Lantanídeos e actinídeos: a posición no sistema periódico

Cada un dos elementos químicos mostrados nas cunchas da Terra: atmosfera e litosfera hidrosfera - pode servir como un exemplo brillante confirmando ensinanzas atómicas e moleculares fundamentais lei periódica. Eles foron formuladas polos luminares da Historia Natural - científicos rusos M. V. Lomonosovym e D. I. Mendeleevym. Lantanídeos e actinídeos - dúas familias, que comprenden 14 elementos químicos, así como os propios metais - lantânio e actinio. As súas propiedades - tanto físicas e químicas - a seren abordados por nós neste traballo. Ademais, determinar a posición no sistema periódico de hidróxeno, lantanídeos, actinídeos depende da estrutura de orbitais de electróns de átomos.

Historia do descubrimento

Ao final do século 18 Yu gadolínio foron obtidos por primeira composto a partir do grupo de metais de terras raras - óxido de itrio. Ata o inicio do século 20, grazas á procurar G. Moseley en química tomou coñecemento da existencia dun grupo de metais. Eles foron localizados na táboa periódica entre lantânio e háfnio. Outra química elemento - actinium, lantânio como, forma unha familia de 14 radioactivo elementos químicos, estes actinides. O seu descubrimento científica pasou desde 1879 ata mediados do século 20. Lantanídeos e actinídeos teñen moitas semellanzas nas propiedades físicas e químicas. Isto pode ser atribuído a localización electróns nos átomos de estes metais, que se atopan en niveis de enerxía, é dicir, dos lantanídeos é o cuarto nivel de f-subcamada, e para actinídeos - o quinto nivel de f-subcamada. Logo, imos considerar as cunchas de electróns de átomos dos metais anteriormente mencionadas en máis detalle.

A estrutura dos elementos de transición interna á luz da teoría atómica molecular

brillante descubrimento da estrutura de produtos químicos M. V. Lomonosova foi a base para un estudo máis profundo das cunchas de electróns de átomos. Rutherford modelo de partículas elementais estrutura dun produto químico elemento, o Max Planck investigación, F. Hund Allowed químicos para atopar a correcta explicación do existente leis do periódico variación de propiedades físicas e químicas, que se caracterizan pola lantanídeos e actinídeos. Non se pode pasar por alto o papel fundamental da lei periódica D. I. Mendeleeva no estudo da estrutura de átomos de elementos de transición. Imos examinar esta cuestión en máis detalles.

Poñer elementos de transición interna no sistema periódico D. I. Mendeleeva

No terceiro grupo do sexto - un período máis longo - para o metal da familia é de lantânio, cerio e disposto para lutécio, inclusive. No lantânio átomo 4F-subcamada baleiro e encheu-se completamente en lutécio 14 electróns. No elementos dispostos entre os mesmos, hai un recheo gradual de F-orbitais. Na familia dos actinídeos - de torio para lawrencium - O mesmo principio se observa a acumulación de partículas cargadas negativamente coa única diferenza que se produce no electróns recheo 5F-subcamada. A estrutura do nivel de enerxía externa eo número de partículas negativas na materia (igual a dous) en todos os metais anterior mesmos. Este feito responde á pregunta de por que os lantanídeos e actinídeos, chamados os elementos de transición interna, teñen moitas semellanzas.

Algunhas fontes de literatura química de ambas familias son combinados para o segundo lado do subgrupo. Eles conteñen dous metálicos a partir de cada familia. Na forma abreviada do sistema periódico dos elementos químicos representantes DI Mendeleev destas familias son illados da táboa en si e dispostos liñas separadas. Polo tanto, a posición dos actinídeos e lantanídeos no sistema periódico corresponde ao plan xeral da estrutura de átomos e electróns en niveis de periodicidade de recheo interior ea presenza do mesmo oxidación causada agregación de metais de transición internos no grupo xeral. Nestes elementos químicos posúen características e propiedades de lantânio ou actinio equivalente. É por iso que os lantanídeos e actinídeos eliminada da táboa de elementos químicos.

Como a configuración electrónica de F-subcamada inflúe as propiedades dos metais

Como xa se dixo antes, a posición dos lantanídeos e actinídeos da táboa periódica determina directamente as súas características físicas e químicas. Por exemplo, os ións de cerio, gadolínio, e outros elementos da familia dos lantanídeos teñen elevados momentos magnéticos, debido ás características estruturais dos F-subcamada. É posible utilizar metais como dopantes para a produción de semicondutores con propiedades magnéticas. Sulfuros familia elementos actinio (por exemplo, sulfuro de protactinio, torio) nas súas moléculas teñen unha mestura tipo de enlace químico: iónico-covalente ou covalente-metálico. Esta característica estrutural levou ao xurdimento de novas propiedades físicas e químicas e servir como unha resposta á pregunta de por que os lantanídeos e actinídeos teñen propiedades fluorescentes. Por exemplo, unha mostra de prata actinium brilla no brillo azulado escuro. Isto é debido á influencia de ións metálicos sobre a corrente eléctrica de fotóns de luz, que se produce baixo o efecto de excitación de electróns e átomos neles "saltar" a un nivel de enerxía máis alto e, a continuación, voltar a súa órbita estacionaria. É por esta razón que os lantanídeos e actinídeos son fósforo.

