Lantanoidy a aktinoidy: pozície v periodickej sústavy

Každý z chemických prvkov, znázornených na škrupinách Krajina: atmosféry a hydrosféry litosféry - môže slúžiť ako jasný príklad potvrdenie základných atómov a molekúl učenie periodický zákon. Boli formulované svietidiel prirodzenej histórie - ruských vedcov M. V. Lomonosovym a D. I. Mendeleevym. Lantanoidy a aktinidov - dve rodiny, ktoré obsahujú 14 chemických prvkov, ako aj kovy samotných - na lantán a aktinia. Ich vlastnosti - ako fyzikálne a chemické - je potrebné riešiť u nás v tejto práci. Okrem toho stanovenie polohy v periodickej sústavy z vodíka, lantanoidy, aktinidov závisí od štruktúry elektrónových orbitalov atómov.

História objavu

Na konci 18. storočia boli Yu gadolínium získané prvej zlúčeniny zo skupiny kovov vzácnych zemín - oxid ytria. Až do začiatku 20. storočia, a to vďaka výskumu G. Moseley v chémii sa dozvedel o existencii skupiny kovov. Boli umiestnené v periodickej tabuľke medzi lantánu a hafnium. Ďalšie chemický prvok - Aktínium, lantánu, ako tvoria rodinu 14 rádioaktívnych chemických prvkov, tieto aktinoidy. Ich objav v oblasti vedy sa stalo od roku 1879 až do polovice 20. storočia. Lantanoidy a aktinoidy majú veľa podobností vo fyzikálnych a chemických vlastností. To môže byť vysvetlené usporiadanie elektrónov v atóme týchto kovov, ktoré sú v energetickej hladiny, a to lantanoidy je štvrtý stupeň f-podvrstvy, a pre aktinidy - piaty stupeň f-podvrstvy. Ďalej sa domnievame, elektrónových škrupiny atómov vyššie uvedených kovov podrobnejšie.

Štruktúra vnútorných prechodných prvkov s ohľadom na atómovej molekulárnej teórie

Brilliant objav štruktúry chemických látok M. V. Lomonosova bola základom pre ďalšie štúdium elektrónových vrstiev atómov. Rutherford model základnej štruktúry častíc chemický prvok, výskumu Max Planckova, F. Hund nechá lekárne nájsť správnu vysvetlenie existujúcich zákonov periodického vychyľovanie fyzikálnych a chemických vlastností, ktoré sa vyznačujú tým, lantanoidy a aktinidov. Nemožno ignorovať zásadnú úlohu periodického zákona D. I. Mendeleev o štúdium štruktúry atómov prechodných prvkov. Poďme preskúmať tento problém podrobnejšie.

Umiestnite vnútorné prechodové prvky periodickej sústavy D. I. Mendeleev

V tretej skupine šiesteho - dlhšie obdobie - pre rodinné kovu je lantán, cér a usporiadané tak, aby lutécium vrátane. V lantánu atóm 4f-podvrstvy prázdny a úplne vyplnená lutécium 14. elektrónov. Na prvky položenú medzi nimi, je postupné plnenie f-orbitálov. V rodine aktinidov - z tória do lawrencium - je pozorovaná Rovnaký princíp akumulácia záporne nabitých častíc s tým rozdielom, že sa vyskytuje v plniacej elektróny 5f-podvrstvy. Štruktúra vonkajšej energetickej hladiny a počet záporných častíc na ňom (rovná dvom) vo všetkých z vyššie uvedených kovov rovnaké. Táto skutočnosť odpovedá na otázku o tom, prečo lantanoidy a aktinoidy, nazývané vnútorné prechodové prvky, majú mnoho podôb.

Niektoré zdroje chemické literatúre oboch rodín sú zlúčené do druhej strane podskupiny. Obsahujú dve kov z každej rodiny. V krátkom forme periodickej sústavy chemických prvkov zástupcovia DI Mendelejev týchto rodín sú izolované z tabuľky samotnej a usporiadané samostatné riadky. Preto je poloha aktinidov a lantanoidy z periodickej sústavy zodpovedá všeobecnému plánu štruktúry atómov a elektrónov vo vnútorných úrovniach periodicita naplnenia a prítomnosť rovnakého oxidácia spôsobené agregáciou vnútorné prechodné kovy vo všeobecnom skupine. V týchto chemických prvkov majú vlastnosti a vlastnosti rovnocenné lantán alebo aktinia. To je dôvod, prečo lantanoidy a aktinidov z tabuľky chemických prvkov.

