Редкоземельные элементы, их комлексные соединения

 

 

 

 

 

 

 

Применение РЗЭ

 

Основная область применения лантаноидов – металлургия, где  они используются как добавки  к различным сплавам. Так, смесь металлов – «цериевый смешанный металл» применяют в качестве легирующей добавки или как раскисляющее средство в сплавах легких металлов. Оксиды этих элементов применяются в качестве катализаторов, также они входят в состав многих лазерных и ферромагнитных материалов, широко используются в оптической промышленности, в производстве специальных сортов стекол. Чистые соединения церия, празеодима и неодима применяют для окрашивания стекол и эмалей, в производстве фарфора. Pr₆O₁₁ применяется для изготовления неорганических красителей.

В медицине: оксалаты применяют в фармацевтических целях (перемизин), соль неодима 3-сульфоизоникотиновой кислоты находит терапевтическое применение как средство, препятствующее свертыванию крови (тромбодим). Используют в медицине для диагностики: вводят РЗЭ в белок в виде комплексного соединения, затем определяют, в каком органе этот белок сосредоточен (чаще всего по люминесценции соединений Eu).

Фториды используют в  углях дуговых киноламп, которые содержат до 60% фторида церия. Иодиды РЗЭ нашли применение в «галогенных» лампах (в таких лампах наблюдается высокая светимость). Нити накаливания в таких лампах не перегорают: они «самозалечиваются» благодаря самовозобновляющейся диссоциации и образованию летучих иодидов. Нитраты в смеси с порошком магния применяют в качестве порошка для вспышек. В последние годы РЗЭ нашли применение в качестве важных компонентов керамических сверхпроводящих материалов, твердотельных лазеров непрерывного излучения, входят в состав некоторых катализаторов крекинга нефти, используются в атомной энергетике. РЗЭ малотоксичны.[1]

Важным направлением использования растворимых в  органических растворителях β-дикетонатных комплексов европия и празеодима, таких, как комплексы с 1,1,1,2,2,3,3-гептафтор-7,7-диметилоктадионом-4,6, является их применение в качестве парамагнитных реагентов, приводящих к химическому сдвигу в спектроскопии ЯМР. При образовании комплексов сложных полярных органических молекул с этими соединениями сильно изменяется экранирование протонов, и можно резко увеличить разделение резонансных линий в спектре.

Другие области использования соединений РЗЭ определяются их спектральными свойствами. Иттрий и европий в виде оксидов или в силикатных решетках обладают флуоресцентными или люминесцентными свойствами, и приготовленные на их основе фосфора используются в цветных телевизионных трубках. В решетках CaF₂ двухзарядные ионы лантаноидов, а также соли анионов [Eu(β-дикетонат)₄]^1- обнаруживают генерационные свойства и применяются в лазерах.[7]

РЗЭ находят применение в люминофорах. Цветное стекло с нанесением люминофора позволяет добиваться особо сочного свечения неоновой рекламы. Применяет люминофоры с редкоземельными элементами с 1975 года. Благодаря РЗЭ улучшается цветопередача.

Химики-неорганики из Японии нашли новое применение соединениям  лантаноидов, образующимся в качестве сопутствующих веществ при добыче и переработке руд цветных металлов. Они разработали систему хранения кислорода, почти в 10 раз более эффективную в сравнении с материалами, используемыми в настоящее время в системах для полного сжигания топлива автомобильного транспорта. Масато Мачида (Masato Machida), разработавший новую систему совместно с коллегами из Университета Кумамото, поясняет, что использование материалов для хранения кислорода важно для катализаторов контроля выхлопа. Это обстоятельство связано с тем, что подобные композиты накапливают и испускают кислород в количествах, необходимых для создания идеальной по составу воздушно-топливной смеси, позволяющей добиться наиболее полного сгорания моторного топлива. Обычно сжигание бензина или дизельного топлива приводит к образованию токсичных загрязнителей, которые окисляются в менее опасные соединения с помощью "аккумуляторов кислорода".

Группа Мачиды исследовала  «аккумуляторы кислорода» на основе оксисульфата празеодима (Pr₂O₂SO₄), так как это соединение может работать при низких температурах. Японские ученые модифицировали структуру Pr₂O₂SO₄: для увеличения площади его поверхности и понижения рабочей температуры материала. Необходимость заставить аккумулятор кислорода работать при низких температурах важна, так как при низких температурах, как процесс накопления кислорода, так и гетерогенная реакция окисления токсичных выхлопов становится медленной, в результате чего не так просто достичь полной конверсии вредных веществ.

Японские ученые получили оксисульфат празеодима с пористой слоистой структурой, позволяющей добиться ускорения, как высвобождения, так и поглощения кислорода. При полном насыщении празеодимного «аккумулятора» кислородом достигается почти стехиометрическое соотношение Pr₂O₂SO₄ : О₂, равное 1 : 1. Это стехиометрическое соотношение "твердый хозяин": «газообразный гость» остается практически неизменным и при существенном повышении температуры. Мачида отмечает, что способность «аккумулятора кислорода» запасать и высвобождать кислород, в широком интервале температур, важна, так как часто температура выхлопа может сильно зависеть от условий вождения.

В планах японских исследователей удешевить способ производства празеодимовых  «аккумуляторов кислорода» до такой  степени, чтобы разработанная ими система смогла вытеснить с рынка широко используемые ныне материалы на основе церия и циркония.

 

[8]

 

 

 

 

Заключение

 

Прогресс в практическом использовании РЗЭ (металлов, их соединений с другими элементами) определяется степенью изученности химии и  физики редкоземельных элементов. Знание химических особенностей РЗЭ необходимо для дальнейшего усовершенствования и создания новых методов их разделения, оптимизации условий получения и эксплуатации практически важных соединений РЗЭ.

К примеру, в последнее  десятилетие ученые занимаются поиском новых циклопентадиенильных лигандных систем, позволяющих стабилизировать алкильные и гидридные комплексы РЗЭ. Целями замены лигандов являются повышение устойчивости производных РЗЭ при сохранении высокой каталитической активности. Прогресс, достигнутый в этой области, подтверждает широкие возможности манипулирования реакционной комплексов редкоземельных металлов, содержащих связи Ме – С и Ме – Н в катализе  различных превращений  ненасыщенных субстратов. Можно ожидать, что дальнейший прогресс в области каталитического применения металлоорганических соединений РЗЭ будет определяться развитием химии их гидридных и катионных комплексов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Шиманович И.Е., Павлович М.Л., Тикавый В.Ф., Малашко П.М. Общая химия в формулах и определениях. Мир.- М., 1994. с.457-459

2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия (издание четвертое, исправленное). Высшая школа.- М., 2001, с.698-707

3. Мартыненко Л.И.,.Спицын В.И. Избранные главы неорганической химии. Выпуск 2. Московский университет.- М., 1988, с.62-70

4. А.Ф.Уэллс. Структурная неорганическая химия. Том 3. Мир.- М., 1987, с. 407-410

5. Химия и технология редких и рассеянных элементов (часть II). Под редакцией чл.-корр. АН СССР К.А.Большакова. Высшая школа.- М., 1979, с.77-83

6. Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. Высший химический колледж Российской академии наук.- М., 1997, с.76-77

7. Ф.Коттон, Дж.Уилкинсон. Современная неорганическая химия. 3 часть. Мир.- М., 1969, с.529-533

8. J. Mater. Соли лантаноидов как «аккумуляторы кислорода». @ChemPort.Ru Новости химической науки, 21.12.2006

9. А.А. Трифонов. Неметаллоценовые металлоорганические производные редкоземельных элементов: синтез, строение и применение в катализе превращений ненасыщенных субстратов.  //Ж. Успехи химии.- 2007,- Т. 76/ №11.-с.1129-1132