ТЪРСИ

Лантаниди и актиниди: позиция в периодичната таблица

Всеки от химическите елементи, представени вчерупки на Земята: атмосфера, литосфера и хидросфера - могат да послужат като ярък пример, потвърждавайки основното значение на атомното молекулно преподаване и периодичното право. Те са формулирани от корифите на естествената наука - руските учени М. В. Ломоносов и Д. Менделеев. Лантанидите и актинидите са две семейства, които съдържат 14 химически елемента, както и самите метали - лантан и актиний. Техните свойства - физични и химични - ще бъдат разгледани от нас в тази статия. В допълнение, ние ще установим как позицията в периодичната система на водорода, лантанидите, актинидите зависи от структурата на електронните орбитали на техните атоми.

История на откритието

В края на 18-ти век Ю. Гадолин е първото съединение от групата на редкоземните метали, итриев оксид. До началото на 20 век, благодарение на изследванията на Г. Моузли по химия са узнали за съществуването на една група от метали. Те се намират в периодичната система между лантан и хафний. Друг химичен елемент, ацениум, като лантан, образува семейство от 14 радиоактивни химични елемента, наречени актиниди. Техното откритие в науката се е появило, започвайки през 1879 г. до средата на 20 век. Лантанидите и актинидите имат много сходства в физични и химични свойства. Това може да се обясни подреждане на електроните в атомите на тези метали, които са в енергийните нива, а именно лантанид е четвърто ниво на F-подслой и за актиниди - петото ниво на F-подслой. На следващо място, ние считаме, електронните обвивки на атомите на посочените по-горе металите по-подробно.

лантаниди и актиниди

Структурата на вътрешните преходни елементи в светлината на атомната молекулярна доктрина

Гениално откритие на структурата на химическите вещества М. Ломоносов е основа за по-нататъшно проучване на електронните обвивки на атомите. Ръдърфорд модел на елементарните частици структура на химичен елемент, изследвания Макс Планк, F. Hund позволи химици, за да откриете точното обяснение на съществуващите закони на периодичните колебания на физични и химични свойства, които се характеризират с лантанидите и актинидите. Вие не може да пренебрегне жизненоважната роля на периодичния закон на DI Менделеев в изследването на структурата на атома на преходни елементи. Нека разгледаме по-подробно този въпрос.

Място на вътрешните преходни елементи в периодичната таблица на ДИ Менделеев

В третата група от шести - по - дълъг период - залантанът е семейство от метали, разположени от церий до лутетий включително. На лантановия атом, 4f подложката е празна, а в лутетий е напълно напълнена с 14 електрона. Елементите, разположени между тях, постепенно се запълват с f-орбитали. В семейството на актинидите, от торий до лаурентий, същият принцип на натрупване на отрицателно заредени частици се наблюдава с единствената разлика: електронен пълнеж се случва на 5f подложка. Структурата на външното енергийно ниво и броя на отрицателните частици върху него (равни на две) за всички горепосочени метали са еднакви. Този факт отговаря на въпроса защо лантанидите и актинидите, наречени вътрешни преходни елементи, имат много прилики.

защо лантаниди и актиниди

В някои източници на химическа литературапредставителите на двете семейства са обединени във втора втора подгрупа. Те съдържат два метала от всяко семейство. В краткосрочен формата на периодичната система на химичните елементи DI Менделеев представители на тези семейства са изолирани от самата маса и разположени отделни редове. Следователно, позицията на актиниди и лантаниди в периодичната система съответства на общия план на структурата на атома и електрони в вътрешните периодичност пълнене нива и наличието на същия окислението причинени агрегиране вътрешни преходни метали в общата група. В тях химическите елементи имат характеристики и свойства, еквивалентни на лантан или актиний. Ето защо лантандите и актинидите се отстраняват от масата на химическите елементи.

Как електронната конфигурация на f-подложката влияе върху свойствата на металите

Както казахме по-рано, позицията на лантанидитеи актинидите в периодичната система пряко определят техните физични и химични характеристики. По този начин, йоните от церий, гадолиний и други елементи от семейството на лантанидите имат високи магнитни моменти, което се дължи на особеностите на структурата на f-подложката. Това направи възможно използването на метали като легиращи добавки за производство на полупроводници с магнитни свойства. Сулфидите на елементите от фамилията на актиний (например протатининов сулфид, торий) в техните молекули имат смесен тип химична връзка: йонен ковалентен или ковалентен метал. Тази характеристика на структурата доведе до появата на ново физикохимично свойство и служи като отговор на въпроса защо лантанидите и актинидите притежават луминисцентни свойства. Например, актниумът със сребрист цвят на тъмно сияе със синкав блясък. Това се обяснява с действието на електрически ток, фотони на светлина върху металните йони, под влиянието на които атомите са развълнувани, а електроните в тях "скочат" до по-високи нива на енергия и след това се връщат в стационарните си орбити. Именно поради тази причина лантанидите и актинидите принадлежат към фосфора.

Последиците от намаляването на йонните радиуси на атомите

Lanthanum и actinium, както и елементи от тяхв семействата има монотонно понижаване на стойностите на радиусите на металните йони. В химията в такива случаи е обичайно да се говори за компресия на лантаноид и актинид. В химията се установява следната закономерност: с увеличаване на заряда на атомното ядро, в случай, когато елементите принадлежат към същия период, радиусите им намаляват. Това може да бъде обяснено по следния начин: за метали като церий, празеодим, неодим, броят на енергийните нива в техните атоми неизменно е равен на шест. Но ядрените такси съответно се увеличават с една и са +58, +59, +60. Това означава, че силата на привличане на електроните на вътрешните черупки към положително заредената сърцевина се увеличава. Вследствие на това радиусите на атомите намаляват. В йонните съединения на металите, йонните радиуси също намаляват с нарастващо поредно число. Подобни промени се наблюдават в елементите на семейството на актиний. Ето защо лантаноидите и актинидите се наричат ​​близнаци. Намаляването на радиусите на йони води преди всичко до отслабване на основните свойства на хидроксидите Ce (OH)3, Pr (OH)3, а основата на лутетия вече показва амфотерни свойства.

За неочаквани резултати се попълва4f подлепи от недвоени електрони до половината от орбитите на европиев атом. Радиусът му на атома не намалява, а напротив, той се увеличава. Следващият електронен елемент в лантанидната серия на гадолиний на 5-тия сублев се появява като един електронен елемент на 4f подложка, подобно на Eu. Такава структура причинява спазмодично понижаване на радиуса на атома на гадолиний. Подобен феномен се наблюдава при двойка yterbium - лутециум. В първия елемент радиусът на атома е голям поради пълното запълване на 4f подложката, докато в лутетий той намалява рязко, тъй като електроните се появяват на 5d подложка. В актиний и други радиоактивни елементи от това семейство, радиусите на техните атоми и йони не се променят монотонно, но, подобно на лантаноидите, те се променят прекъснато. Така лантанидите и актинидите са елементи, в които свойствата на техните съединения зависят корелативно от йонния радиус и структурата на електронните обвивки на атомите.

Валенси заяви

Лантанидите и актинидите са елементи, чийтохарактеристиките са доста сходни. По-специално, това се отнася до степента им на окисляване в йони и валентността на атомите. Например, торий и протакиниум, показващи валентност от три, в Th (OH)3, PaCl3, ThF3, Pa2(CO3)3. Всички тези вещества са неразтворими и иматсъщите химични свойства като металите от семейството на лантан: церий, празеодим, неодим и др. Лантанидите в тези съединения също ще бъдат тривалентни. Тези примери още веднъж ни доказват правилността на твърдението, че лантанидите и актинидите са близнаци. Те имат сходни физични и химични свойства. Това може да бъде обяснено, преди всичко, от структурата на електронните орбитали на атомите на двете фамилии от вътрешни преходни елементи.

позиция в периодичната система на водород на лантаниди на актиниди

Метални свойства

Всички представители на двете групи са метали,в който се добавят 4f-, 5f-, а също и d-подложки. Лантанът и елементи от неговото семейство се наричат ​​редкоземни. Техните физични и химични характеристики са толкова близо, че отделно в лабораторията те са разделени с голяма трудност. Показвайки най-често степента на окисление +3, елементите на серията лантан са много сходни с алкалоземните метали (барий, калций, стронций). Актинидите също са изключително активни метали, също радиоактивни.

Характеристики на структурата на лантанидите и актинидитесе отнася също така до такива свойства, като например пирофоричността в добре диспергирано състояние. Съществува също така намаляване на размера на кристалните решетки от метал, ориентирани към лицето. Ние добавяме, че всички химически елементи на двете семейства са метали със сребрист блясък, защото тяхната висока реактивност бързо потъмнява във въздуха. Те са покрити с филм от съответния оксид, който предпазва от по-нататъшно окисляване. Всички елементи са достатъчно огнеупорни, с изключение на нептуний и плутоний, чиято точка на топене е много по-ниска от 1000 ° С.

Типични химични реакции

Както беше отбелязано по-рано, лантаниди и актинидиса химически активни метали. По този начин лантана, церий и други елементи от семейството лесно се комбинират с прости вещества - халогени, както и с фосфор, въглерод. Лантанидите могат да взаимодействат както с въглероден монооксид, така и с въглероден диоксид. Те също така са способни да разлагат водата. В допълнение към обикновените соли, например, като SeCl3 или PrF3, те образуват двойни соли. В аналитичната химия важно място се заема от реакциите на метал-лантаниди с аминооцетна и лимонена киселина. Комплексните съединения, образувани в резултат на такива процеси, се използват за отделяне на смес от лантаниди, например в руди.

 защо лантаноидите и актинидите се наричат ​​близнаци

При взаимодействие с нитрат, хлорид исулфатните киселини, металите образуват съответните соли. Те са лесно разтворими във вода и лесно могат да образуват кристални хидрати. Трябва да се отбележи, че водни разтвори на лантанидни соли са оцветени, което се обяснява с наличието на съответните йони в тях. Разтворите на соли на самарий или празеодим са зелени, неодимови - червено-виолетови, прометови и европиеви - розови. Тъй като йоните с степен на окисление +3 са оцветени, те се използват в аналитичната химия за разпознаване на йони на лантанидните метали (така наречените качествени реакции). За същата цел се използват също методи за химичен анализ като фракционна кристализация и йонообменна хроматография.

Актинидите могат да бъдат разделени на две групи от елементи. Това са беркелиум, ферим, менделевиум, нобелиум, лаурентий и уран, нептуний, плутоний и омериум. Химическите свойства на първия от тях са подобни на лантан и метали от семейството му. Елементите на втората група имат много сходни химически характеристики (почти еднакви един с друг). Всички актиниди взаимодействат бързо с неметалните: сяра, азот, въглерод. С кислородсъдържащи лиганди те образуват сложни съединения. Както виждаме, металите и на двете семейства са близко един до друг в химическото поведение. Ето защо лантанидите и актинидите често се наричат ​​двойни метали.

Позиция в периодичната система на водород, лантаниди, актиниди

Необходимо е да се вземе предвид факта, че водородът едостатъчно реактивоспособно вещество. Той се проявява в зависимост от условията на химическата реакция: както редуциращ агент, така и окислител. Ето защо в периодичната система водородът се намира едновременно в основните подгрупи от две групи.

 позицията на лантаниди и актиниди в периодичната таблица

В първия, водородът играе ролята на редуциращ агент, тъй катои алкални метали, разположени тук. Мястото на водорода в 7-та група, заедно с елементите халогени, показва неговата способност за намаляване. В шести период, както вече беше споменато, семейство от лантаниди се поставя в отделен ред за удобство и компактност на масата. Седмият период съдържа група радиоактивни елементи, сходни по своята характеристика с актиний. Актиноидите се намират извън масата на химическите елементи на Д. Менделеев под няколко лантанови семейства. Тези елементи са най-малко проучени, тъй като ядрата на техните атоми са много нестабилни поради радиоактивността. Спомнете си, че лантанидите и актинидите принадлежат към елементите на вътрешния преход и техните физико-химични характеристики са много близки един до друг.

Общи методи за производство на метали в промишлеността

С изключение на торий, протатиниум и уран,които се извличат директно от рудите, останалите актиниди могат да бъдат получени чрез облъчване на уранови проби с бързо движещи се неутронни потоци. В промишлен мащаб нептуний и плутоний се извличат от отработено гориво от ядрени реактори. Отбелязваме, че производството на актиниди е доста сложен и скъп процес, чиито основни методи са йонообмен и многоетапно извличане. Лантанидите, които се наричат ​​редкоземни елементи, се получават чрез електролиза на техните хлориди или флуориди. За да се получат ултра-чисти лантаниди, използвайте металотермалния метод.

 Лантанидите и актинидите са елементи

Когато се използват вътрешни преходни елементи

Обхватът на използване на изследваните от нас металидостатъчно широк. За семейството, морска анемона е преди всичко ядрено оръжие и енергия. Актинидите също са важни в медицината, откриването на пропуски и анализа на активирането. Използването на лантаниди и актиниди като източници на улавяне на неутрони в ядрени реактори не може да бъде пренебрегнато. Лантанидите се използват като легиращи добавки за чугун и стомана, както и за производството на фосфор.

Разпространение в природата

Окиси на актиниди и лантаниди често се наричатцирконий, торий, итриум. Те са основният източник за получаване на съответните метали. Уран, като основен представител на актинидите, е във външния слой на литосферата под формата на четири вида руди или минерали. На първо място, това е уранов катран, който е уран-диоксид. Той има най-високо метално съдържание. Често уранният диоксид се придружава от радиални отлагания (вени). Те се намират в Канада, Франция, Заир. Комплексите от торий и уранови руди често съдържат руди от други ценни метали, като злато или сребро.

лантаноидите и актинидите са елементи

Резервите на такива суровини са богати на Русия,Република Южна Африка, Канада и Австралия. Някои седиментни скали съдържат минералния карнотит. В допълнение към урана той също съдържа ванадий. Четвъртият тип уранови суровини са фосфатните руди и железните уринови шисти. Техните резерви се намират в Мароко, Швеция и Съединените щати. Понастоящем депозитите на лигнит и въглища, съдържащи уранови примеси също се считат за обещаващи. Те се добиват в Испания, Чехия, както и в две американски щати - Северна и Южна Дакота.

  • Оценка: