Некоторые применения d- и f-блочных элементов

Переходные металлы обычно характеризуются как элементы, имеющие или способные образовывать частично заполненные “d” орбитали. Переходные элементы представляют собой элементы d-блока в группах от трех до одиннадцати. Внутренние переходные металлы, к которым относятся лантаниды и актиниды, являются другим названием для элементов f-блока. Это требование выполняется также потому, что d-орбиталь занята лишь частично перед f-орбиталями.

Элементы D-блока

Элементы D-блока – это элементы, присутствующие в современной периодической таблице с третьей по двенадцатую группы. Валентные электроны этих элементов находятся на d-орбитали. Переходные элементы или переходные металлы – это другие названия элементов d-блока. Элементы D-блока имеют электроны (1-10) на d-орбитали предпоследнего энергетического уровня и на самой внешней орбитали (1-2). Хотя электроны не заполняют d-орбитали в металлах группы 12, их химический состав очень похож на состав предыдущих групп, поэтому они классифицируются как элементы d-блока.

Применение элементов d-блока

Существует несколько основных элементов d-блока, например, железо и цинк. Применение железа и цинка будет рассмотрено отдельно, а затем обсудим применение других элементов в целом.

• Железо

1. Железо и его сплав, сталь, широко используются в строительном секторе.
2. Железо является наиболее часто используемым металлом, на него приходится более 90% мирового производства металлов.
3. Благодаря своей низкой стоимости и высокой прочности, оно часто используется для выдерживания нагрузок или передачи давления при строительстве машин и станков, поездов, автомобилей, корпусов судов, арматуры для бетона и несущих каркасов зданий.
4. Поскольку чистое железо довольно мягкое, его обычно смешивают с легирующими металлами для получения стали.
5. Они используются для изготовления мостов, опор электропередач, велосипедных цепей, режущих инструментов и винтовочных стволов.
6. Углерод присутствует в чугуне в количестве 3-5%. Он используется при производстве труб, клапанов и насосов.
7. В процессе Хабера железные катализаторы используются для получения аммиака.
8. Из этого металла, а также его сплавов и соединений можно изготавливать магниты.

• Цинк

1. В стационарных сухих батареях цинк используется в качестве отрицательного анода.
2. Большая часть цинка используется для гальванизации других металлов, таких как железо, чтобы они не ржавели.
3. Оцинкованная сталь используется в строительстве автомобильных кузовов, фонарных столбов, барьеров безопасности и подвесных мостов.
4. Цинк используется в больших количествах для изготовления литейных форм, которые применяются в автомобильной, электротехнической и аппаратной промышленности. Цинк также используется в сплавах, включая латунь, никелевое серебро и алюминиевый припой.
5. Многие товары, включая краски, резину, косметику, фармацевтические препараты, пластмассы, чернила, ситаллы и т.д., используются в качестве сырья для производства цинка.

Оксид титана(IV) – наиболее часто используемый тип титана. Это обычный пигмент в краске для дома, красках для художников, пластмассах, эмали и бумаге.

1. Металл вольфрам используется для изготовления электрических волокон.
2. Диоксид марганца используется в качестве компонента в элементах сухих батарей.
3. Для летательных аппаратов очень полезны композиты из ниобия.
4. Тантал – металл, который используется для изготовления гирь.
5. В фотографии используется бромид серебра.
6. Многие d-блоки или переходные металлы и их соединения используются в качестве катализаторов в химических процессах.
7. Хлорид палладия используется в методе Ваккера для преобразования этана в этанол.
8. Элементы F-блока
9. Элементы с f-орбиталью, которая заполняется электронами, называются элементами f-блока. Эти элементы имеют электроны (от 1 до 14) на f-орбитали, (от 0 до 1) на орбитали d предпоследнего энергетического уровня и (от 0 до 1) на самой внешней орбитали. Блок f содержит две серии, которые соответствуют заполнению 4f и 5f орбиталей. Элементы находятся в 4f-серии от Ce до Lu и в 5f-серии от Th до Lw. Каждая серия содержит 14 элементов, которые занимают орбиталь ‘f’.
10. Применение элементов f-блока

Сплавы лантанидов используются для изготовления инструментальных сталей и жаропрочных материалов.

Церий является основным лантанидом, используемым для этой цели, наряду со следовыми количествами лантана, неодима и празеодима.

Эти металлы также часто используются в нефтяной промышленности, где они применяются для переработки сырой нефти в бензин.

1. Карбиды, бориды и нитриды лантанидов используются в качестве огнеупоров.
2. Оксиды лантанидов используются в качестве абразивов для очистки стекла.
3. Торий используется для лечения рака, а также для освещения газовых мантий.
4. Оксид тория используется в качестве катализатора в промышленности.
5. Торий может быть использован для производства ядерной энергии. Он почти в три раза более распространен, чем уран, и примерно так же распространен, как свинец, и вполне вероятно, что торий содержит больше энергии, чем уран и ископаемое топливо.
6. Уран используется в качестве атомного топлива.
7. Уран также используется для заправки коммерческих ядерных реакторов, вырабатывающих энергию, а также для создания изотопов, которые применяются в медицине, промышленности и обороне по всему миру.
8. Плутоний используется в ядерных реакторах и ядерном оружии.
9. Примерные проблемы
10. Вопрос 1: Почему разделение элементов лантанидов в чистом виде затруднено?
11. Решение:

Поскольку ионные радиусы лантанидов отличаются незначительно, а их химические свойства идентичны, разделение элементов лантанидов в чистом виде затруднено.

Вопрос 2: Как влияют на основную прочность гидроксиды в лантанидах?

Решение:

По мере уменьшения размера лантанида от La до Lu и увеличения ковалентного характера гидроксидов, основная сила лантанида уменьшается.

Вопрос 3: Что такое сокращение актинидов?

Решение:

Из-за увеличения ядерного заряда и перехода электронов на внутренние (n-2) f-орбитали, атомный размер/ионные радиусы трех положительных ионов актинидов уменьшаются от Th к Lw. Сокращение актинидов, как и сокращение лантанидов, характеризуется последовательным уменьшением размера с увеличением атомного номера. Из-за недостаточного экранирования 5f-электронами сокращение со временем становится больше.

Вопрос 4: Какие тенденции наблюдаются в химической реактивности актинидов?

Решение:

Из-за более низкой энергии ионизации актиниды более электроположительны и реакционноспособны, чем лантаниды. Они вступают в реакцию при контакте с горячей водой. Вступая в реакцию с окисляющими химикатами, могут создавать пассивное покрытие. Происходит образование галогенидов и гидридов. Актиниды являются чрезвычайно эффективными восстановителями.

Вопрос 5: Являются ли внутренние переходные металлы реакционноспособными?

Решение:

В f-блоке находятся внутренние переходные металлы, которые обычно располагаются в нижней части Периодической таблицы. Они почти так же реактивны, как щелочные металлы, а все актиниды токсичны и не имеют коммерческого применения. Радиоактивные элементы, с другой стороны, могут быть использованы в качестве оружия или на атомных электростанциях.

Решение: