Lantanidima i aktinide: položaj u periodnom sistemu

Svaki od hemijskih elemenata prikazan u Zemljinoj granate: atmosfera i hidrosferi litosfere - može poslužiti kao svijetli primjer potvrđuje fundamentalne atomske i molekularne učenja periodične zakona. Oni su formulirao luminara of Natural History - Ruski naučnici M. V. Lomonosovym i D. I. Mendeleevym. Lantanidima i aktinide - dvije porodice, koji se sastoje od 14 kemijskih elemenata, kao i sami metali - lantan i actiniuma. Njihove imovine - i fizičke i kemijske - kojima će se baviti nama u ovom poslu. Pored toga, odrediti položaj u periodnom sistemu vodika, lantanidima, aktinide ovisi o strukturi elektrona orbitale atoma.

Povijest otkrića

Krajem 18. stoljeća Yu gadolinijum dobiveni su prvi spoj iz grupe rijetkih zemalja metala - oksida itrijuma. Do početka 20. stoljeća, zahvaljujući istraživanju G. Moseley iz hemije postao svjestan postojanja grupe metala. Oni su se nalazili u periodni sistem između lantan i hafnijum. Još jedan hemijski element - actiniuma, lantan kao, formira porodicu od 14 radioaktivnih kemijskih elemenata, te aktinide. Njihovog otkrića u nauci se dogodilo od 1879. do sredine 20. stoljeća. Lantanidima i aktinide imaju dosta sličnosti u fizičkom i kemijska svojstva. To se može objasniti raspored elektrona u atomima ovih metala, koji su u energetskim nivoima, naime lanthanide je četvrti nivo f-podsloj, i za aktinide - peti nivo f-podsloj. Dalje, smatramo elektron ljuski atoma gore navedenih metala u više detalja.

Struktura unutarnjeg tranzicije elemente u svjetlu atomske molekularne teorije

Brilliant otkriće strukture kemikalija M. V. Lomonosova bila je osnova za dalje proučavanje elektrona ljuski atoma. Rutherford model elementarnih struktura čestica hemijski element, istraživanja Max Planck, F. Pas dozvoljeno hemičara pronaći ispravan objašnjenje postojećih zakona periodičnog varijacije fizičke i hemijske osobine, koje se odlikuju lantanidima i aktinide. Ne možete ignorirati vitalnu ulogu periodnog zakona D. I. Mendeleeva u istraživanju strukture atoma tranzicije elemenata. Razmotrimo ovo pitanje detaljnije.

Mjesto unutarnje tranzicije elemenata u periodnom sistemu D. I. Mendeleeva

U trećoj grupi šeste - duži period - za obitelj metal je lantan, cerijuma i dogovorio da lutecijum inclusive. Na lantan atom 4f-podsloj prazan i potpuno popunjena lutecijum 14. elektrona. Na elemenata odlagati therebetween, dolazi do postepenog popunjavanje f-orbitala. U porodici aktinide - od torijuma do lorencijum - posmatra Isti princip akumulacije negativno nabijenih čestica sa jedinom razlikom što se dešava u popunjavanju elektroni 5f-podsloj. Struktura vanjskog nivoa energije i broj negativnih čestica na njima (jednako dva) u svim gore metala isto. Ova činjenica daje odgovor na pitanje o tome zašto lantanidima i aktinide, koji se zove unutarnji tranzicije elemenata, imaju mnogo sličnosti.

Neki izvori kemijske literature obje porodice su u kombinaciji u drugu stranu podgrupe. Sadrže dva metalna iz svake porodice. U kratkom obliku periodnog sistema hemijskih elemenata predstavnika DI Mendeljejev ovih porodica su izolovani od samog stola i uređen zasebne redove. Stoga, položaj aktinide i lantanidima u periodnom sistemu odgovara generalni plan o strukturi atoma i elektrona u unutrašnjem nivou periodičnosti punjenje i prisutnost iste oksidacije uzrokovane agregacije interne prelazni metali u opštoj grupi. U ovim hemijski elementi imaju karakteristike i svojstva ekvivalent lantan ili actiniuma. Zato je lantanidima i aktinide ukloniti iz tablice kemijskih elemenata.

