ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Природа редких металлов и технологические методы, применяемые в их металлургии Общетеоретические вопросы из "Металлургия редких металлов " Понятие редкий металл определяется распространением элементов в земной коре. По предложению В. И. Вернадского их содержание характеризуется декадами (табл. 1). (Подробный анализ количествен ного и качественного распределения элементов см. [1, стр. 7—12].) При ознакомлении с данными табл. 1 видно, что содержание многих металлов, считающихся нередкими, например Ag, 5Ь, Hg, 5п, на несколько порядков ниже содержания металлов, считающихся редкими, например Т , 2г, V, В. Содержание Ве, добыча которого измеряется сотнями тонн в год, соизмеримо с содержанием РЬ, годовая выплавка которого исчисляется миллионами тонн. То же можно сказать о Си и 2п, сравнивая их содержание в земной коре и масштаб выплавки с содержанием В и размерами его добычи. [c.5] В рядах периодической таблицы элементы расположены в порядке возрастающего атомного номера, соответственно с этим изменяется структура электронных оболочек их атомов (табл. 2). По мере возрастания номера увеличивается количество электронов в оболочках, причем с потерей валентных электронов внешних оболочек образуются катионы элементов, а с захватом электронов — анионы. При образовании катионов и анионов элементов, расположенных между и Са, т. е. с потерей валентных электронов или их захватом, возникает структура ионов, воспро1 зводящая структуру электронных оболочек атомов инертных газов Не, Ке, Аг. Эти элементы принадлежат к классу элементов главных групп. Далее следует группа элементов от 8с до N1, которыми начинается класс переходных элементов — металлов. [c.7] Затем идут металлы с незаполненным 4 -уровнем от V до Рс1, причем валентные электроны атома палладия находятся в числе 10 электронов заполненного 4А -уровня. От Ag до Ва расположены элементы, атомы которых имеют заполненные 4А -уровни. Структура катионов и анионов указанных элементов соответствует структуре ксенона эти элементы относятся к элементам главных групп. [c.10] Далее можно наблюдать постепенное заполнение 5с1- и 6 -уровней атомов в рядах НГ — Р1, Ас — и. Между ними находятся элементы Аи, Нд, Т1, РЬ, Вх со структурой атомов, имеющих заполненные 5с/-уровни. Они являются переходными к структуре радона. [c.10] Особо нужно отметить группы редкоземельных металлов от Ьа до Ьи. В данном случае на 5с/-уровне находится один валентный электрон. С церия начинается последовательное заполнение электронами 4/-уровня. Между валентным уровнем 5с1 и уровнем б5, на которых располагаются валентные электроны, находится незаполненный 5/-уровень. [c.10] Металлы редкоземельной группы нельзя причислить ни к классу металлов главных групп, ни к классу переходных. О них более подробно изложено в гл. VI. [c.10] Особенности структуры электронных уровней элементов определяют их химические и физические свойства, в первую очередь валентность их ионов, а также состояние равновесия системы металл — раствор или расплав солей его ионов. [c.10] Металлы главных групп, у которых октетная электронная структура ионов подобна структуре атомов инертных газов, образуют ионы устойчивой валентности. [c.10] Металлы переходных групп с незаполненными или частично заполненными -уровнями склонны к образованию ионов многих валентностей. Большая часть редких металлов принадлежит к классу переходных [4]. [c.10] Первый случай. Он хара ктеризуется в водных растворах решением I для меди, цинка и др., в расплавленных солях — для алюминия, магния, кальция и др., т. е. для металлов главных групп. В качестве примера первого случая можно привести бериллий. [c.11] первый случай равновесия характерен для металлов главных групп. Второй случай типичен для переходных металлов, которые склонны к образованию ионов нескольких валентностей. [c.12] Обособленное положение занимают металлы редких земель — лантаниды в большинстве случаев стабильной валентностью является Ме - . Соединения этих ионов устойчивы в растворах и расплавах. Равновесие (I) сдвинуто влево (см. гл. VI). [c.12] Равновесие (I) с повышением температуры сдвигается в сторону образования ионов что сопровождается растворением металла. [c.12] При охлаждении равновесие сдвигается влево, причем в растворе или в расплаве образуется металлическая фаза в форме кристаллического порошка или взвеси капелек. Это свойственно металлам главных групп (в водных растворах Си, Аи, в расплавах А1, Mg) (13, гл. VIII 16]. [c.12] Для металлов переходных групп стабильной валентностью в системе (I) является например, в водных растворах устойчивы ионы Ре +, N 2+, Со- +. [c.12] Оно неустойчиво, весьма чувствительно к изменению температуры, поэтому в расплаве появляются металлические кристаллики, осадки на стенках кварцевых сосудов, на металлических пластинках или стержнях, опущенных в расплав, по которым тепловой поток отводится вверх. Такое явление называется диспропорционированием. Экспериментально установлено существование катионов Ni+, Ti+, Zr+, r в расплавах их хлоридов, контактирующих с металлом. [c.13] Первый случай реакции протекают в водном растворе или расплаве солей при температуре, меньшей чем температура плавления металлов. Поскольку газовая фаза не участвует в реакциях и налицо две металлические фазы, одна солевая и три компонента, получается одна степень свободы — активность ионов или температура. [c.13] В данном случае в системе две фазы, три компонента 5 = 3 — 2 — 1=2 (в условиях р = onst). Степенями свободы являются активность и температура, что встречается при электролизе с жидкими электродами и в условиях установления равновесий, когда оба металла находятся в сплаве. [c.14] В практике металлотермического восстановления металлов подобных случаев нужно избегать. [c.14] Вернуться к основной статье