ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Кафедра ХиХТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Задание № _7_
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «Радиохимия»
Тема: «Состояние церия (III) в водных растворах»
| Зав. кафедрой | |
| (дата, подпись) | (Ф.И.О.) |
| Преподаватель | |
| (дата, подпись) | (Ф.И.О.) |
| Выполнил студент группы | 1ХТ–46Д |
| (дата, подпись) | (Ф.И.О.) |
2010 г
ЗАДАНИЕ № 7
НА КУРСОВУЮ РАБОТУ ПО РАДИОХИМИИ
Группа:
Студент:
Тема: Состояние церия (III) в водных растворах
Состав раствора: «Ce (NO3)3 – Na3PO4 – Na2SO4 – KF – H2O». Интервал рН = 1 – 12.
C(Ce(NO3)3) = 10-6 моль/л; С(Na3PO4) = 0,01 моль/л; С(Na2SO4) = 0,2 моль/л; С(KF) = 0,02 моль/л.
Задание:
1. Литературный обзор
1.1 Семейство лантаноидов, общая характеристика.
1.2. Церий: химические свойства. Комплексообразование в водных растворах.
1.3. Радиоактивные изотопы церия; методы получения, ядерно-физические свойства.
2. Расчетная часть.
2.1. Рассчитать долю и концентрацию форм состояния гидролизующихся лигандов в растворе во всем диапазоне рН; построить распределительную диаграмму для каждого из них.
2.2. Рассчитать долю всех возможных форм церия (III) в растворе данного состава; построить распределительную диаграмму.
2.3. Определить диапазон концентраций Na3PO4 и рН где будут преобладать фосфатные комплексы.
2.4. Определить, при каких значениях концентраций KF и Na3PO4 при рН = 3 – 6 в растворе будут преобладать фторидные комплексы.
| График выполнения курсовой работы | |
| Содержание работы | Сроки выполнения |
| 1. Выполнение разделов работы | |
| 1.1 Обзор литературы | 20.03.10 |
| 1.2 Выполнение расчетов и построение диаграмм | 20.04.10 |
| 1.3 Оформление пояснительной записки и компьютерной презентации доклада | 15.05.10 |
| 2. Защита курсовой работы | 15.05 – 25.05 |
Преподаватель
Содержание
1 Литературный обзор……………………………………………………………………………………...4
1.1 Семейство лантаноидов, характеристика………………………………………………………………4
1.2 Церий. Химические свойства, комплексообразование………………………………………………..5
1.3 Изотопы церия, свойства………………………………………………………………………………...7
2 Расчетная часть …………………………………………………………………………………………..9
2.1 Расчет доли и концентрации гидролизующийся лигандов……………………………………………9
2.2 Расчет доли форм церия (III)…………………………………………………………………………..13
2.3 Определение диапазона концентраций Na3PO4 и рН, где будут преобладать фосфатные комплексы……………………………………………………………………………………………….15
2.4 Определение значений концентраций KF и Na3PO4 при рН = 3 – 6 в растворе будут преобладать фторидные комплексы………………………………………………………………………………….16
Вывод………………………………………………………………………………………………………...17
Список литературы………………………………………………………………………………………….18
1. Литературный обзор
1.1 Семейство лантаноидов, общая характеристика.
Лантаноиды — семейство из 14 химических элементов с порядковыми номерами 58—71, расположенных в VI периоде системы Менделеева за лантаном и сходных с ним по свойствам. Располагаются в отдельном ряду внизу Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (в краткой и полудлиной формах таблицы). В атоме лантаноидов заполняется глубоко лежащий четвертый слой 4f14. Поэтому лантаноидов может быть только 14. Поскольку по мере увеличения заряда ядра структура двух внешних электронных оболочек не меняется, все лантаноиды имеют сходные химические свойства.
Лантаноиды включают в себя: церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. Вместе с лантаном, скандием и иттрием входят в состав редкоземельных элементов. Лантаноиды условно разделяются на 2 подгруппы: цериевую, включающую элементы от церия до европия, и иттриевую, включающую элементы от гадолиния до лютеция. [1]
Все лантаноиды и лантан — металлы серебристо-белого цвета, в порошковом состоянии – от серого до черного. Пластичны, легко поддаются ковке, прокатке. Имеют твердость порядка 20-30 единиц по Бренелю. Всем им присущ полиморфизм. Лантаноиды химически активны, они образуют прочные оксиды, галогениды, сульфиды, реагируют с водородом, углеродом, азотом, фосфором. Разлагают воду, растворяются в соляной, серной и азотной кислотах. В плавиковой и фосфорной кислотах лантаноиды устойчивы, так как покрываются защитными пленками малорастворимых солей. [2]
С рядом органических соединений лантаноиды образуют комплексные соединения. Важное значение для разделения лантаноидов имеют комплексы с лимонной и этилендиаминтетрауксусной кислотой. В промышленности лантаноиды и лантан получают восстановлением соответствующих галогенидов чистым кальцием или электролизом расплавов. Лантаноиды и лантан применяют как добавки к сталям, чугунам и другим сплавам для улучшения механической стойкости, коррозионной устойчивости и жаропрочности. Используют лантаноиды и лантан для получения специальных сортов стекла, в атомной технике. Соединения лантан, а также лантаноидов используют для изготовления лаков и красок, светящихся составов, в производстве кожи, в текстильной промышленности, в радиоэлектронике для изготовления катодов. Соединения лантаноидов применяются в лазерах. [1]
Валентные состояния.