Kao elektronsku konfiguraciju f-podsloju utječe na svojstva metala

Kao što smo ranije rekli, položaj lantanidima i aktinide u periodičnom sistemu direktno određuje njihove fizičke i kemijske karakteristike. Na primjer, cerijum joni, gadolinijum i drugih elemenata iz porodice lanthanide imaju visok magnetskih momenata zbog strukturne karakteristike f-podsloj. To je moguće koristiti metale kao dopanata za proizvodnju poluvodiča s magnetska svojstva. Sulfida porodice elementi actiniuma (npr sulfid protaktinijum, torijum) u svojim molekulama imaju mješoviti tip hemijske veze: jonskim kovalentne ili kovalentnim-metalik. Ova strukturalna karakteristika je dovelo do pojave novih fizičkih i hemijskih osobina i poslužiti kao odgovor na pitanje zašto je lantanidima i aktinide imaju fluorescentne svojstva. Na primjer, na uzorku od actiniuma srebra svijetli u mraku plavkasto sjaj. To je zbog djelovanja električne struje metalnih iona, fotona svjetlosti, koji se javlja pod uticajem pobude atoma i elektrona u njemu "skok" na viši nivo energije i onda se vrate u svoje stacionarne orbite. To je razlog da je lantanidima i aktinide su fosfor.

Posljedice smanjenja jonskog radijusa atoma

Na lantan i actiniuma, kao i elemente iz njihovih porodica, monotona smanjenje pokazatelja veličine radijusa iona metala. U hemiji, u takvim slučajevima govorimo o kompresije lanthanide i aktinidne. Hemija postaviti sljedeće obrazac: sa povećanjem zadužen za jezgru atoma, kada se elementi pripadaju jednom te istom periodu i njihovog smanjenja radijusa. To se može objasniti na sljedeći način: za metale kao što su cerijum, prazeodijum, neodimij, broj nivoa energije atoma i uvijek jednaka do šest. Međutim, jezgra optužbe odnosno povećava za jedan i predstavljaju +58, +59, +60. To znači da se povećava sila privlačenja unutrašnjih ljuski elektrona prema pozitivno naplaćuje jezgra. Kao posljedica toga je smanjenje radijusa atoma. Jonske metalni spojevi sa porastom atomskog broja jonskog radijusa su također smanjena. Slične promjene zabilježene su u porodici elementima actiniuma. Zato je lantanidima i aktinide nazivaju blizancima. Smanjenje ion radijus vodi prije svega do slabljenja osnovnih svojstava hidroksida Ce (OH) _3, Pr (OH) _3, i baze lutecijum već pokazuje amfoterni svojstva.

Neočekivanih rezultata vodi popunjavanje 4f-podnivo nesparenih elektrona u orbitale na pola evropijum atoma. On atom radijus se ne smanjuje, nego povećava. U sljedećim je u nizu lantanidima gadolinijum 5d-podnivo, postoji jedan elektron 4f-podnivo slična EU. Takva struktura uzrokuje nagli pad u radijusu od gadolinijum atoma. Sličan fenomen je uočena u par iterbijum - lutecijum. Prvi element atoma radijus velikog zbog završi popunjavanje 4f-podsloj, dok lutecijum se naglo smanjuje i na 5d-podnivo elektrona poštovati izgled. U actiniuma i drugih radioaktivnih elemenata u ovoj porodici radijusa atoma i iona ne mijenjaju monotono, ali kao i da je od lantanidima, u velikom brzinom. Dakle, lantanidima i aktinide su elementi u kojima svojstva njihova jedinjenja korelativno zavisi jonske radijus i strukturu elektrona ljuski atoma.