As consecuencias da redución do raio iónico dos átomos

No lantânio e actinio, como elementos das súas familias, unha diminución monótona en indicadores de tamaño raios de ións metálicos. En química, en tales casos, para falar da lantanídeos e actinídeos compresión. O grupo de química seguinte patrón: o aumento da carga do núcleo de átomos, cando os elementos pertencen a unha e mesmo período ea súa diminución raios. Isto pode ser explicado como segue: para os metais, como o cerio, praseodimio, neodimio, o número de niveis de enerxía de átomos e sempre igual a seis. encargos Con todo núcleos respectivamente incrementado por un e constitúen +58, +59, +60. Isto quere dicir que aumenta a forza de atracción dos envolventes interiores de electróns respecto ao núcleo cargado positivamente. Como consecuencia, hai unha redución do raio dos átomos. Os compostos de metais iónicos co aumento do número atómico dos raios iónicos tamén son reducidos. Cambios similares foron observados na familia elementos actinio. É por iso que os lantanídeos e actinídeos chámanse xemelgos. Reducindo raios ión conduce inicialmente a un debilitamento das propiedades básicas de hidróxidos de Ce (OH) _3, PR (OH) _3, ea base de lutécio xa presenta propiedades anfotéricos.

resultados inesperados leva recheo electróns desemparelhados 4F-sublevel en orbitais á metade o átomo de europio. El átomo raio non é reducida, senón aumentar. No que se lle segue en serie de lantanídeos gadolínio 5D-sublevel, existe un electrón 4F-sublevel semellante ao Eu. Unha estrutura provoca un decrecemento abrupto no raio de átomos de gadolínio. Un fenómeno similar é observada nun par de itérbio - lutécio. O primeiro elemento do raio átomo dun gran debido a completar o recheo 4F-subcamada mentres lutécio abruptamente diminúe a medida que o aspecto de electróns observada 5D-sublevel. En actinio e outros elementos radioactivos nesta familia de raios de átomos e ións non alteran monotonicamente, pero, así como a dos lantanídeos, en saltos e límites. Así, os lantanídeos e actinídeos son elementos en que as propiedades dos seus compostos correlativamente depende do raio iónico e estrutura das cunchas de electróns de átomos.

Estados de Valencia

Lantanídeos e actinídeos son elementos cuxas características son moi similares. En particular, refírese os seus estados de oxidación nos ións de Valencia e átomos. Por exemplo, torio e protactinio, mostrando unha Valencia de tres, nos compostos de Th (OH) _3, PACL _3, THF _3, de Pa ₂ (CO _{3) 3.} Todas estas sustancias son insolubles e teñen as mesmas propiedades químicas como o metal de familia de lantânio: .., cerio, praseodimio, neodimio, etc. en lantanídeos destes compostos pode ser trivalente. Estes exemplos proban a veracidade da nosa afirmación de que os lantanídeos e actinídeos - xemelgos. Teñen propiedades físicas e químicas similares. Isto pode ser explicado, sobre todo, a estrutura de orbitais de electróns nos átomos de ambas as familias de elementos de transición internos.

as propiedades do metal

Todos os representantes dos dous grupos son metais que teñen que ser concluídas 4f-, 5F, así como D-subníveis. Lantânio e elementos da terra rara chamada súa familia. As súas características físicas e químicas son tan semellantes que separadamente en condicións de laboratorio, son separados con moita dificultade. Mostrando moitas veces no estado de oxidación tres, elementos de serie lantânio teñen moitas semellanzas con os metais alcalino-terrosos (de bario, calcio, estroncio). Actinídeos son tamén moi metais activos Ademais tamén radioactivos.

características estruturais dos lantanídeos e actinídeos e propiedades de chamada, como, por exemplo, finamente dividido pyrophoric. Hai tamén unha redución no tamaño das redes cristalinas de metal cara centrada. Agregar que todos os elementos químicos de ambas familias - un metal cun brillo prateado, debido á elevada reactividade do aire que escurecía rapidamente. Están cubertos pola respectiva película de óxido de protección de oxidación adicional. Todos os elementos son suficientemente refractario agás neptúnio, e plutonio, a temperatura de fusión é significativamente inferior a 1000 ° C.

Característica química reaccións

Como observado anteriormente, os lantanídeos e actinídeos son quimicamente metais activos. Así, lantânio, cerio e outros membros da familia poden ser facilmente conectados con substancias simples - halogeos, así como o fósforo, o carbono. Lantanídeos poden interactuar tanto co monóxido de carbono e dióxido de carbono. Eles tamén son capaces de descompoñer a auga. Ademais de sales simple, como por exemplo ₃ ou LECS PRF _3, eles forman sales dobres. En química analítica, ocupan un lugar importante a reacción co metal de lantanídeo-glicina e ácido cítrico. Os resultantes compostos complexos tales procesos son aplicados para a separación dunha mestura de lantanídeos, como minerais.

