TRAŽI

Lantanidi i aktinidi: položaj u periodičnom stolu

Svaki od kemijskih elemenata zastupljenih uZemljine omotnice: atmosfera, litosfera i hidrosfera - mogu poslužiti kao živi primjer koji potvrđuje temeljnu važnost atomsko-molekularne teorije i periodičkog zakona. Oni su formulirali vodeći likovi prirodnih znanosti - ruski znanstvenici M. V. Lomonosov i D. I. Mendeleev. Lantanidi i aktinidi su dvije obitelji koje sadrže 14 kemijskih elemenata, kao i sami metali - lantan i aktinium. Njihova svojstva - kako fizička tako i kemijska - bit će razmotreni u ovom radu. Osim toga, utvrdili smo kako položaj u periodičkom sustavu vodika, lantanida, aktinida ovisi o strukturi elektronskih orbita njihovih atoma.

Povijest otkrića

Krajem 18. stoljeća, Yu. Gadolin je dobio prvi spoj iz skupine metala rijetkih zemlja - itrij oksid. Do početka 20. stoljeća, zahvaljujući studijama G. Mosley u kemiji, postalo je poznato da postoji skupina metala. Nalaze se u periodičkom sustavu između lantana i hafnija. Drugi kemijski element, aktinium, poput lantana, tvori obitelj od 14 radioaktivnih kemijskih elemenata nazvanih aktinida. Njihovo otkriće u znanosti dogodilo se od 1879. do sredine 20. stoljeća. Lantanidi i aktinidi imaju prilično mnogo sličnosti u fizikalnim i kemijskim svojstvima. To se može objasniti rasporedom elektrona u atomima tih metala, koji su na razini energije, točnije za lantamide, to je četvrta razina f-podloge, a za aktinide, peta razina f-podloge. Dalje, uzimamo u obzir elektronske ljuske atoma gornjih metala detaljnije.

lanthanoide i aktinide

Struktura unutarnjih tranzicijskih elemenata u svjetlu atomsko-molekularnih učenja

Briljantno otkriće strukture kemikalija M. V. Lomonosov je bio temelj za daljnje proučavanje školjki atoma elektrona. Rutherfordov model strukture elementarne čestice kemijskog elementa, proučavanje M. Plancka i F. Gunda, omogućio je kemijskim znanstvenicima da pronađu ispravno objašnjenje postojećih obrazaca periodičnih promjena fizikalnih i kemijskih svojstava koja karakteriziraju lantanide i aktinoide. Nemoguće je ignorirati ključnu ulogu periodičkog zakona DI Mendeleev u proučavanju strukture atoma tranzicijskih elemenata. Nastojimo se detaljnije posvetiti ovom pitanju.

Mjesto internih tranzicijskih elemenata u periodičkom sustavu D. I. Mendeleev

U trećoj skupini šeste - duže razdoblje - zaLanthanum je obitelj metala, od ceriuma do lutetiuma. Za atom lantana, podvod 4f je prazan, a za lutetium je potpuno napunjen s 14 elektrona. Elementi koji se nalaze između njih postupno ispunjavaju f-orbite. U obitelji actinida, od trijuma do lawrencea, promatra se isti princip akumulacije negativno nabijenih čestica s jedinom razlikom: punjenje elektrona dolazi na 5f podlozi. Struktura vanjske razine energije i broj negativnih čestica na njemu (jednaki dva) isti su za sve gore navedene metale. Ta činjenica odgovara na pitanje zašto su lantanidi i aktinidi, nazvani unutarnji prijelazni elementi, mnoge sličnosti.

zašto lantanidi i aktinidi

U nekim izvorima kemijske literaturepredstavnici obiju obitelji su ujedinjeni u drugoj sekundarnoj podskupini. Sadrže dva metala iz svake obitelji. U kratkom obliku periodičke tablice kemijskih elemenata D. Mendeleev, predstavnici tih obitelji su odvojeni od samog stola i raspoređeni su u zasebne redove. Stoga položaj lantanida i aktinida u periodičkom sustavu odgovara općem planu strukture atoma i redovitosti punjenja s unutarnjim razinama elektrona, a prisustvo identičnih oksidacijskih stanja uzrokovalo je ujedinjavanje unutarnjih prijelaznih metala u zajedničke skupine. U njima kemijski elementi posjeduju znakove i svojstva ekvivalentna lantanu ili aktiniumu. Zato se lanci i aktinidi izvode iz tablice kemijskih elemenata.

