Nowek Monika
Milczarek Milena
Mianowska Anna

Charakterystyka lantanowców

i aktynowców

Lantanowce - grupa pierwiastków chemicznych wydzielona

z 6. okresu układu okresowego. Rozpoczyna się ona od ceru
(liczba atomowa 58) i kończy na lutecie (liczba atomowa 71).
Łącznie liczy ona 14 pierwiastków:
cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz,
holm, erb, tul, iterb i lutet. Do lantanowców zalicza się też zwykle sam lantan,
od którego wywodzi się nazwa całej grupy. Wszystkie lantanowce występują
na +III stopniu utlenienia. Jest to najtrwalszy lub jedyny ich stopień utlenienia.

Promienie atomowe i jonowe ogólnie biorąc zależą od ładunku

jądra atomowego, liczby istniejących w atomie powłok elektronowych
oraz ich zapełnienia. Wzrost ładunku jadra powoduje zwiększone przyciąganie
elektronów i zmniejszenie odległości poszczególnych powłok od jądra
(Przechodząc od La

3+

do Lu

3+

promień jonowy zmniejsza się z 1,06 do 0,85 Å),

którego ładunek zwiększa się w miarę jak posuwamy się od ceru do lutenu.
Zjawisko to nosi nazwę kontrakcji lantanowców.

Skandowce (lantan, itr i skand) razem z lantanowcami określano

dawniej
łącznie mianem metali ziem rzadkich, gdyż uważano, że występują one
stosunkowo rzadko. Obecnie wiadomo jednak, że ich zawartość w skorupie
ziemskiej
bynajmniej nie jest mniejsza od zawartości niektórych metali użytkowych,
oraz że ich minerały są znacznie bardziej rozpowszechnione niż to dawniej
sądzono.

Rozpowszechnienie pierwiastków „ziem rzadkich” w skorupie ziemskiej w porównaniu do innych metali (ppm)

Lantanowce dzieli się na:
A) podgrupę ceru (ziemie cerytowe):
Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd - tzw. lantanowce lekkie
B) podgrupę itru (ziemie itrowe):
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu - tzw. lantanowce ciężkie

Historia odkrycia

Lantanowce w przyrodzie występują w postaci nielicznych minerałów.
Najważniejsze z nich to:
- monacyt (fosforan ceru zawierający jako domieszki lżejsze lantanowce
od lantanu do gadolinu i promieniotwórczy tor)
- gadolinit (krzemian itru zawierający cięższe lantanowce od gadolinu do lutetu).

CePO

4

Y

2

FeBe

2

Si

2

O

10

Aktynowce - grupa pierwiastków chemicznych wydzielona z 7. okresu

układu okresowego. Rozpoczyna się ona od toru (liczba atomowa 90)
i kończy na lorensie (liczba atomowa 103). Łącznie liczy ona 14 pierwiastków:
tor, protaktyn, uran, neptun, pluton, ameryk, kiur, bekerel, kaliform, einstein,
ferm, mendelew, nobel, lorens. Do aktynowców zalicza się też zwykle sam
aktyn, od którego wywodzi się nazwa całej grupy. Podobnie jak lantanowce,
aktynowce najczęściej występują na +III stopniu utlenienia.
W roztworach wodnych najczęściej tworzą jony M

3+,

M

4+

lub MO

2+

(M - odpowiedni aktynowiec).

Wszystkie aktynowce są promieniotwórcze, a ich okresy połowicznego rozpadu
maleją ze wzrostem liczby atomowej. Dlatego otrzymanie tych pierwiastków
w ilościach niezbędnych do badań właściwości fizycznych i chemicznych jest bardzo
trudne. Z tego powodu właściwości te poznano w niewielkim stopniu.
Jeżeli chodzi o aktynowce takie jak tor i uran, to mają one raczej długi okres
półtrwania (1,39*10

10

lat dla

232

60

Th i 4,5*10

9

lat dla

238

92

U).

Tak więc ich szybkości rozpadu są bardzo małe i jądra, obecne w chwili powstania
Ziemi, istnieją nadal. Aktynowce położone za uranem (tzw. pierwiastki transuranowe)
nie mają długo żyjących prekursorów, tak więc nie występują w przyrodzie
w ilościach mierzalnych, lecz muszą być otrzymywane sztucznie przy zastosowaniu
reaktorów jądrowych

Własności fizyczne

Lantanowce w stanie wolnym to srebrzystobiałe metale, miękkie i kowalne.

Wyjątkowo niskie, w porównaniu z sąsiednimi pierwiastkami,
temperatury topnienia europu i iterbu wyjaśnia się odrębnymi
strukturami sieci przestrzennej, którym odpowiada nieco
luźniejsze upakowanie atomów. Struktury te powodują też,
że obydwa pierwiastki wykazują zmniejszony ciężar właściwy
i zwiększoną objętość atomową.

Otrzymywanie metalicznych

lantanowców

Lantanowców w wolnym stanie nie można otrzymać

przez redukcję tlenku za pomocą węgla, bo w wysokich

temperaturach tworzą one łatwo węgliki LnC

2

. Najczęściej

stosowanym sposobem ich wydzielania jest elektroliza

stopionych bezwodnych chlorków albo redukcja chlorków

lub fluorków metalami takimi jak Mg, Ca, Na.