Por reacción cun nitrato, cloruro e sulfato de ácidos, metais formar os sales correspondentes. Son facilmente soluble en auga e é facilmente capaz de formar hidratos cristalinos. Debe notarse que as solucións acuosas de sales de lantanídeos son de cores, o que se explica pola presenza nos seus respectivos ións. sal solucións samário ou praseodimio neodimio verde - vermello-púrpura, europio e promethium - rosa. Dende a ións na oxidación estado +3 son de cores, é usado en química analítica para a detección de metais ións, lantanídeos (así chamada alta calidade de reacción). Para a mesma finalidade tamén usado métodos de análise química, como cristalización fraccionada e cromatografía de intercambio iónico.

En dous dos actinídeos grupo de elementos poden ser distinguidos. Esta é Berkeley, Facenda, mendelevium, nobelium, lawrencium e uranio, neptúnio, plutonio, omeretsy. propiedades químicas son similares ao primeiro e lantânio metais da súa familia. Os elementos do segundo grupo ten características químicas moi similares (substancialmente idénticos entre si). Todo actinídeos interactuar rapidamente cos non-metais: xofre, nitróxeno, carbono. Con legandami osíxeno forman compostos complexos. Como se pode ver, as dúas familias de metais similares entre si en comportamento químico. É por iso que os lantanídeos e metais actinídeos moitas veces chamado xemelgo.

sistema periódico situación de hidróxeno, os lantaneos, os actinídeos

Cómpre ter en conta o feito de que o hidróxeno é suficientemente reactiva. Ela maniféstase, dependendo das condicións de reacción química: como un axente de axente de redución e oxidación. É por iso que no sistema periódico, o hidróxeno é tamén nos principais subgrupos de dous grupos.

O primeiro átomo de hidróxeno actúa como un axente redutor, así como metais alcalinos, situado aquí. Hidróxeno no lugar do grupo 7, xunto con elementos halogeos indica a resiliencia. No sexto período que é, segundo anteriormente mencionado, a familia dos lantanídeos, procesado nunha cola separada para conveniencia e compacidade da mesa. Sétimo período contén un grupo de elementos radioactivos con características semellantes á actina. Actinídeos están situados fóra da táboa de elementos químicos DI Mendeleev baixo familia lantânio próximo. Estes elementos do menos estudados, xa que o núcleo dos seus átomos son moi inestables, debido á radioactividade. Lembre que o lantanídeos e actinídeos son internos transición elementos, eo seu físico características son moi similares.

métodos xerais para a produción de industria de metal

Agás torio, uranio e protactinio, que se produce por directo desde minerais, outros actinídeos pode ser preparado por irradiación de mostras de fluxos de neutróns de uranio metálico en movemento rápido. A escala industrial, neptúnio e plutonio é extraído de combustible irradiado dende reactores nucleares. Nótese que a obtención actinídeos - é moi proceso complexo e custoso, os principais métodos que son de intercambio iónico e extracción de varios estadios. Lantanídeos, os cales son chamados de elementos de terras raras, obtidos por electrólise de cloruros ou fluoruros. Para lantanídeos ultrapura, utilizado o método metallothermal.

Onde aplicar interna transición elementos

O espectro de utilización de metais que estudamos é moi amplo. Para unha familia de actinium - é, por riba de todo, armas nucleares e enerxía. Actinídeos son importantes en Medicina, a detección de fallo, a análise de activación. É imposible ignorar o uso lantanídeos e actinídeos, como captura de neutróns en fontes de reactores nucleares. Lantanídeos tamén utilizado como as adicións de aliaxe de ferro e aceiro, así como na produción de fósforo.

Distribución na natureza

Óxidos de actinídeos e lantanídeos son moitas veces chamados de circonio, torio, terras itrio. Son unha fonte para a preparación dos metais correspondentes. Urano, como o principal representante dos actinídeos está na capa exterior da litosfera en forma de catro tipos de minerais ou minerais. Primeiro de todo, é pitchblende, que é o dióxido de uranio. É o alto contido de metal. Frecuentemente acompañada por depósitos de radio de dióxido de uranio (veas). Son atopados en Canadá, Francia, Zaire. Complexos de torio e uranio minerais miúdo conteñen outros minerais de metais valiosos, como ouro ou prata.

Inventario de tales materias primas ricas en Rusia, Sudáfrica, Canadá e Australia. Algunhas rochas sedimentares conter o carnotita mineral. A súa estrutura, ademais de uranio, vanadio e entra noutra. O cuarto tipo de uranio bruto - un mineral de fosfato e zhelezouranovye Pizarras. As súas reservas están en Marrocos, Suecia e Estados Unidos. O actualmente considerado prometedor como depósitos de carbón e linhita conteñen impurezas de uranio. Son producidos en España, República Checa, así como dous estados de Estados Unidos - Norte e Dacota do Sur.