности церий и др. лантаноиды можно
расположить между Са и Mg.
Се +3Н2ОCe (OН)3+3H2
3. Реагирует с кислотами
III. Свойства соединений церия Ce3+
1. Аналогичны свойствам соединений РЗЭ(+3)
Гидроксид Ce(OH)3 в водных растворах проявляет основной
характер.
Ce(NO3)3+3NaOH  Ce(OH)3(бел.)+3NaNO3;
2Ce(OH)3+3H2SO4 Ce2(SO4)3 + 3H2O
Ce(OH)3+NaOH;
Малорастворимые соли церия(III)
2Ce(NO3)3+3(NH4)C2O4Ce2(C2O4)3(бел)+6NH4NO3
2Ce(NO3)3+3Na2CO3 Ce2(CO3)3(бел)+6NaNO3
Ce(NO3)3+Na3PO4 CePO4(бел)+3NaNO3
Ce(NO3)3+3NaFCeF3(бел)+3NaNO3
2. Особые свойства Ce3+
2.1. Окислительно-восстановительные свойства Ce3+
Ce3+ + окислитель  Ce4+
3Ce(OH)3 + KMnO4 + 2H2O  3Ce(OH)4 + MnO2 + KOH
Се+3-еСе+4
3
Mn+7+3е Mn+4 1
2Ce (NO3)3+NaBiO3+6HNO3  2Ce(NO3)4(ж.)+Bi(NO3)3+NaNO3+3H2O(pH<7)
Bi+5+2eBi+3
Ce+3-eCe+4
1
Eок=1.86 В
2 Eвос=1.61В
E = Eок-Eвос = 0,25В.
Особые свойства Ce3+
ОВ свойства Ce3+
Карбонаты церия окисляются на воздухе
2Ce2(CO3)3 + O2 t 4CeO2 + 6CO2.
Се+3-еСе+4
O02 +4е2O-2
4
1
4. Особые свойства Ce4+.
4.1. Кислотно - основные:
Ce(SO4)2(жёлт.)+4NaOH  Ce(OH)4(желт)+2Na2SO4
Слабые амфотерные свойства Ce(OH)4 проявляет
только при высоких температурах( при спекании с
щелочью):
•Ce(OH)4+NaOHводный р-р
•Ce(OH)4 +
2NaOН(тв)  t
Na2CeO3
•Ce(OH)4 +2H2SO4 Ce(SO4)2 + 4H2O
+ 3H2O
4.2. Окислительно-восстановительные свойстваCe(IV)
Ce4+ - сильный окислитель,
Е Ce4+/ Ce3+ = 1,43-1,7 В в зависимости от среды
2Ce(SO4)2+2KI I2+K2SO4+Ce2(SO4)3
Ce4++eCe3+ 2 окислитель
2I--2eI2
1 восстановитель
Ер=Еок-Евост=1.07 В;
(pH<7)
Eок=1.61 В;
Eвост=-0.54 В;
2Ce(SO4)2+H2O2Ce2(SO4)3+O2+H2SO4
Ce4++eCe3+ 2 окислитель Еок=1.61 В;
2O-1-2eO20 1 восстановитель Евост=1.23 В;
Ер=Еок-Евост=0. 38 В.
Ионы Ce4+ сильные окислители в
кислых средах
2Ce(OH)4+8HCl  2CeCl3+Cl2+8H2O
Ce4++eCe3+ 2
2Cl-1-2eCl20 1
CeCl4
CeBr4
CeI4
ок-ль Еок=1.46 В;
в-ль Евост=1.36 В;
Ер=Еок-Евост=0,1 В;
4.3. Комплексообразование Ce4+
КЧ=8, лиганды: СО32-, С2О42-, SО42!!! Способность Ce4+ образовывать растворимые комплексные
соединения в отличие РЗЭ3+ используют для отделения Ce
от других РЗЭ
РЗЭ2(C2O4)3 + (NH4)C2O4 не идёт.
Ce2(C2O4)3 + (NH4)C2O4 не идёт.
Предварительно для разделения Ce3+ окисляют до Ce4+
2H2O+CeCl3+KMnO4+8NaOH Ce(OH)4 +MnO2 +KCl+8NaCl
Ce(C2O4)2 + 2(NH4)2C2O4  (NH4)4[Ce(C2O4)4]
4.4. Гидролиз соединений Се(IV)
•Ce(NO3)4+2H2O 
 Ce(OH)2(NO3)2 +2HNO3
2CeC + 4H2O  2Ce(OH)4 + CH4 ↑( при нагревании)
2CeC2 + 4H2O  2Ce(OH)4 + C2H4 ↑( при нагревании)
4.5. Качественные реакции на ионы церия.
•Ce(NO3)3+3NH4OH Ce(OH)3(бел.)+3NH4NO3
2Ce(OH)3+H2O22Ce(OH)4(желт.) (pH > 7);
Се3+-еСе4+ восстановитель Eвос=1.61 В;
H2O2+2е+2Н+НО-2+ОН-окислитель Еок=1.77 В;
Е =Еок-Евост=0.16 В.
1
1
•Ce(OH)4+H2O2Ce(OH)3(OOH)(оранж.)+H2O (pH > 7)
1. ОСОБЕННОСТЬ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ
Электронная конфигурация атома европия характеризуется
наличием семи электронов на 4f-подуровне (устойчивая
конфигурация):
63Eu
[ ] 4f2[5s25p6] 5 d06S2
степень окисления +2
63Eu
[ ] 4f1[5s25p6] 5d16S2
степень окисления +3
Соединения со степенью окисления +2 и +3
Соединения европия со степенью окисления +2 по свойствам
похожи на соединения элементов II группы (кальция, бария)
2. СВОЙСТВА ЕВРОПИЯ
Многие характеристики европия (радиус атома наибольший,
наименьшая плотность и т.п.) заметно отличаются от
подобных характеристик остальных лантаноидов.
Металлический европий- активный металл Е = -2,4 В,
он наименее стоек к действию окружающей среды.
4 Eu + 3 O2 → 2 Eu2O3
Еu + 2Н2О → Еu(ОН)2 + Н2↑
2Еu + 6Н2О → 2Еu(ОН)3 + 3Н2↑
2. СВОЙСТВА ЕВРОПИЯ
Еu + Н2О → Еu(ОН)2 + Н2↑
Двухзарядные ионы европия, иттербия и самария могут быть
получены в водных растворах восстановлением, причем ионы Еu2+
довольно устойчивы и по своим свойствам близки к ионам
щелочноземельных металлов.
Из соединений двухвалентного европия известен темно-красный
оксид ЕuО, который образуется при нагревании смеси Еu2О3 с
графитом до 1300 °с.
2Еu2О3 + С → 4ЕuО + СО2↑
Этот оксид относительно устойчив на воздухе, но в присутствии воды
медленно реагирует с ней с выделением водорода:
2ЕuО + 4Н2О → 2Еu(ОН)3 + Н2↑
Гидроксид Еu(ОН)2 основание близкое по силе к Са(ОН)2 ,
в присутствии воды медленно окисляется растворенным кислородом
до Еu(ОН)3
4Еu(ОН)2 + О2 + 2Н2О → 4Еu(ОН)3
.
В сернокислой среде сульфат европия