Vzhľadom k tomu, elektronické konfigurácia f-podvrstvy ovplyvňuje vlastnosti kovov

Ako už bolo povedané, je poloha lantanoidy a aktinidov periodickej sústavy priamo určuje ich fyzikálne a chemické vlastnosti. Napríklad, céru ióny, gadolínia, a ďalšie prvky rodiny lantanoidy majú vysoké magnetické momenty v dôsledku štrukturálnych rysov f-spodnej vrstvy. Je možné použiť kovy ako prímesí, pre výrobu polovodičov s magnetickými vlastnosťami. Sulfidy rodina prvky Aktínium (napr., Sulfid protaktínium, tórium) vo svojej molekule majú zmiešané typ chemické väzby: ionizujúceho kovalentnej alebo kovalentnou-kovové. Tento štrukturálny vlastnosť viedla k vzniku nových fyzikálnych a chemických vlastností a slúži ako odpoveď na otázku, prečo lantanoidy a aktinoidy fluoreskujúce vlastnosti. Napríklad vzorka aktinia striebra svieti v tme modrastým svetlom. To je v dôsledku pôsobenia elektrického prúdu kovovými iónmi, fotóny svetla, ktorý sa vyskytuje pod vplyvom excitáciu atómov a elektrónov v ňom "skok", na vyššej energetickej hladiny, a potom sa vráti do svojej stacionárne obežnej dráhe. Je to z toho dôvodu, že lantanoidy a aktinoidy sú luminofory.

Dôsledky zníženie iónovej polomery atómov

V lantánu a aktinia, ako prvky z ich rodiny, monotónny pokles indikátorov veľkosti polomerov kovových iónov. V chémii, v takýchto prípadoch sa hovorí o stlačenie lantanoidov a aktinoidov. Chémia nastavenie nasledujúci vzorec: s rastúcou starosť jadra atómov, keď sú prvky patria do jednej a tej istej doby a ich zníženie polomerov. To môže byť vysvetlené nasledovne: pre kovy, ako je cer, prazeodým, neodým, počet energetických hladín atómov a vždy rovný šiestich. Avšak jadra náboja príslušne zvýši o jeden a tvoria +58, +59, +60. To znamená, že sa zvyšuje príťažlivú silu vnútorných plášťov elektrónov smerom k pozitívne nabité jadra. V dôsledku toho dochádza k zníženiu z polomerov atómov. Iónové zlúčeniny kovov sa zvyšujúcim sa atómovým číslom iónových polomerov je tiež znížená. Podobné zmeny boli pozorované v rodine prvky aktiniové. To je dôvod, prečo lantanoidy a aktinoidy, sa nazývajú dvojčatá. Zníženie iónový polomer vedie predovšetkým k oslabeniu základných vlastností hydroxidy Ce (OH) _3, Pr (OH) _3, a základňa lutécium už vykazuje amfotérne vlastnosti.

Neočakávané výsledky vedie naplnenie 4F-podúrovne nepárové elektróny vo orbitálov na polovicu atómu európia. On atóm polomer nie je znížený, ale skôr zvyšuje. V nasledujúcom je v sérii lantanoidov gadolínia 5d-podúrovne, je tam jeden elektrón 4F-podúrovne podobný Eu. Takáto konštrukcia spôsobí náhly pokles polomeru atómov gadolínia. Podobný jav je pozorovaný v páre yterbium - lutécium. Prvý prvok polomer atómu väčšie kvôli dokončenie plnenie 4f-podvrstvy, zatiaľ čo lutécium sa prudko znižuje, ako na 5d-podúrovne elektrónové pozorovanej vzhľad. V actinium a iných rádioaktívnych prvkov v tejto rodiny polomery atómov a iónov nie sú monotónne mení, ale rovnako ako u lantanoidov, v skoky. Tak, ako lantanoidy a aktinidov sú prvky, v ktorom vlastnosti ich zlúčenín súvzťažne závisí na iónovej polomeru a štruktúre elektrónových vrstiev atómov.

valenčné stavy

Lantanoidy a aktinidov sú prvky, ktorých vlastnosti sú veľmi podobné. Najmä sa jedná o ich oxidačné stavy v valencie iónov a atómov. Napríklad, tórium, protaktínium, vykazujúci mocnosťou tri, v zlúčeninách Th (OH) _3, Pácl _3, THF _3, Pa ₂ (CO _{3) 3.} Všetky tieto látky sú nerozpustné a majú rovnaké chemické vlastnosti ako kovy z lantánu rodina: .., céru, prazeodýmu, neodýmu, a tak ďalej v lantanoidy týchto zlúčenín bude tiež trojmocný. Tieto príklady dokazujú správnosť nášho tvrdenia, že lantanoidov a aktinoidov - dvojčatá. Majú podobné fyzikálne a chemické vlastnosti. To možno vysvetliť predovšetkým štruktúru elektrónových orbitálov v atómoch oboch rodín vnútorných prechodných prvkov.

kovové vlastnosti

Všetky zástupcovia oboch skupín sú kovy, ktoré majú byť dokončené 4f-, 5f-, rovnako ako d-podhladiny. Lantán a prvky vzácnych zemín zavolal svojej rodine. Ich fyzikálne a chemické vlastnosti sú natoľko podobné, že zvlášť v laboratórnych podmienkach, ktoré sú od seba oddelené s veľkými ťažkosťami. Zobrazenie často v oxidačnom stave +3, lantánu séria prvky majú mnoho podobností s kovmi alkalických zemín (bárium, vápnik, stroncium). Aktinidy sú tiež veľmi aktívne kovy naviac tiež rádioaktívne.

Štruktúrne vlastnosti lantanoidy a aktinidov a dotykových vlastností, ako je napríklad jemne rozptýlený pyroforické. K dispozícii je tiež zníženie veľkosti kovových plošne centrované kryštalickej mriežky. Pridajte, že všetky chemické prvky oboch rodov - kov s striebristým leskom, vzhľadom k vysokej reaktivite rýchlo tmavnúce vzduchu. Sú zahrnuté v príslušnom oxidu fólií chrániaci pred ďalšou oxidáciou. Všetky prvky sú dostatočne žiaruvzdorné okrem neptúnia a plutónia, teplota topenia je výrazne nižšia ako 1000 ° C,

Charakteristické chemické reakcie

Ako už bolo uvedené skôr, lantanoidy a aktinidov sú chemicky aktívne kovy. Tak, lantánu, céru a ďalší členovia rodiny môže byť ľahko spojený s jednoduchými látok - halogény, ako aj fosforu, uhlíka. Lanthanoidy môžu tiež ovplyvňovať ako oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého. Oni sú tiež schopné rozkladať vodu. Okrem jednoduchých solí ako napr SeCl ₃ alebo PRF _3, tvorí podvojných solí. V analytickej chémii, zaujímajú významné miesto reakcie s lantanoidov kov-glycínu a kyseliny citrónovej. Výsledné komplexné zlúčeniny také postupy sa používajú na separáciu zmesi lantanoidy, ako sú napríklad rudy.

Reakciou s dusičnanom, chloridu a síranu kyseliny, kovy vzniku zodpovedajúcich solí. Sú ľahko rozpustné vo vode a je ľahko schopný tvoriť kryštalické hydráty. Je potrebné poznamenať, že sa vodné roztoky solí lantanoidov sú farebné, čo sa vysvetľuje tým, že sa ich ióny. Soľ riešenie samárium alebo prazeodým zelená neodym - červeno-fialové, európium a prométium - ružová. Vzhľadom na to, že ióny v oxidačnom stave +3, sú farebné, sa používa v analytickej chémii pre detekciu iónov kovov, lantanoidy (tzv vysoko kvalitné reakcie). Na rovnaký účel použiť aj metódy chemickej analýzy, ako je frakčnou kryštalizácie a iónovo-výmennou chromatografiou.

V dvoch z actinides skupiny prvkov možno rozlíšiť. To je Berkeley, farma, mendelevium, Nobelium, lawrencium a urán, neptúnium, plutónium, omeretsy. Chemické vlastnosti sú podobné tej prvej a lantánu kovov z jeho rodiny. Prvky druhej skupiny majú veľmi podobné chemické vlastnosti (v podstate navzájom identické). Všetky aktinidy rýchlo komunikovať s nekovy: síra, dusík, uhlík. S kyslíkom legandami tvoria komplexné zlúčeniny. Ako je zrejmé, obe rodiny kovov podobné navzájom v chemickom správaní. To je dôvod, prečo lanthanides a actinides kovy často nazývaný dvojča.

