F-prvky

f-prvky

Jan Semerád 7.B

 F-prvky jsou děleny na dvě části. První část jsou lanthanoidy a druhá část jsou aktinoidy.

 V periodické tabulce se vyskytují v 6. a 7.

periodě.

 Jsou vnitřně přechodné

 V elektronovém obalu mají orbitaly ns a (n- 1)d, (n-2)f.

  Celkem obsahují 28 prvků.

Stručně

Umístění v PTP

 14 prvků, Z = 58 – 71

 6. perioda (mezi Lanthanem a Hafniem)

 = prvky vzácných zemin

 výskyt : v přírodě poměrně časté, ale velice rozptýlené (často se vyskytují společně ve směsích)

 monazit = hornina, směs fosforečnanů těchto prvků – slouží jako hlavní zdroj lanthanoidů

 jediný radioaktivní a zároveň umělě připravený prvek = Promethium

Lanthanoidy

 pevné látky, neušlechtilé kovy, stříbřité

 mají podobné vlastnosti  těžko se ze směsí oddělují

 měkké, jedovaté, nízká elektronegativita,

 značně reaktivní – reagují s vodou a rozpouštějí se v kyselinách

 ve sloučeninách mají oxidační číslo 3

 využití :

◦ do slitin – př. na magnety

◦ do laserů, obrazovek, skel

Vlastnosti a využití

 Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium,

Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutecium

 Nejvyužívanější: Cer - Ce, Z = 58

 velmi reaktivní šedý kov (1743- 1817) 1. Používá se např. jako přísada do oceli a hliníkových slitin a též v tzv. křesacích kovech zapalovačů.

 Ve sloučeninách má oxidační číslo III. až IV

 dusičnan ceritý, Ce(No3)3 . 6H2O

 s práškovým hořčíkem tvoří směsi pro bleskové světlo

 fluorid ceritý, CeF3, se používá k impregnaci uhlíkových osvětlovacích lamp k dosažení jasnějšího světla

Prvky

 14 prvků, Z = 90 – 103

 7. perioda (mezi Aktiniem a Rutherfordiem)

 výskyt : v přírodě málo (Th, Pa, U – uranová ruda smolinec – Jáchymov) nebo se

v přírodě nevyskytují vůbec (transurany – všechny prvky za uranem se připravují

uměle)

 Thorium, Protaktinium, Uran, transurany

 podobné vlastnosti jako lanthanoidy

 radioaktivní

Aktinoidy

 radioaktivní izotopy, uměle připravené(většinou) prvky

 pevné látky, neušlechtilé kovy, stříbřité

 Poločasy rozpadů-miliony až miliardy let

 Využití: minimální, nebo žádné, výjimkou uran a plutonium

Vlastnosti a využití

 Thorium, Protaktinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Kalifornium, Einsteinium, Fermium,

Mendelevium, Nobelium, Lawrencium

Prvky

 Uran je radioaktivní chemický prvek, kov, patří mezi aktinoidy.

 Prvek objevil v roce 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čisté formě byl uran izolován roku 1841 Eugene-Melchior Peligotem.

 Prvek byl pojmenován podle tehdy nově

objevené planety Uran, později následovaly ještě neptunium a plutonium.

 V přírodě se vyskytuje jako poslední v přírodě nalezitelný prvek z PTP

Uran

 Uran je v čistém stavu stříbrobílý lesklý kov, který na vzduchu pozvolna nabíhá – pokrývá se vrstvou oxidů.

 Rozmělněný na prášek je samozápalný.

 Není příliš tvrdý a dá se za obyčejné teploty kovat nebo válcovat.

 Při zahřívání se stává nejprve křehkým, při dalším zvyšování teploty je však plastický.

 Za teplot pod 0,68 K se stává supravodičem I typu.

 238U – v přírodě 99,3% - štěpit se nedá

 235U – pouze 0,7% - lze štěpit

  obohacování ²³⁸U na ²³⁵U

Vlastnosti uranu

 Obohacení uranu (zvýšení koncentrace izotopu ²³⁵U ) používá jako palivo v jaderných reaktorech nebo jako náplň jaderných bomb.

 Pro využití uranu jako jaderného paliva je nutné zvýšit koncentraci izotopu ²³⁵U z 0,72% většinou na 2 – 4%. Pro použití v jaderné

bombě je koncentrace zvyšována na 95%.

 Přírodní uran v JR nevyužitelný pro energetickou náročnost.

 Z izotopu ²³⁸U se v rychlých množivých reaktorech dá vyrábět plutonium, zejména štěpitelný izotop ²³⁹Pu, ale tento postup se moc nepoužívá.

 Štěpitelný je rovněž izotop ²³³U , který lze množit z thoria.

 Ochuzený uran je pro svou vysokou hustotu využíván všude tam, kde je žádoucí vysoká hmotnost a používá se v barvách a

negativech.

 Také se používá v pancířích tanků a v průrazných protitankových střelách.