Otrzymywanie metalicznych

lantanowców

Ln – bardzo reaktywne (reaktywność zbliżona do Mg)

Lantanowce otrzymuje się poprzez metalo-termiczną redukcję
w temperaturze 1450°C

2 LnCl

3

(La-Gd)

redukcja(Ca)

LnF

3

(Tb, Dy, Ho, Er, Tm)

1450°C

Ln + 3CaCl

2

(CaF

2

)

Transuranowce

Pierwiastki o liczbach atomowych większych od 92
, położonych w układzie okresowym poza uranem
nazywamy transuranowcami.
Pierwsze próby uzyskania transuranowców
podejmował Fermi w roku 1934. Naświetlał on
uran powolnymi neutronami i stwierdził, że w ten
sposób uzyskuje nowe substancje
promieniotwórcze. Obecnie wiadomo jednak, że
obserwował raczej promieniowanie produktów
rozszczepienia jader uranu.

Pierwiastek o liczbie atomowej 93 został wykryty kilka
lat później w produktach naświetlania uranu neutronami,
a mianowicie w 1940r. przez McMillana i Abelsona na
Uniwersytecie Kalifornijskim. Wykazali oni, że jadra uranu

238

U pod wpływem neutronów przechodzą w izotop

239

U,

który z okresem połowicznego rozpadu 23,5 min
przechodzi na drodze przemiany β

-

w nowy pierwiastek,

pierwszy pierwiastek transuranowy, neptun

Pierwiastek ten przypomina swoimi właściwościami uran. Jadra
neptunu ulegają dalszej samorzutnej przemianie β

-

prowadzącej do powstania następnego pierwiastka
transuranowego, plutonu Pu:

Ten ostatni nuklid ulega, podobnie jak

235

U, rozszczepieniu pod wpływem

powolnych neutronów. Pierwszym poznanym izotopem plutonu był izotop

uzyskany przez McMillana, Kennedyego, Wahla i Seaborga z
końcem 1940r. Badacze Ci bombardowali uran deutronami rozpędzonymi
w cyklotronie. Pierwszym produktem reakcji jądrowej był izotop neptunu

przechodzący następnie w pluton:
 
 

 

 

Próby wydzielenia transuranowców o liczbach atomowych
95 i 96 w produktach bombardowania plutonu jonami helu i
neutronami, prowadzone pod kierunkiem G.T. Seaborga nie
dawały pozytywnych wyników tak długo, jak długo
przyjmowano, że pierwiastki te, podobnie jak uran, dadzą
się przeprowadzić na stopień utlenienia +6. Dopiero
wysunięcie hipotezy, że pierwiastki transuranowe należą
wraz z innymi pierwiastkami następującymi po aktynie do
podobnej grupy pierwiastków wewnętrznoprzejściowych jak
lantanowce i że wobec tego będą mieć tendencję do
występowania na stopniu utlenienia +3, pozwoliło na
zaprojektowanie właściwych metod oddzielania tych
pierwiastków. Doprowadziło to do odkrycia kiuru
Cm(Z=96), a następnie ameryku Am(Z=95)

Kiur otrzymano bombardując pluton
jonami helu.

Ameryk otrzymano natomiast naświetlając ten sam izotop
plutonu neutronami w reaktorze atomowym.

Kiur i ameryk stały się następnie podstawą syntezy
berkelu Bk (Z=97) i kaliformu Cf (Z=98)

Pierwiastki o liczbach atomowych 99 i 100, nazwane na
cześć Alberta Einsteina i Enrico Fermiego einstein Es i
fermen Fm, zostały wykryte po raz pierwszy w 1952 r. w
pyłach i w opadzie radioaktywnym po pierwszym wybuchu
termojądrowym. Synteza pierwiastka o liczbie atomowej
101 nazwanego mendelewem Md, została przeprowadzona
w 1955 r. Stwierdzono wówczas, że mendelew powstaje w
wyniku bombardowania einsteinu jonami helu.

Kolejne pierwiastki transuranowe nobel Nb(Z=102)
i lorens Lw(Z=103) otrzymano stosując jeszcze cięższe
„pociski”, a mianowicie jony węgla oraz jony izotopów
boru: rozpędzone w cyklotronie

W przypadku aktynowców tylko początkowe pierwiastki
pojawiają się w przyrodzie, dalsze są otrzymywane
przeważnie w bardzo małych ilościach w wyniku
sztucznych przemian jądrowych. Wszystkie pierwiastki
grupy aktynowców są pierwiastkami promieniotwórczymi.

ZASTOSOWANIE

Do typowych zastosowań lantanowców należą:

- tzw. metal mieszany stosowany jako środek odtleniający i odsiarczający
stopione metale
- cer ma zastosowanie w technice laserowej CeF

3

i jako dodatek do wielu

stopów
-tlenek prazeodymu (Pr) katalizuje niskotemperaturowe utlenianie NH

3

-związki samaru (Sm)są stosowane, jako silne, stałe magnesy
- luminofory telewizorów kolorowych są sporządzone z tlenku itru
aktywowanego europem
-w elektronice borek gadolinu znalazł zastosowanie jako katoda
-tlenki lantanowców stosuje się w przemyśle szklarskim( tlenki neodymu i
prazeodymu) do barwienia szkła i ceramiki

Spośród zastosowań aktynowców należy wymienić :

-zastosowanie toru jako materiału do otrzymywania
rozszczepialnego izotopu uranu

235

U

-ThO

2

odznacza się wysoką temperaturą topnienia, dlatego

stosuje się go w materiałach wysokoogniotrwałych
-UF

6

stosuje się w procesie wydzielania izotopu 235 U

metodami dyfuzyjnymi
-uran używany jest do wytwarzania energii i otrzymywania
pierwiastków transuranowych
-izotopy kiuru są stosowane w bateriach atomowych do
wytwarzania prądu w stymulatorach serca