Kako elektronska konfiguracija f-slogova utječe na svojstva metala

Kao što smo već rekli, položaj lantanidai aktinidi u periodičkom sustavu izravno određuju njihova fizička i kemijska svojstva. Tako, ioni cerija, gadolinija i ostalih elemenata obitelji lantanida imaju visoke magnetske momente, koji su povezani sa strukturnim značajkama f-podloge. To je omogućilo upotrebu metala kao aditiva za slitinu za proizvodnju poluvodiča s magnetskim svojstvima. Sulfidi elemenata obitelji aktinija (na primjer, sulfid od protaktinija, torija) u sastavu njihovih molekula imaju mješoviti tip kemijske veze: ionsko-kovalentno ili kovalentno-metalik. Ova značajka strukture dovela je do pojave novog fizikalno-kemijskog svojstva i služio je kao odgovor na pitanje zašto lantanidi i aktinidi imaju svjetleće svojstva. Na primjer, aktinijski primjerak srebrne u mraku blješte s plavkastim sjajom. To je zbog djelovanja električne struje na metalne ione, fotona svjetla, pod utjecajem kojih su atomi uzbuđeni, a elektroni "skok" u višu razinu energije, a zatim se vraćaju na svoje stacionarne orbite. Upravo zbog toga lanci i aktinidi pripadaju fosforima.

Posljedice smanjenja ionskih radijusa atoma

Lantan i aktinium, kao i elementi njihovaobitelji, postoji jednolično smanjenje vrijednosti radijusa metalnih iona. U kemiji u takvim slučajevima je uobičajeno govoriti o lantanoidnoj i aktinoidnoj kompresiji. U kemiji se uspostavlja sljedeća pravilnost: s povećanjem nuklearnog naboja atoma, ako elementi pripadaju istom razdoblju, njihovi radijusi se smanjuju. To se može objasniti na sljedeći način: u metalima kao što su cerium, praseodimij, neodimij, broj energetskih razina u njihovim atomima je konstantan i jednak šest. Međutim, nuklearne optužbe povećavaju se za jedan i čine +58, +59, +60. To znači da se sila privlačenja elektrona unutarnjih školjaka na pozitivno napunjenu jezgru povećava. Posljedica toga je smanjenje radijusa atoma. U ionskim spojevima metala, ionski radijusi također se smanjuju s povećanim atomskim brojem. Slične promjene promatrane su u elementima obitelji morskih anemona. Zato se lantanidi i aktinidi nazivaju blizancima. Smanjenje radijusa iona prvenstveno vodi do slabljenja osnovnih svojstava hidroksida S (O)3, Pr (OH)3, a baza lutetiuma već pokazuje amfoterna svojstva.

Ispunjavanje rezultata neočekivanim rezultatima4f podrazina nesparenih elektrona do polovine orbitala atoma europiuma. U njemu, radijus atoma ne smanjuje se, već se, naprotiv, povećava. U gadolinijevom lantanidnom nizu pored njega, jedan elektron 4f-subwoofera pojavljuje se na 5d-subwooferu, slično Eu-u. Takva struktura uzrokuje naglo smanjenje radijusa gadolinijevog atoma. Sličan je fenomen promatran u paru itterbium - lutetiuma. U prvom elementu, radijus jednog atoma je velik zbog potpunog punjenja 4f-subwoofera, dok se u lutetiumu naglo smanjuje, budući da su elektroni promatrani na 5d-subwooferu. U aktiniumu i drugim radioaktivnim elementima ove obitelji, radijali njihovih atoma i iona se ne mijenjaju monotonno, već, kao i lantanidi, skokovi. Tako su lantanidi i aktinidi elementi u kojima svojstva njihovih spojeva koreliraju s ionskim radijusom i strukturom školjaka atoma.

