Некоторые применения элементов d и f-block

Переходные металлы обычно характеризуются как элементы с частично заполненными d-орбиталями или способные формировать их. Переходные элементы представляют собой элементы d-блока в группах от трех до одиннадцати. Внутренние переходные металлы, которые включают лантаноиды и актиниды, являются другим названием элементов f-блока. Это требование также выполняется, потому что d-орбиталь лишь частично занята 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-орбиталь в металлах группы 12, их химический состав очень похож на химический состав предыдущих групп, поэтому они классифицируются как элементы d-блока.

Применение элементов d-блока

Есть некоторые основные элементы d-блока, например, железо и цинк. Применение железа и цинка будет обсуждаться отдельно, а затем давайте обсудим применение других элементов в целом.

• Утюг

1. Железо и его сплав, сталь, широко используются в строительной сфере.
2. Железо является наиболее часто используемым металлом, на его долю приходится более 90% мирового производства металла.
3. Из-за своей низкой стоимости и высокой прочности он часто используется для выдерживания напряжения или передачи давления при строительстве машин и станков, поездов, транспортных средств, корпусов кораблей, бетонных арматурных стержней и несущего каркаса 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 стволов винтовок.
6. Углерод присутствует в 3–5% чугуна. Он используется в производстве труб, клапанов и насосов.
7. В процессе Габера для производства аммиака используются железные катализаторы.
8. Из этого металла, а также его сплавов и соединений можно изготавливать магниты.

• Цинк

1. В стационарных сухих батареях в качестве отрицательного анода используется цинк.
2. Большая часть цинка используется для гальванизации других металлов, таких как железо, чтобы они не ржавели.
3. Оцинкованная сталь используется в производстве автомобильных кузовов, уличных фонарных столбов, барьеров безопасности и подвесных мостов.
4. Цинк используется в больших количествах для изготовления литья под давлением, которое применяется в автомобильной, электротехнической и метизной отраслях. Цинк также содержится в сплавах, включая латунь, нейзильбер и алюминиевый припой.
5. Многие предметы, в том числе краски, резина, косметика, фармацевтические препараты, пластмассы, чернила, мыло, батареи, текстиль и электрооборудование, содержат оксид цинка. Сульфид цинка — это химическое вещество, которое используется для изготовления люминесцентных красок, флуоресцентных ламп и рентгеновских экранов.

Применение других элементов d-блока

1. Титан используется в производстве самолетов и космических кораблей.
2. Поскольку металлический титан эффективно связывается с костью, он использовался в хирургических операциях, таких как замена суставов (особенно тазобедренных суставов) и зубных имплантатов.
3. Оксид титана (IV) является наиболее часто используемым типом титана. Это распространенный пигмент в красках для дома, художественных красках, пластмассах, эмалях и бумаге.
4. Металлический вольфрам используется для изготовления электрических волокон.
5. Диоксид марганца используется в качестве компонента сухих аккумуляторных батарей.
6. Двигатели Fly значительно выигрывают от использования ниобиевых композитов.
7. Тантал — это металл, из которого изготавливают пояснительные гири.
8. В фотографии используется бромид серебра.
9. Многие d-блоки или переходные металлы и их соединения используются в качестве катализаторов в химических процессах.
10. Хлорид палладия используется в методе Вакера для преобразования этана в этанол.

Элементы F-блока

Элементы с af-орбиталью, заполненной электронами, называются f-блочными элементами. У этих элементов есть электроны (от 1 до 14) на f-орбитали, (от 0 до 1) на d-орбитали предпоследнего энергетического уровня и (от 0 до 1) на самой внешней орбитали. Блок f содержит две серии, соответствующие заполнению 4f- и 5f-орбиталей. Элементы находятся в ряду 4f от Ce до Lu и в ряду 5f от Th до Lw. Каждая серия состоит из 14 элементов, занимающих f-орбиталь.

Применение элементов f-block

1. Сплавы лантаноидов используются для изготовления инструментальных сталей и жаропрочных материалов.
2. Церий является основным лантанидом, используемым для этой цели, наряду со следовыми количествами лантана, неодима и празеодима.
3. Эти металлы также часто используются в нефтяной промышленности, где они используются для переработки сырой нефти в продукты бензина.
4. Карбиды, бориды и нитриды лантаноидов используются в качестве огнеупоров.
5. Оксиды лантанидов используются в качестве абразивов при очистке стекла.
6. Торий используется для лечения рака, а также для освещения газовых мантий.
7. Оксид тория используется в качестве катализатора в промышленности.
8. Торий можно использовать для производства ядерной энергии. Его почти в три раза больше, чем урана, и примерно столько же, сколько свинца, и вполне вероятно, что торий содержит больше энергии, чем уран и ископаемое топливо.
9. Уран используется в качестве атомного топлива.
10. Уран также используется в качестве топлива для коммерческих ядерных реакторов, вырабатывающих энергию, а также для создания изотопов, используемых в медицине, промышленности и обороне по всему миру.
11. Плутоний используется в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Примеры проблем

Вопрос 1: Почему разделение элементов лантаноидов в чистом виде затруднено?

Решение:

Because the ionic radii of the lanthanides differ just slightly and their chemical properties are identical, separation of lanthanides elements in the pure state is difficult.

Вопрос 2: Как влияют на основную силу гидроксиды в лантаноидах?

Решение:

As the size of the lanthanide decreases from La to Lu and the covalent character of the hydroxides increases, the basic strength of the lanthanide decreases.

Вопрос 3: Что такое актинидное сокращение?

Решение:

Due to increased nuclear charge and electrons entering the inner (n-2) f orbital, the atomic size/ ionic radii of tri positive actinides ions decrease from Th to Lw. Actinide contraction, like lanthanide contraction, is characterised by a consistent decrease in size with increasing atomic number. Because of the insufficient shielding given by 5f electrons, the contraction becomes bigger over time.

Вопрос 4. Какие тенденции наблюдаются в химической активности актинидов?

Решение:

Because of their lower ionisation energy, actinides are more electropositive and reactive than lanthanides. They react when they come into contact with hot water. By reacting with oxidising chemicals, you can create a passive covering. There is the formation of halides and hydrides. Actinides are extremely effective reducers.

Вопрос 5: Являются ли внутренние переходные металлы реакционноспособными?

Решение:

The f-block contains the inner transition metals, which are generally located at the bottom of the Periodic Table. They are nearly as reactive as alkali metals, and all actinides are toxic and have no commercial use. Radioactive elements, on the other hand, have the potential to be used as weapons or in nuclear power plants.