valence država

Lantanidima i aktinide su elementi čije su karakteristike su vrlo slični. Konkretno, to se odnosi na njihovu oksidaciju država u jona i atoma. Na primjer, torij i torij, pokazujući valenciju tri, u jedinjenja Th (OH) _3, Pácl _3, THF _3, od Pa ₂ (CO _{3) 3.} Sve ove supstance su netopive i imaju iste kemijske osobine kao metal lantan porodice: .., cerijum, prazeodijum, neodimij, i tako dalje u lantanidima ovih jedinjenja će također biti trovalentni. Ovi primjeri dokazuju ispravnost naše tvrdnje da je lantanidima i aktinide - blizance. Oni imaju slične fizičke i hemijske osobine. Ovo se može objasniti prvenstveno strukturu elektrona orbitala u atomima obe porodice interne tranzicije elemenata.

svojstva metala

Svi predstavnici dvije grupe su metali koji su se završili 4f-, 5f-, kao i D-podnivoa. Lantan i elemenata rijetkih zemlji nazvao svoju porodicu. Njihove fizičke i kemijske karakteristike su toliko slične da odvojeno u laboratorijskim uvjetima, oni su odvojeni uz velike teškoće. Prikazano često oksidacije države +3, lantan serija elementi imaju mnogo sličnosti sa alkalni metali (barij, kalcij, stroncij). Aktinide su izuzetno aktivni metala osim također radioaktivan.

Strukturne karakteristike lantanidima i aktinide i dodir svojstva, kao što su, na primjer, fino podijeljeni piroforne. Tu je i smanjenje veličine metal plošno centrirana kristalna rešetkama. Dodati da svi kemijski elementi i porodica - metalni sa srebrnim sjajem, zbog visoke reaktivnosti brzo zatamnjuje vazduha. Oni su pokriveni odgovarajućim oksidni film štiti od dalje oksidacije. Svi elementi su dovoljno vatrostalnih osim neptunijum, i plutonij, temperatura topljenja je znatno manja od 1000 ° C.

Karakteristične kemijske reakcije

Kao što je već ranije, lantanidima i aktinide su hemijski aktivne metale. Dakle, lantan, cerijuma i ostali članovi porodice se lako može povezati s jednostavnim supstancama - halogeni, kao i fosfora, ugljika. Lantanidima može komunicirati i sa ugljen-monoksida i ugljičnog dioksida. Oni su u stanju da se razlaže vodu. Osim jednostavne soli, kao što su npr SeCl ₃ ili PrF _3, oni formiraju dvostruke soli. U analitičku hemiju, zauzimaju važno mjesto reakcija sa lanthanide metal-glicin i limunska kiselina. Rezultirajući kompleksnih jedinjenja takvim procesima primjenjuju se za razdvajanje mješavina lantanidima, kao što su rude.

Reakcijom sa nitrata, klorida i sulfata kiseline, metali čine odgovarajuće soli. Oni su lako topiv u vodi i lako je sposobno da formira kristalnog hidrata. Treba napomenuti da su vodene otopine lanthanide soli su u boji, što se objašnjava prisustvo u njihovim jona. soli rješenja samarijum ili prazeodijum zelene neodimijum - crveno-ljubičaste, evropijum i prometijum - roze. S obzirom da je jona u oksidacijsko stanje +3 su u boji, ona se koristi u analitičke hemije za detekciju metalnih iona, lantanidima (tzv visoko kvalitetne reakcije). Za istu svrhu koristi metode kemijske analize, kao što su frakcijski kristalizacijom i ionskom izmjenom kromatografije.

U dva aktinide grupu elemenata mogu se razlikovati. Ovo je Berkeley, farma, mendelevij, nobelij, lorencijum i urana, neptunijum, plutonij, omeretsy. Hemijske osobine su slične prvi i lantan metala iz njegove porodice. Elementi druge grupe imaju vrlo slične kemijske karakteristike (suštinski identične međusobno). Svi aktinide brzo interakciju sa nemetala: sumpor, azot, ugljen. Sa kiseonikom legandami čine kompleks jedinjenja. Kao što se može vidjeti, obje porodice metala međusobno slične u hemijskim ponašanja. Zato je lantanidima i aktinide metala često nazivaju blizanac.

Situacija vodik periodični sistem, lantanidima je aktinide

Potrebno je uzeti u obzir činjenicu da je vodonik dovoljno supstanca. To se manifestuje, ovisno o uvjetima kemijske reakcije: kao redukcijsko sredstvo i oksidirajuće supstance. To je razlog zašto u periodičnom sistemu, vodik je istovremeno u velikim podgrupama dvije grupe.

Prvi vodik djeluje kao redukcijsko sredstvo, kao i alkalni metali, nalazi ovdje. Vodika u mjestu 7. grupe, zajedno sa elementima halogene ukazuje na njegovu otpornost. U šestom periodu je, kao što je ranije spomenuto, porodica lantanidima, prikazan u posebnom redu za udobnost i kompaktnost stola. Sedmi periodu sadrži grupu radioaktivnih elemenata s karakteristikama slična aktin. Aktinide se nalaze izvan tablice kemijskih elemenata DI Mendeljejev pod blizini lantan porodice. Ovi elementi od najmanje proučavao, jer je jezgra njihovih atoma su vrlo nestabilne zbog radioaktivnosti. Podsjetimo da je lantanidima i aktinide su unutrašnje elemente u tranziciji i njihova fizičko karakteristike su vrlo slične.

Opšte metode za proizvodnju metalnih industriju

Osim torijum, torij i uran, koji se proizvodi direktnom iz ruda, drugih aktinide se može pripremiti irradiating uzoraka metala urana tokova koji se brzo kreću neutrona. U neptunijum industrijskom nivou i plutonijum se vadi iz istrošeno gorivo iz nuklearnih reaktora. Imajte na umu da je dobijanje aktinide - prilično je složen i skup proces, glavni metode koje su ionska izmjena i višestepene ekstrakcije. Lantanidima, koji se nazivaju rijetke zemlje elemenata, dobija elektrolizom klorida ili fluorida. Da biste dobili ultračistom lantanidima, koristi metallothermal metoda.

Gdje da se prijave unutrašnjih elemenata u tranziciji

Spektar upotrebe metala koji učimo je prilično širok. Za porodice actiniuma - je, prije svega, nuklearno oružje i energije. Aktinide su važni u medicini, otkrivanju mana, analiza aktivacije. Nemoguće je zanemariti korištenje lantanidima i aktinide, kao neutronske hvatanje u nuklearnim izvorima reaktora. Lantanidima također koristi kao legirajući dodatke željeza i čelika, kao iu proizvodnji fosfora.

Distribucija u prirodi

Oksida aktinide i lantanidima često nazivaju cirkonijuma, torij, itrijum Zemlji. Oni su glavni izvor za pripremu odgovarajućeg metala. Uran, kao što je glavni predstavnik aktinide u vanjskom sloju litosfere u obliku četiri vrste ruda ili minerala. Prije svega, to je uranovog oksida, koji je uranijum dioksid. To je visok sadržaj metala. Često u pratnji radij depoziti urana dioksid (vena). Nalaze se u Kanadi, Francuskoj, Zaire. Kompleksi torij i uran ruda često sadrže ostalih ruda vrijednih metala, kao što su zlato ili srebro.

Inventar takvih sirovina bogatih u Rusiji, Južnoj Africi, Kanadi i Australiji. Neki sedimentne stijene sadrže mineralna carnotite. Njegova struktura, pored urana, vanadija i ulazi u drugu. Četvrti tip sirovog urana - a rude fosfata i zhelezouranovye škriljaca. Njihove rezerve u Maroku, Švedskoj i Sjedinjenim Američkim Državama. Trenutno smatra obećavajućim kao depozit nečistoća uranijuma uglja i lignita sadrže. Oni su proizvedeni u Španjolskoj, Češkoj, kao i dva američka država - Sjeverna i Južna Dakota.