Lanthanides en actinides: de posysje yn 'e periodike systeem

Elk fan de gemyske eleminten sjen litten yn de Earth skelpen: de sfear en hydrosphere lithosphere - kin tsjinje as in heldere foarbyld befêstiget fûnemintele atomic en molekulêre learstellingen periodike wet. Se waarden formulearre troch de luminaries fan Natuerlike Histoarje - Russyske wittenskippers M. V. Lomonosovym en D. I. Mendeleevym. Lanthanides en Actinides - twa famyljes, dy't bestiet út 14 gemyske eleminten, lykas ek metalen harsels - lanthanum en actinium. Harren eigenskippen - sawol fysyk en gemysk - wurde oansprutsen troch ús yn dit wurk. Boppedat, wy bepale de posysje yn 'e periodike systeem fan wetterstof, lanthanides, actinides hinget ôf fan' e struktuer fan elektron orbitals fan atomen.

Skiednis fan ûntdekking

Yn de lette 18e ieu Yu gadolinium waarden krigen troch earst COMPOUND út de groep fan de seldsume ierde metaal - okside fan yttrium. Oant it begjin fan de 20e ieu, mei tank oan ûndersyk troch G. Moseley yn skiekunde waard bewust fan it bestean fan in groep fan metalen. Se waarden leit yn de periodike tabel tusken lanthanum en hafnium. In oare gemysk elemint - actinium, lanthanum lykas, foarmet in famylje fan 14 radioaktyf gemyske eleminten, dy actinides. Harren ûntdekking yn de wittenskip barde sûnt 1879 oant mids-20e ieu. Lanthanides en actinides hawwe in soad oerienkomsten yn fysike en gemyske eigenskippen. Dit kin ferklearre wurde opstelling fan elektroanen yn de atomen fan dizze metalen, dy't binne yn enerzjy nivo, nammentlik lanthanide is it fjirde nivo fan de f-sublayer, en foar actinides - de fiifde nivo fan de f-sublayer. Folgjende, wy beskôgje it elektron skulpen fan de atomen fan it niisneamde metalen yn mear detail.

De struktuer fan 'e binnenste oergong eleminten yn it ljocht fan de atomêre-molekulêre teory

Brilliant ûntdekking fan 'e opbou fan gemikaliën M. V. Lomonosova wie de basis foar fierdere stúdzje fan it elektron skulpen fan atomen. Rutherford model fan legere dieltsje struktuer fan in gemysk elemint, it Max Planck ûndersyk, F. Hund tastien Chemists te finen op de krekte útlis fan de besteande wetten fan 'e periodike fariaasje fan it fysike en gemyske eigenskippen, dy't wurde karakterisearre troch de lanthanides en actinides. Jo kinne net negearje fitale rol fan 'e periodike wet D. I. Mendeleeva yn' e stúdzje fan 'e opbou fan atomen fan oergong eleminten. Lit ús ûndersykje dizze dei yn mear detail.

Place ynderlike oergong eleminten yn it periodyk systeem D. I. Mendeleeva

Yn de tredde groep fan de seisde - in langere perioade - want famylje metaal is lanthanum, cerium en ynrjochte ta lutetium inclusive. By lanthanum atom 4F-sublayer lege en folslein ynfolle yn lutetium 14e elektroanen. By eleminten ynlevere therebetween, is der in stadige folling fan f-orbitals. Yn de famylje fan actinides - út thorium nei lawrencium - Itselde prinsipe wurdt waarnommen opgarjen fan negatyf laden dieltsjes mei de iennichste ferskil, dat foarkomt yn it ynfoljen elektroanen 5f-sublayer. De struktuer fan it eksterne enerzjy nivo en it oantal negative dieltsjes dêr (gelyk oan twa) yn alle boppeneamde metalen itselde. Dit feit jout antwurd op de fraach oer wêrom't de lanthanides en actinides, neamd it binnenste oergong eleminten, ha in soad oerienkomsten.

Guon boarnen fan gemyske literatuer fan beide famyljes wurde kombinearre yn de twadde kant fan 'e subgroep. Se befetsje twa metaal út elke famylje. Yn de koarte foarm fan it periodyk systeem fan gemyske eleminten DI Mendeleev fertsjintwurdigers fan dizze famyljes binne isolearre út de tafel sels en regelen aparte rigen. Dêrom, de posysje fan actinides en lanthanides yn de periodike systeem oerienkomt mei it algemiene plan fan 'e opbou fan atomen en elektroanen yn ynderlike periodicity ynfoljen nivo en de oanwêzigens fan' e deselde oksidaasje feroarsake aggregating ynterne oergong metalen yn de algemiene groep. Yn dizze gemyske eleminten hawwe funksjes en eigenskippen lykweardich lanthanum of actinium. Dêrom de lanthanides en actinides fuortsmiten út 'e tafel fan gemyske eleminten.