Valent kaže

Lantanidi i aktinidi su elementi čijikarakteristike su vrlo slične. To se posebno odnosi na njihova oksidacijska stanja u ionima i valenciji atoma. Na primjer, trijum i protaktinium koji pokazuju valenciju od tri u Th (OH) spojevima3, pACl3THF3, Pa2(CO3)3. Sve te tvari su netopljive i imajuista kemijska svojstva kao metali iz obitelji lantana: cerij, praseodimij, neodimij itd. Lantanidi u tim spojevima također će biti trovalentni. Ti primjeri još jednom dokazuju ispravnost izjave da su lantanidi i aktinidi blizanci. Imaju slična fizička i kemijska svojstva. To se može objasniti prvenstveno strukturom elektronskih orbita atoma obiju obitelji internih tranzicijskih elemenata.

položaju u periodičkom sustavu aktinida vodikovog lantanida

Metalna svojstva

Svi članovi obje skupine su metali,u kojoj su dovršeni 4f-, 5f- i također D-podnaslovi. Lantan i elementi njegove obitelji nazivaju se rijetka zemlja. Njihova fizikalna i kemijska svojstva toliko su bliske da se, pojedinačno u laboratorijskim uvjetima, odvajaju s velikim poteškoćama. Prikazujući najčešće oksidacijsko stanje od +3, elementi lančanog sastava imaju mnogo sličnih svojstava s zemnoalkalnim metalima (barij, kalcij, stroncij). Aktinidi su također ekstremno aktivni metali, a osim toga i radioaktivni.

Značajke strukture lantanida i aktinidatakođer se tiču ​​takvih svojstava kao, na primjer, pirofornosti u fino raspršenom stanju. Također se opaža smanjenje veličine metalnih rešetki usmjerenih na lice. Dodamo da su svi kemijski elementi obje obitelji metali s srebrnim sjajom, zbog svoje velike reaktivnosti, brzo se zatamnjuju u zraku. Pokriveni su filmom odgovarajućeg oksida koji štiti od daljnje oksidacije. Svi su elementi dovoljno vatrostalni, s izuzetkom neptuna i plutonija, čija točka taljenja je znatno ispod 1000 ° C.

Tipične kemijske reakcije

Kao što je ranije navedeno, lantanidi i aktinidisu kemijski aktivni metali. Dakle, lantan, cerij i drugi elementi obitelji lako se mogu kombinirati sa jednostavnim tvarima - halogenom, kao i fosforom, ugljikom. Lanthanidi također mogu komunicirati s ugljičnim monoksidom i ugljičnim dioksidom. Također su sposobni razgraditi vodu. Osim jednostavnih soli, kao što je SeCl3 ili PrF3oni tvore dvostruke soli. U analitičkoj kemiji važno mjesto zauzima reakcija metala lantanida s amino octenom i limunskom kiselinom. Složeni spojevi koji proizlaze iz takvih procesa koriste se za odvajanje mješavine lantanida, na primjer, u rudama.

 zašto se lantanidi i aktinidi nazivaju blizancima

Kod interakcije s nitratom, kloridom isulfatne kiseline, metali tvore odgovarajuće soli. Oni su dobro topljivi u vodi i lako su sposobni za stvaranje kristalnih hidrata. Treba napomenuti da su obojene vodene otopine soli lantamida, što je objašnjeno prisutnošću odgovarajućih iona u njima. Otopine samarijskih ili praseodimijskih soli zelene, neodimijske - crveno-ljubičaste, promethium i europium - ružičaste. Budući da su ioni s oksidacijskim statusom +3 u boji, to se koristi u analitičkoj kemiji za prepoznavanje iona metala lantana (takozvane kvalitativne reakcije). Za istu svrhu također se koriste metode kemijske analize, kao što su frakcijska kristalizacija i kromatografija ionske izmjene.

Actinidi se mogu podijeliti u dvije skupine elemenata. To su Berkeley, Fermi, Mendelevium, Nobel, Lawrence i uran, Neptunum, Plutonij, Omercium. Kemijska svojstva prvog od njih slična su lantanu i metalima iz njegove obitelji. Elementi druge skupine imaju vrlo slične kemijske karakteristike (gotovo identične jedna drugoj). Svi aktinidi brzo reagiraju s ne-metalom: sumporom, dušikom, ugljikom. Uz legende koje sadrže kisik, oni tvore složene spojeve. Kao što možete vidjeti, metali obiju obitelji su međusobno bliski kemijskom ponašanju. Zbog toga se lantanidi i aktinidi često nazivaju dvostrukim metalima.