Využití uranu

 Plutonium(Pu) je šestý člen z řady aktinoidů, druhý transuran, silně radioaktivní, velmi toxický kovový prvek, připravovaný uměle v jaderných reaktorech především pro výrobu atomových bomb.

 Je využitelné rovněž jako palivo pro jaderné reaktory a jako zdroj energie pro radioizotopový termoelektrický generátor.

 Plutonium bylo poprvé připraveno roku 1940 dvěma vědeckými týmy bombardováním ²³⁸U neutrony. V

jaderné laboratoři v Berkeley na kalifornské univerzitě ho připravili Edwin M. McMillan a Philip Abelson a v

britské Cambridgi ohlásili jeho přípravu Norman Feather a Egon Bretscher.

Plutonium

 Plutonium je radioaktivní kovový prvek stříbřitě bílé barvy, která se působením vzdušného kyslíku mění na šedavou.

 Ve sloučeninách se vyskytuje v mocenství od Pu+3 po Pu+7, přičemž stálejší jsou sloučeniny s nižší valencí. Soli plutonia vykazují v roztoku rozdílné zabarvení podle mocenství

plutoniového iontu.

 Čistý kov lze připravit redukcí fluoridu plutonia kovovým lithiem nebo baryem při teplotě kolem 1200 °C.

 Plutonium patří mezi uměle připravené prvky a v přírodě je možné se setkat jen se skutečně ultrastopovými množstvími v uranových rudách, kde mohou jednotlivé atomy vzniknout z ²³⁸U po záchytu neutronu a následných dvou rozpadech β.

 Nejdelší poločas (asi 80 milionů let) má ²⁴⁴Pu , nejdůležitější izotop ²³⁹Pu se rozpadá s poločasem 24 110 let,

Vlastnosti plutonia

 Plutonium je od 40. let 20. století nejvíce vyráběným umělým

prvkem a to především proto, že izotop ²³⁹Pu je vhodný pro výrobu atomové bomby.

 Stejně jako v případě ²³⁵U dochází při nahromadění větších kvant čistého izotopu k nastartování řetězové štěpné reakce, kdy po rozpadu jednoho atomového jádra vznikají obvykle tři neutrony, které působí rozpady dalších okolních jader a rozpad se

nekontrolovaně rozrůstá.

 Kritické množství čistého kovového plutonia ²³⁹Pu je přibližně 16 kg, s použitím neutronového odrážeče lze toto množství snížit až na 10 kg. Plutoniová jaderná puma má sílu výbuchu přibližně 20 kt TNT na každý kilogram použitého plutonia.

 Princip výroby ²³⁹Pu spočívá v reakci 238U s neutronem za vzniku

239U v jaderném reaktoru. Jádro ²³⁹U je značně nestabilní a

rozpadem β rychle vzniká izotop neptunia ²³⁹Np, jež se opět rychle dalším β-rozpadem mění na ²³⁹Pu. Tento izotop plutonia se chová jako α zářič a relativně snadno se dále zpracovává.

Využití plutonia

 Transurany jsou prvky, které následují v

Mendělejevově periodické soustavě za uranem.

 V přírodě se běžně nevyskytují, všechny se připravují uměle.

 Lehčí transurany, jako je neptunium, plutonium, americium a curium, jsou produkovány v

lehkovodních jaderných reaktorech.

 Mají poměrně dlouhé poločasy rozpadu a

extrahujeme je z vyhořelého jaderného paliva chemickou cestou.

Transurany

 Výchozí materiál pro přípravu všech transuranů je 238U, nejtěžší nuklid, který se vyskytuje v přírodě. Používají se dvě metody přípravy těžkých prvků:

 Záchyt několika neutronů a následný β- rozpad vzniklého isotopu. Existují tři možnosti provedení:

◦ Záchyt neutronů v reaktoru s konstantním neutronovým proudem:

množství připravených transuranů je limitováno konkurencí mezi procesem radioaktivního rozpadu a jaderného štěpení. Toto je jediný proces poskytující vážitelná množství trasuranů.

◦ Neutronový záchyt v pulsním neutronovém proudu: Termonukleární explozí je produkován velmi intenzivní tok neutronů. Během tohoto intenzivního neutronového bombardování vznikají izotopy uranu s vysokým přebytkem neutronů.

◦ Neutronový záchyt při hustotě toku neutronů. Tento proces probíhá ve hvězdách.

◦ Bombardování těžkých prvků urychlenými ionty.

Získávání transuranů

 referaty.superstudent.cz/materialy/f-prvky

 ucitse.vitej.net/redirect.php?soubor=326

 cs.wikipedia.org/wiki/Vnitřně_přechodný_ko v

 cs.wikipedia.org/wiki/Transurany

 cs.wikipedia.org/wiki/Uran_(prvek)

 cs.wikipedia.org/wiki/Plutonium

 iprotokoly.wz.cz/Tsexta/12%20f_

%20prvky.doc

Zdroje