Situácia vodík periodický systém, lantanoidy, aktinoidy sa

Je potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že vodík je dostatočne reaktívne látky. To sa prejavuje v závislosti na chemických reakčných podmienkach: ako redukčného činidla a oxidačného činidlá. To je dôvod, prečo v periodickej sústavy, vodík je súčasne v hlavných podskupín dvoch skupín.

Prvý vodíka pôsobí ako redukčné činidlo, rovnako ako alkalických kovov, tu sa nachádza. Vodík v mieste 7. skupiny spolu s prvkami halogény ukazuje jeho odolnosť. V šiestom období je, ako už bolo uvedené, rodinu lantanoidov, vynesené v samostatnom riadku pre pohodlie a kompaktnosti tabuľky. Siedmy období obsahuje skupinu rádioaktívnych prvkov s charakteristikami podobnými aktínu. Actinides sú umiestnené mimo tabuľky chemických prvkov DI Mendelejev pod blízkej lantánu rodiny. Tieto prvky najmenej študoval, pretože jadrá atómov sú veľmi nestabilné kvôli rádioaktivite. Pripomeňme, že lantanoidy a aktinidov sú vnútorné prechodové prvky, a ich fyzikálno-chemické vlastnosti sú veľmi podobné.

Všeobecné spôsoby výroby kovopriemysel

S výnimkou tórium, protaktínium a uránu, ktorý je vytvorený priamo z rúd, ďalší aktinoidy môžu byť pripravené ožiarením vzoriek kovového uránu tokov rýchlo sa pohybujúce neutróny. V neptúnia v priemyselnom rozsahu a plutónia sa extrahuje z vyhoreného paliva z jadrových reaktorov. Všimnite si, že získanie aktinidov - je pomerne zložitý a nákladný proces, hlavné metódy, ktoré sú iónovej výmeny a viacstupňové extrakcie. Lantanoidy, ktoré sa nazývajú prvky vzácnych zemín, získané elektrolýzou chloridov alebo fluoridov. Pre získanie ultračistá lantanoidy, použitý metalotermické metódu.

Tam, kde sa použijú vnútorné prechodové prvky

Spektrum použitia kovov, ktorý študujeme je pomerne široká. Pre rodinu actinium - je predovšetkým jadrových zbraní a energie. Aktinidy sú dôležité v medicíne, defektoskopii, aktivačný analýzy. Je nemožné ignorovať využitie lantanoidy a aktinidov, ako záchytom neutrónu v jadrových zdrojoch reaktorov. Lanthanoidy tiež použité ako legujúci prísady na železo a oceľ, ako aj pri výrobe luminoforu.

Distribúcia v prírode

Oxidov aktinidov a lantanoidy sú často nazývané zirkónia, tória, ytrium zeminy. Sú hlavným zdrojom pre prípravu zodpovedajúcich kovov. Urán, ako hlavný zástupcom aktinidov je vo vonkajšej vrstve litosféry v podobe štyroch typov rúd a minerálov. Po prvé, je to smolinca, čo je urán uhličitý. Je vysoký obsah kovu. Často sprevádzané rádia ložísk uránu uhličitého (žily). Tie sa nachádzajú v Kanade, Francúzsku, Zaire. Komplexy tórium a urán rudy často obsahujú ďalšie rudy vzácnych kovov, ako je napríklad zlato alebo striebro.

Súpis týchto surovín bohatých na Rusku, Južnej Afrike, Kanade a Austrálii. Niektoré sedimentárne horniny obsahujú minerálne carnotite. Jeho štruktúra, okrem uránu, vanádu a vstupuje do druhého. Štvrtý typ surového uránu - fosfátové rudy a zhelezouranovye bridlice. Ich zásoby sú v Maroku, vo Švédsku a v Spojených štátoch. Aktuálne považovaný za perspektívny ako vklady, čierneho a hnedého uhlia, obsahujúce urán nečistôt. Vyrábajú sa v Španielsku, Česká republika, rovnako ako dva amerických štátov - Severná a Južná Dakota.