As de elektroanyske konfiguraasje fan f-sublayer beynfloedet de eigenskippen fan metalen

As we al earder sein hawwe, de posysje fan lanthanides en actinides yn de periodike systeem direkt bepaalt harren fysike en gemyske eigenskippen. Bygelyks, cerium ioanen, gadolinium, en oare eleminten fan 'e lanthanide famylje hawwe hege magnetyske mominten fanwege de strukturele skaaimerken fan de f-sublayer. It is mooglik te brûken metalen lykas dopants foar it produsearjen fan Semiconductors mei magnetyske eigenskippen. Sulfides famylje eleminten actinium (bgl, Sulfide protactinium, thorium) yn harren molekulen hawwe in mingd soarte fan gemyske Safety: ioanyske-covalent of covalent-metallysk. Dit strukturele funksje hat laat ta de opkomst fan nije fysike en gemyske eigenskippen en tsjinje as antwurd op de fraach wêrom't de lanthanides en actinides hawwe fluorescent eigenskippen. Bygelyks, in stekproef fan actinium sulveren glows yn it tsjuster blauwich gloed. Dat komt troch de aksje fan de elektryske stroom metalen ioanen, fotoanen fan it ljocht, dy't optreedt ûnder de ynfloed fan 'e excitation fan de atomen en elektroanen dêryn "sprong" om in heger enerzjy nivo en dan werom nei harren Stationary baan. It is foar dizze reden dat de lanthanides en actinides binne phosphors.

De gefolgen fan it ferminderjen fan 'e Ioanyske radii fan de atomen

By lanthanum en actinium, lykas eleminten út har geslachten, in monotonic ôfname yn grutte oantsjutters radii fan metalen ioanen. Yn skiekunde, yn sokke gefallen te hawwen oer de lanthanide en actinide kompresje. De skiekunde set folgjende patroan: mei tanimmende wacht fen 'e kearn fan atomen, doe't de eleminten hearre ta ien en deselde perioade en harren radii ôfnimme. Dit kin ferklearre wurde as folget: foar metalen lykas cerium, praseodymium, neodymium, it oantal enerzjy lagen fan atomen en altyd gelyk oan seis. Mar kearnen de lêsten respektivelik incremented troch ien en foarmje +58, +59, +60. Dat betsjut dat fergruttet de krêft fan de oanlûkingskrêft fan it binnenste skulpen fan elektroanen rjochting it posityf belêste kearn. As gefolch dêrfan is der in reduksje fan it radii fan de atomen. De Ioanyske metalen ferbiningen mei tanimmend atoomnûmer fan it Ioanyske radii wurde ek redusearre. Similar feroarings waarden waarnomd yn de eleminten actinium famylje. Dêrom de lanthanides en actinides wurde neamd twilling. It werombringen fan ion radii liedt it foarste plak ta in ferswakking fan de basiseigenskippen fan hydroxides fan Ce (OH) _3, Pr (OH) _3, en it foetstik fen lutetium al fertoant amphoteric eigenskippen.

Ûnferwachte resultaten liedt vullen 4F-sublevel unpaired elektroanen yn orbitals ta de helte it europium atoom. Hy atom striel wurdt net redusearre, mar leaver tanommen. Yn neikommende it yn 'e rige fan lanthanides gadolinium 5d-sublevel, der is ien elektron 4F-sublevel fergelykber mei Eu. Sa'n konstruksje feroarsaket abrupt delgong yn de straal fan gadolinium atomen. In selde ferskynsel wurdt waarnommen yn in pear ytterbium - lutetium. It earste elemint fan it atoom radius fan in grut gefolch te foltôgjen vulling 4F-sublayer, wylst lutetium dat abrupt ôfnimt as op 5d-sublevel elektron waarnommen uterlik. Yn actinium en oare radioaktive eleminten yn dizze famylje radii fan atomen en ioanen net feroarje monotonically, mar likegoed as dy fan 'e lanthanides, yn sprongen en produsearje. Sa, de lanthanides en actinides binne eleminten dêr't de eigenskippen fan har ferbinings correlatively hinget ôf fan de Ioanyske radius en struktuer fan it elektron skulpen fan de atomen.