Položaj u periodičkom sustavu vodika, lantanida, aktinida

Potrebno je uzeti u obzir činjenicu da je vodikdovoljno reaktivna tvar. Ono se očituje ovisno o kemijskim reakcijskim uvjetima: kao reducirajućim sredstvom i oksidirajućim sredstvom. Zato se u periodičkom sustavu istodobno nalazi vodik u glavnim podskupinama dviju skupina odjednom.

 položaj lantanida i aktinida u periodičkom sustavu

U prvom, vodik igra ulogu redukcijskog sredstva, kaoi alkalijski metali koji se nalaze ovdje. Mjesto vodika u 7. skupini uz elemente halogena upućuje na njegovu sposobnost smanjenja. U šestom je razdoblju, kao što je ranije spomenuto, obitelj lantanida, izvedenih u zasebnom redu za praktičnost i kompaktnost stola. Sedmo razdoblje sadrži skupinu radioaktivnih elemenata, u svojstvima sličnim aktiniumu. Actinidi se nalaze izvan tablice kemijskih elemenata D.I. Mendeleev pod nizom lančanih obitelji. Ti su elementi najmanje proučavani jer su jezgre njihovih atoma vrlo nestabilni zbog radioaktivnosti. Podsjetimo da su lantamidi i aktinidi pripadni unutarnjim prijelaznim elementima, a njihova fizičko-kemijska svojstva vrlo su međusobno blizu.

Opće metode za proizvodnju metala u industriji

S izuzetkom torija, protaktinija i urana,koji se izravno ekstrahiraju iz ruda, preostali aktinidi mogu se dobiti ozračivanjem uzoraka metala urana uz brzo kretanje neutronskog toka. Komercijalno, neptunij i plutonij su ekstrahirani iz istrošenog goriva iz nuklearnih reaktora. Imajte na umu da je proizvodnja aktinida prilično složen i skup proces, od kojih su glavne metode ionska izmjena i višestupanjska ekstrakcija. Lantanidi, koji se nazivaju rijetkim elementima zemlje, dobiveni su elektrolizom njihovih klorida ili fluorida. Da biste dobili ultrapure lantanide, koristite metalotermnu metodu.

 lantanidi i aktinidi su elementi

Gdje se koriste unutarnji prijelazni elementi

Raspon korištenja metala koje istražujemodovoljno širok. Za obitelj, more anemon je prije svega nuklearno oružje i energija. Actinidi su također važni u medicini, detekciji nedostataka i analizom aktivacije. Ne može se zanemariti uporaba lantanida i aktinida kao izvora zarobljavanja neutrona u nuklearnim reaktorima. Lantamidi se koriste kao aditivi za lijevanje od lijevanog željeza i čelika, kao i za proizvodnju fosfora.

Distribucija u prirodi

Često se zovu oksidi aktinida i lantanidacirkonija, torija, itrijske zemlje. Oni su glavni izvor za dobivanje odgovarajućih metala. Uran, kao glavni predstavnik aktinida, nalazi se u vanjskom sloju litosfere u obliku četiri vrste ruda ili minerala. Prije svega, to je katran urana, koji je uranij dioksid. Ima najveći metalni sadržaj. Često uranij dioksid je praćen radijskim naslagama (venama). Pronađeni su u Kanadi, Francuskoj, Zairu. Kompleksi torija i ruda urana često sadrže rude drugih vrijednih metala, poput zlata ili srebra.

lanthanoidi i aktinidi su elementi

Rezerve takvih sirovina su bogate u Rusiji,Republika Južna Afrika, Kanada i Australija. Neke sedimentne stijene sadrže mineralni karnitit. Osim urana, ona također sadrži vanadij. Četvrta vrsta sirovina urana je fosfatna ruda i željezni uranija. Njihove rezerve nalaze se u Maroku, Švedskoj i SAD-u. Trenutačno se također smatraju da obećavaju i depoziti lignita i ugljena koji sadrže nečistoće urana. One se miniraju u Španjolskoj, Češkoj, kao iu dvije američke države - Sjevernoj i Južnoj Dakoti.

  • Ocjenjivanje: