Общая химия

Торий применяется в ядерной технике. Под действием нейтронов природный торий, состоящий почти нацело из изотопа ²³²Th, превращается в изотоп урана ²³³U, который служит ядерным горючим (см. стр. 108). Кроме того, торий применяется как легирующий компонент ряда сплавов. В частности, сплавы на основе магния, содержащие тории, цинк, цирконий и марганец, отличаются малой плотностью, высокой прочностью и химической стойкостью при высоких температурах.

Уран открыт в 1789 г., но в чистом виде (металл серо-стального цвета) выделен только в 1841 г. Содержание его в земной коре оценивается в 3·10^-4 (масс.), что соответствует общему количеству 1,3·10¹⁴ металла. Природные соединения урана многообразны; важнейшими минералами являются уранинит (диоксид урана UO₂), настиран (фаза переменного состава UO_2,0-2,6) и карнотит (уранил-ванадат калия K₂(UO₂)₂·(VO

₄)₂·3H₂O). Руды урана обычно содержат не более 0,5% полезного минерала.

Природный уран состоит из трех радиоактивных изотопов: ²³⁸U (около 99,3%) и ²³⁵U (около 0,07%) и ²³⁴U(около 0,005%). Периоды полураспада их соответственно равны 4,5·10⁹ лет, 7·10⁸ лет и 2,5·10⁵ лет.

Важнейшее свойство урана состоит в том, что ядра некоторых его изотопов способны к делению при захвате нейтронов; при этом выделяется громадное количество энергии. Это свойство урана используется в ядерных реакторах, служащих источниками энергии, а также лежит в основе действия атомной бомбы (см. § 37). Непосредственно для получения ядерной энергии применяются изотопы ²³⁵

U и ²³³U.

- 625 -

Из них ²³⁵U применяется в виде природного урана, обогащенного этим изотопом. Важнейший метод обогащения (или выделения) изотопа основан на различии в скорости диффузии газообразных соединений изотопов через пористые перегородки. В качестве газообразного соединения урана используют его гексафторид UF₆ (температура сублимации 56,5°C). Из изотопа ²³⁸U получают изотоп плутония ²³⁹Pu, который также может использоваться в ядерных реакторах и в атомной бомбе.

Уран образует довольно большое число соединений. Наиболее характерными из них являются соединения урана (VI).

Триоксид урана, или урановый ангидрид, UO₃ (оранжевый порошок) имеет характер амфотерного оксида. При растворении его в кислотах образуются соли (например, UO₂Cl

₂), в которых катионом является UO₂²⁺, называемый уранилом.

Соли уранила обычно окрашены в желтовато-зеленый цвет и хорошо растворимы в воде. При действии щелочей и а растворы солей уранила получаются соли урановой кислоты H₂UO₄ — уранаты и двуурановой кислоты H₂U₂O₇ диуранаты, например, уранат натрия Na₂UO₄

и диуранат натрия Na₂U₂O₇. Диураиат натрия применяется для получения уранового стекла, флуоресцирующего желтовато-зеленым светом.

Глава XXI. ПОБОЧНЫЕ ПОДГРУППЫ ЧЕТВЕРТОЙ, ПЯТОЙ, ШЕСТОЙ И СЕДЬМОЙ ГРУПП

Мы уже познакомились со свойствами элементов побочных подгрупп первых трех групп периодической системы и теперь, прежде чем рассматривать остальные побочные подгруппы, можем дать общую характеристику элементов, составляющих побочные подгруппы и называемых переходными элементами. 223. Общая характеристика переходных элементов.

Особенности переходных элементов определяются, прежде всего, электронным строением их атомов, во внешнем электронном слое которых содержатся, как правило, два s-электрона (иногда — один s-электрон). Невысокие значения энергии ионизации этих атомов указывают на сравнительно слабую связь внешних электронов с ядром; так, для ванадия, хрома, марганца, железа, кобальта энергии ионизации составляют соответственно 6,74; 6,76; 7,43; 7,90 и 7,86 эВ. Именно поэтому переходные элементы в образуемых ими соединениях имеют положительную окисленность и выступают в качестве характерных металлов, проявляя тем самым сходство с металлами главных подгрупп.

- 626 -

Однако между металлами главных и побочных подгрупп есть и существенные различия. Они также связаны с особенностями электронного строения переходных элементов, а именно с тем, что во втором снаружи электронном слое их атомов имеется неполностью занятый электронами d-подуровень. Для образования химических связей атомы переходных элементов могут использовать не только внешний электронный слой (как это имеет место у элементов главных подгрупп), но также d-электроны и свободные d-орбитали предшествующего слоя. Поэтому для переходных элементов значительно более характерна переменная валентность, чем для металлов главных подгрупп. Возможность создания химических связей с участием d-электронов и свободных d-орбиталей обусловливает и ярко выраженную способность переходных элементов к образованию устойчивых комплексных соединений. С этим же связана, как указывалось на стр. 578, характерная окраска многих соединений переходных элементов, тогда как соединения металлов главных подгрупп в большинстве случаев бесцветны.