Valence steaten

Lanthanides en Actinides binne eleminten waans skaaimerken binne frij ferlykbere. Yn it bysûnder, it giet harren oksidaasje steaten yn de Valence ioanen en atomen. Bygelyks, thorium, protactinium, útstalling fan in Valency fan trije, yn 'e ferbiningen fan Th (OH) _3, PaCl _3, ThF _3, Pa ₂ (CO _{3) 3.} Al dy stoffen binne ûnoplosbere en hawwe deselde gemyske eigenskippen as de metalen út lanthanum Family: .., cerium, praseodymium, neodymium, ensfh yn Lanthanides fan dy ferbinings sille ek wêze trivalent. Dy foarbylden bewize de correctness fan ús bewearing dat de lanthanides en actinides - twilling. Se hawwe ek fysike en gemyske eigenskippen. Dit kin ferklearre wurde benammen de struktuer fan elektron orbitals yn atomen fan beide famyljes fan ynterne oergong eleminten.

metalen eigenskippen

Al de fertsjintwurdigers fan de twa groepen binne metalen dy't hawwe wurdt ôfmakke 4f-, 5f-, likegoed as d-sublevels. Lanthanum en eleminten fan seldsum ierde hjit syn famylje. Harren fysike en gemyske skaaimerken hawwe sa'n dat apart ûnder laboratorium betingsten, se skieden binne mei grutte muoite. Showing faak de oksidaasjetastân +3, lanthanum rige eleminten hawwe in protte oerienkomsten mei alkaline ierde metalen (barium, calcium, strontium). Actinides binne ek ekstreem aktyf metalen dêrneist ek radioaktyf.

Strukturele skaaimerken fan 'e lanthanides en actinides en touch eigenskippen lykas, bygelyks, fyn ferdield pyrophoric. Der is ek in ferleging fan de grutte fan metalen face sintraal kristallijn lattices. Add dat alle gemyske eleminten fan beide famyljes - in metaal mei in sulverwyt glâns, fanwege it hege reaktivens fan 'e fluch darkening lucht. Se wurde dutsen troch de oanbelangjende okside film beskermjen fan fierdere oksidaasje. Alle eleminten binne foldwaande stege útsein neptunium, en plutoanium, de melting temperatuer is gâns ûnder 1000 ° C.

Karakteristike gemyske reaksjes

Lykas earder, de lanthanides en actinides binne Kanuunat aktyf metalen. Sa, lanthanum, cerium en oare leden fan 'e famylje kin maklik wurde ferbûn mei simpele stoffen - halogens, likegoed as fosfor, koalstof. Lanthanides miskien ek ynteraksje mei sawol koalmonokside en koalstofdiokside. Se binne ek by steat om te decompose wetter. Neist inkelfâldige sâlten, lykas bygelyks SeCl ₃ of PrF _3, sy foarmje dûbele sâlten. Yn analytical skiekunde, ynnimme in wichtich plak de reaksje mei de lanthanide metalen-glycine en citroenzuur soeren. De dêrút kompleks ferbiningen sokke prosessen wurde tapast om de ôfskieding fan in mingsel fan lanthanides, lykas Ertsen.

By reaksje mei in nitrate, chloride en sulfate soeren, metalen foarmje de oerienkommende sâlten. Se binne maklik oplosber yn wetter en is maklik by steat fan it foarm kristallijn hydrateert. Dêrby moat opmurken wurde dat it aqueous oplossingen fan lanthanide sâlten binne gekleurde, dat wurdt ferklearre troch de oanwêzigens yn harren respektive ioanen. salt oplossingen samarium of praseodymium grien neodymium - read-paars, europium en promethium - roze. Sûnt de ioanen in oksidaasjetastân +3 binne kleure, it wurdt brûkt yn analytyske skiekunde foar it opspoaren fan metalen ioanen, lanthanides (saneamde hege-kwaliteit reaksje). Foar itselde doel ek brûkt metoaden fan gemyske analyse lykas fraksjonele crystallization en ion útwikseling Spel.

Yn twa fan 'e actinides groep fan de eleminten kinne ûnderskaat wurde. Dit is Berkeley, pleats, mendelevium, nobelium, lawrencium en uranium, neptunium, plutoanium, omeretsy. Gemyske eigenskippen binne te ferlykjen mei de earste ien en lanthanum metalen út syn famylje. Eleminten fan de twadde groep hawwe hiel lyksoartige gemyske eigenskippen (frijwol identyk oan elkoar). Alle actinides gau ynteraksje mei net-metalen: swevel, stikstof, koalstof. Mei soerstof legandami sy foarmje komplekse ferbiningen. Sa't bliken docht, beide slachten fen metalen ferlykber mei elkoar yn gemyske gedrach. Dêrom de lanthanides en actinides metalen faak neamd twilling.

Situation wetterstof periodyk systeem, de lanthanides, de actinides

It is needsaaklik om te rekken hâlden wurde mei it feit dat wetterstof foldwaande reaktive substânsje. It uteret him, ôfhinklik fan 'e gemyske reaksje betingsten: as it ferminderjen agent en oxidizing agent. Dat is wêrom yn de periodike systeem, hydrogen is tagelyk in grutte groepen fan twa groepen.

De earste hydrogen fungearret as ferminderjen agent, likegoed as Laugensalz metalen, leit hjir. Hydrogen yn plak fan de 7e groep tegearre mei eleminten halogens jout syn fearkrêft. Yn de seisde perioade is it, lykas earder neamd, de famylje fan 'e lanthanides, rendered in in aparte rige foar gemak en compactness fan' e tafel. Sânde perioade befettet in groep radioaktive eleminten mei skaaimerken te fergelykjen mei actin. Actinides lizze bûten de tafel fan gemyske eleminten DI Mendeleev ûnder near lanthanum famylje. Dy eleminten fan 'e minste studearre, sûnt de kearn fan harren atomen binne hiel ynstabyl fanwege it radioactiviteit. Sin brocht wurde dat de lanthanides en actinides binne ynterne oergong eleminten, en harren physicochemical skaaimerken binne hiel ferlykbere.

Algemiene metoaden foar it produsearjen fan metaal yndustry

Útsein thorium, protactinium en uranium, dat wurdt produsearre troch direkte út Ertsen oare actinides kinne wurde taret troch irradiating gebrûk fan uranium metaal streamt fluch bewegende neutroanen. Yn yndustriële skaal neptunium en plutoanium wurdt wûn út trochbrocht brânstof út kearnreaktors. Tink derom dat it heljen actinides - is frij kompleks en kostbere proses, de wichtichste metoades dy't ion útwikseling en multistage winning. Lanthanides, dy't neamd seldsume ierde eleminten, krigen troch electrolysis fan chlorides of fluorides. To krijen ultrapure lanthanides, brûkt metallothermal metoade.

Wêr te passen ynterne oergong eleminten

It spektrum fan it brûken fan metalen dy't wy studearje is hiel breed. Foar in famylje fan 'actinium - is, boppe alles, nukleêre wapens en enerzjy. Actinides binne wichtich yn de genêskunde, flaw opspoaren, aktivearring analyze. It is ûnmooglik om negearje brûken fan lanthanides en actinides, lykas neutron finzen yn kearnreaktors boarnen. Lanthanides ek brûkt as alloying tafoegings oan izer en stiel, likegoed as yn 'e produksje fan phosphors.

Ferdieling yn de natuer

Oxides fan actinides en lanthanides wurde faak neamd zirconium, thorium, yttrium earths. Se binne in belangrike boarne foar de tarieding fan de byhearrende metalen. Uranus, as de wichtichste fertsjintwurdiger fan de actinides is yn de bûtenste laach fan de lithosphere yn de foarm fan fjouwer soarten Ertsen of mineralen. Earst fan alles, it is pitchblende, dat is uranium dioxide. It is de hege ynhâld fan metaal. Faak beselskippe troch radium uranium dioxide fynplakken (ieren). Se wurde fûn yn Kanada, Frankryk, Saïre. Kompleksen thorium en uranium Ertsen faak befetsje oare Ertsen fan weardefolle metalen, lykas goud of sulver.

Ynventarisaasje fan sokke grûnstoffen ryk yn Ruslân, Súd-Afrika, Kanada en Austraalje. Guon sedimentêr rotsen befetsje it mineraal carnotite. Its struktuer, neist uranium, Vanadium en giet in oar. De fjirde type fan rauwe uranium - een fosfaat ore en zhelezouranovye slates. Harren reserves binne yn Marokko, Sweden en de Feriene Steaten. De no beskôge kânsryk as fynplakken fan stienkoal en lignite befettet uranium ûnreinheden. Se wurde produsearre yn Spanje, de Tsjechyske Republyk, en ek twa Amerikaanske steaten - Noard en Súd Dakota.