Конфигурация валентных электронов атомов лантаноидов может быть выражена общей формулой 4f2-145d0-16s2. У них достраивается третий снаружи энергетический уровень (4f – подуровень) при одинаковом количестве электронов наружного энергетического уровня (6s2) и у большинства лантаноидов предвнешнего (5s25p6) энергетического уровня. По правилу Хунда у элементов подгруппы церия 4f орбитали заполняются по одному электрону, а те же орбитали у элементов подгруппы тербия – по второму электрону.
4f – электроны сильно экранированы электронами подуровней 5s и 5p, менее подвержены действию соседних атомов и молекул. Более устойчивое трехвалентное состояние лантана, гадолиния, и лютеция среди других РЗЭ объясняется особенностью структуры их атомов. Некоторые лантаноиды кроме валентности III, проявляют так же валентность IV среди таких элементов Ce, Pr, Tb. Валентность II – Sm, Eu, Yb. Эти аномальные валентности объясняются различием энергетических состояний на подуровне 4f. [2]
Причём, одни степени окисления характерны при одних условиях, другие – при других. Так, например, в щелочной среде устойчив ион Cе4+, а в кислой среде – Се3+. Эти состояния окисления связывают с образованием наиболее устойчивых электронных конфигураций 4f0, 4f7, 4f14. Так, Ce и Tb приобретают конфигурации 4f0 и 4f7, переходя в состояние окисления +4, тогда как Eu и Yb имеют соответственно конфигурации – 4f7 и 4f14 в состоянии окисления +2. Однако существование Pr (IV), Sm (II), Dy (IV) и Tm (II) свидетельствует об относительности критерия особой устойчивости электронных конфигураций 4f0, 4f7 и 4f14.
Лантаноидное сжатие.
Причина этого явления – экранирование одного электрона другим в той же оболочке. Лантаноидное сжатие следует квалифицировать как f – сжатие. Оно есть следствие заполнения 4f – подуровня. Он расположен ближе к ядру, нежели d – подуровень, а его экранизирующие действие настолько велико, что влияние возрастающего заряда ядра сильно затормаживается. [2]
1.2. Церий: химические свойства. Комплексообразование в водных растворах.
Церий (Се), химический элемент III группы периодической системы. Относится к редкоземельным элементам (цериевая подгруппа лантаноидов), атомный номер 58, атомная масса 140,12. В природе 4 стабильных нуклида: 136Се (0,19%), 138Се (0,25%), 140Се (88,48%), 142Се (11,08%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 0,6 x 10-28 м2. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 4f25s25p66s2;степени окисления +3, реже +4. [3,4]
Церий – весьма реакционно-способный металл, на воздухе он окисляется за несколько суток, образуя серый рассыпающийся порошок, состоящий из гидратированных карбонатов. При нагревании на воздухе в виде монолитного блока церий загорается при 160–180° С, мелкодисперсный металлический порошок вспыхивает на воздухе в результате энергичного окисления. Церий разлагает воду при кипячении, растворим в минеральных кислотах, устойчив к действию щелочей. Бурно взаимодействует с галогенами, азотом и углеродом. Наиболее характерны для церия степени окисления Се(III) и Ce(IV). Ионы Се(III), бесцветные в водных растворах, в щелочной среде в присутствии окислителей легко переходят в ионы Ce(IV), имеющие желтую окраску. Это свойство церия позволило обнаружить неизвестный ранее тип реакций, названных колебательными. [4]
Соединения церия. Диоксид СеО2, светло-желтый порошок, температура плавления 2400° С. При растворении СеО2 в концентрированной HNO3 в присутствии NH4NO3 образуется легко кристаллизующаяся комплексная соль (NH4)2[Ce(NO3)6], растворимая в большинстве органических растворителей, при 180° С разлагается. Диоксид церия, взаимодействуя с Н2 при температуре выше 800° С, частично восстанавливается, образуя смесь оксидов, содержащих ионы Се(III) и Ce(IV). [2]