Lantanidai ir aktinidai: padėtis periodinėje lentelėje

Kiekvienas iš cheminių elementų parodyta žemėje apvalkalas: atmosferoje ir Hidrosfera Litosfera - gali tarnauti kaip ryškiai Pavyzdžiui, patvirtinantį įtvirtintų atomų ir molekulių MOKYMAI periodinę įstatymą. Jie buvo suformuluoti gamtos istorijos šviesuliai - Rusijos mokslininkų M. V. Lomonosovym ir D. I. Mendeleevym. Lantanoidų ir aktinoidai - dviejų šeimų, kurias sudaro 14 cheminiai elementai, taip pat metalų patys, - lantano bei Actinium. Jų savybės - tiek fizinės ir cheminės - reikia spręsti mums šiame darbe. Be to, mes nustatyti poziciją periodinę sistemą, iš vandenilio, lantanoidų, aktinidams priklauso nuo elektronų orbitalių atomų struktūros.

Istorija atradimas

Pabaigoje 18 amžiaus J. gadolinio buvo gautas pirminio junginio iš retųjų žemių metalo grupės - oksido itrio. Iki 20 amžiaus pradžioje, dėka tyrimų G. Moseley chemijos sužinojo iš metalų grupės egzistavimą. Jie buvo įsikūrę periodinė lentelė tarp lantano ir hafnio. Kitą cheminis elementas - Anemones, pavyzdžiui, lantano, yra 14 radioaktyviųjų šeimos cheminių elementų , vadinamų aktinidai. Jų atradimas mokslo atsitiko, nes 1879 iki vidurio 20-ojo amžiaus. Lantanoidų ir aktinidai turi daug panašumų į fizines ir chemines savybes daug. Tai galima paaiškinti išdėstymas elektronų šių metalų, kurie yra energijos lygių atomų, būtent lautanid yra ketvirtą lygį F-posluoksnio, ir, skirtu aktinidams - penktasis lygis F-posluoksnio. Be to, mes atsižvelgti į elektronų kriauklių atomų minėtų metalų išsamiau.

Vidinio pereinamųjų elementų struktūra atominį-molekulinė teorija šviesos

Briliantas atradimas struktūra chemikalai M. V. Jaunystės buvo pagrindas toliau tyrimas elektronų apvalkalai iš atomų. Rutherford modelis elementariųjų dalelių struktūros cheminis elementas, Makso Planko tyrimų, F. Hund leidžiama chemikai rasti tinkamą paaiškinimą esamų įstatymų periodinio kitimo fizines ir chemines savybes, kurios yra būdingos lantanowców ir aktinidams. Jūs negalite ignoruoti svarbų vaidmenį periodinės teisės D. I. Mendeleeva Atsižvelgiant į atomų perėjimo elementų struktūros tyrimas. Panagrinėkime šį klausimą išsamiau.

Įdėti vidinius pereinamųjų elementų, periodinę sistemą, D. I. Mendeleeva

Trečioje grupės šešto - ilgesnį laiką, - dėl šeimos metalo yra lantano, cerio ir sumontuotas lutetium imtinai. Ne lantano atomo 4f-posluoksnio tuščias ir visiškai užpildyta Lutetium 14-elektronų. Ne elementai šalinamos flanšų, yra laipsniškas užpildymo F-orbitalėse. Šeimoje aktinoidų - nuo torio į lawrencium - Tas pats principas yra stebėtas kaupimas neigiamai įkrautas daleles vienintelis skirtumas, kad pasitaiko pildymo elektronai 5F-sluoksnyje. Išorinio energijos lygį struktūra ir neigiamų dalelių skaičius ant jo (lygus dviejų) į visus minėtus metalų pačių. Šis faktas atsako į klausimą apie tai, kodėl lantanowców ir aktinidai, vadinamas vidinis perėjimas elementai, turi daug panašumų.

Kai cheminį literatūros abiejų šeimų šaltiniai yra sujungti į antrą pusę pogrupyje. Jie yra dviejų metalinių nuo kiekvienos šeimos. Trumpą formą, periodinės sistemos cheminių elementų DI Mendelejevo atstovai šių šeimų yra izoliuota nuo pačios lentelės ir išdėstyti atskiras eilutes. Todėl padėtis aktinidai ir lantanoidų periodinėje sistema atitinka bendrojo plano struktūra atomai ir elektronai vidinėse periodiškumas užpildymo lygis ir buvimas pats oksidacijos, kurią sukelia agregaciją vidaus pereinamųjų metalų bendruosiuose grupė. Be šių cheminių elementų turi funkcijas ir savybes lygiavertį lantano arba Actinium. Štai kodėl lantanowców ir aktinidai pašalinti iš lentelės cheminių elementų.

Kadangi elektroninė konfigūracija f sluoksnyje įtakos kurio savybės metalai

Kaip jau minėjome anksčiau, lantanoidų ir aktinidams Periodinės sistemos pozicija tiesiogiai lemia jų fizines ir chemines savybes. Pavyzdžiui, cerio jonai, gadolinio, ir kiti elementai Lanthanide šeimos turi dideles magnetinius momentus dėl to, kad F-posluoksnio struktūrinių funkcijų. Tai galima naudoti metalus kaip dopants gaminti puslaidininkius su magnetinių savybių. Sulfidai šeimos elementai Actinium (pvz, sulfido Protactinium, toris) jų molekulių turi mišrią tipo cheminės jungtys: joninės-kovalentinis arba kovalentinis-metalinis. Tai struktūrinis bruožas lėmė naujų fizikinių ir cheminių savybių atsiradimą ir tarnauti kaip atsakymą į klausimą, kodėl lantanowców ir aktinidai turi liuminescencines savybes klausimą. Pavyzdžiui, iš aktinio sidabro Pavyzdžio švyti tamsoje melsva švyti. Tai yra dėl to, kad elektros srovė metalo jonais, fotonų šviesos veiksmų, kuri atsiranda prie iš atomų ir elektronų sužadinimo jame "šuolio" į aukštesnį energijos lygį įtakos ir tada grįžti į jų stacionarių orbitą. Ji yra dėl šios priežasties, kad lantanoidų ir aktinidai yra fosforo.

Sumažinus joninę spindulius atomais, pasekmės

Tuo lantano bei Actinium, kaip elementų nuo savo šeimų, monotoniška sumažėjimo dydis rodiklių spindulio metalų jonais. Chemijos, tokiais atvejais kalbėti apie Lanthanide ir aktinoidų suspaudimo. Chemijos nustatyti šių modelis: didėjant atsakingas už atomų branduolio, kai elementai priklauso su vienu ir tuo pačiu laikotarpiu ir jų spindulys sumažėjimas. Tai galima paaiškinti taip: už metalai, kaip antai cerio, praseodymium, neodimio, numeris energijos lygis iš atomų ir visada lygus šeši. Tačiau branduolių mokesčiai atitinkamai padidinamos viena ir yra +58, + 59, +60. Tai reiškia, kad padidina traukos vidinių korpusų elektronų link teigiamo krūvio branduolio jėgą. Kaip pasekmė yra iš atomais, spindulys sumažinimas. ; Jonų metalo junginiai, kurių didėja atominis skaičius jonų spinduliai yra taip pat sumažintas. Panašūs pokyčiai buvo stebimi elementų Actinium šeima. Štai kodėl lantanowców ir aktinidai vadinami dvyniai. Sumažinti jonų spinduliai veda pirmiausia lėtėjanti Pagrindinio savybės hidroksidai CE (OH) _3, Pr (OH) _3, o bazė Lutetium jau eksponatų amfoterinė savybės.

Nenumatyto rezultatai veda pildymo 4f-trys žemesni nesuporuotą elektronus orbitalėse pusei europio atomo. Jis spinduliu atomo nesumažėja, o padidėjo. Šiomis ją į lantanowców gadolinio 5d-sublygį serijos, yra vienas elektronų 4f-trys žemesni panašus į ES. Tokia struktūra sukelia staigaus gadolinio atomų spinduliu. Panašus reiškinys yra stebimas nuo iterbio poros - lutetium. Pirmasis elementas atomo spindulys didelis dėl užbaigti pildymo 4F-posluoksnį, o lutetium ji staiga sumažėja dėl 5d-trys žemesni elektronų stebimas išvaizdą. Į aktinio ir kitų radioaktyviųjų elementų Šiame spindulio atomų ir jonų nekeičia monotoniškai, bet taip pat, kad iš lantanoidų, nepaprastai greitai. Taigi, lantanowców ir aktinidai elementai, kurių savybės jų junginiai koreliatyviame priklauso nuo jonų spindulys ir struktūra elektronų apvalkalai iš atomų.

Valence narės

Lantanoidų ir aktinoidai elementai, kurių savybės yra gana panašios. Visų pirma, jis yra susijęs su jų oksidacijos laipsnį valentiniame jonų ir atomų. Pavyzdžiui, toris, Protactinium, eksponuoti trijų valentingumą, siekiant Th junginių (OH) _3, PaCl _3, THF _3, Pa ₂ (CO _{3) 3.} Visi iš šių medžiagų yra netirpi ir turi tas pačias chemines savybes, kaip ir metalų iš lantano šeima: .., cerio, praseodymium, neodimio, ir tt į lantanidų šių junginių, taip pat bus trivalentės. Šie pavyzdžiai rodo, kad mūsų teiginį, kad lantanowców ir aktinoidai teisingumą - dvyniai. Jie turi panašias fizines ir chemines savybes. Tai galima paaiškinti pirmiausia buvo tikrinami elektronų orbitalės struktūrą atomų abiejose vidaus pereinamųjų elementų šeimų.

metalo savybes

Visos dviejų grupių atstovai yra metalai, kurie yra baigę 4f-, 5f-, taip pat D-sublevels. Lantano ir elementai retųjų žemių vadinamas jo šeimai. Jų fizinės ir cheminės savybės yra tokie panašūs, kad atskirai laboratorinėmis sąlygomis, jie yra atskirti labai sunku. Rodomi dažnai oksidacijos 3, lantano serijos elementai turi daug panašumų su šarminių žemių metalai (bario, kalcio, stroncio). Aktinoidai taip pat yra labai aktyvių metalų to taip pat radioaktyviųjų.

Struktūriniai bruožai lantanowców ir aktinidams ir liesti savybes, tokias kaip, pavyzdžiui, labai smulkių piroforiški. Taip pat yra į metalo veido orientuotą kristalinių grotelių dydžio sumažinimas. Pridėti, kad visi cheminiai elementai tiek šeimoms - metalas su sidabro blizgesiu, dėl didelio reaktyvumo sparčiai patamsėjimas orą. Jie apima atitinkama oksido plėvelė apsaugos nuo dar oksidacija. Visi elementai yra pakankamai atsparus ugniai išskyrus neptūnio, ir plutonis, lydymosi temperatūra yra žymiai mažesnis 1000 ° C temperatūroje

Būdinga cheminės reakcijos

Kaip minėta anksčiau, lantanowców ir aktinidai yra chemiškai aktyvių medžiagų metalai. Tokiu būdu, lantano, cerio ir kiti šeimos nariai gali būti lengvai prijungtas su paprastų medžiagų - halogenų, taip pat kaip fosforas, anglies. Lantanoidų taip pat gali sąveikauti su tiek anglies monoksido ir anglies dioksido. Jie taip pat gali išskaidyti vandenį. Be to, paprastų druskų, tokius kaip, pavyzdžiui SeCl ₃ arba prf _3, jie sudaro dvigubas druskas. Analizinėje chemijos, užima svarbią vietą reakciją su lautanid metalo-glicino ir citrinos rūgščių. Sudarytas kompleksiniams junginiams tokie procesai yra taikomi atskyrimo mišinio lantanowców, pavyzdžiui, rūdos.

Reakcija su nitrato, chlorido ir sulfato rūgščių, metalai sudaro atitinkamas druskas. Jie yra lengvai tirpi vandenyje ir yra lengvai gali sudaryti kristalinių hidratus. Reikia pažymėti, kad vandeniniai tirpalai lautanid druskų yra spalvos, kuri yra paaiškinamas tuo, kad jų atitinkamų jonams. druskos sprendimai samariu arba praseodymium žalia neodimio - raudona-violetinė, Europis ir Promethium - rožinė. Kadangi jonų oksidacijos 3 dažomi, ji yra naudojama analizinė chemija aptikti metalo jonai, lantanoidų (vadinamasis aukštos kokybės reakcija). Tuo pačiu tikslu taip pat naudojamas cheminės analizės metodų, pavyzdžiui, frakcinės kristalizacijos ir jonų mainų chromatografija.

Dviejuose iš aktinoidai grupė elementai gali būti išskirti. Tai Berkeley, žemės ūkio, Mendelevis, Nobelium, lawrencium ir urano, Neptunium, plutonis, omeretsy. Cheminės savybės yra panašios į pirmąją ir lantano metalų iš jo šeimos. Elementai antrosios grupės turi labai panašius cheminėmis savybėmis (iš esmės identiškas viena su kita). Visi aktinidai greitai bendrauti su nemetalų: sieros, azoto, anglies. Su deguonies legandami jie sudaro kompleksiniams junginiams. Kaip galima matyti, abu metalų šeimos panašios viena kitai cheminei elgesį. Štai kodėl lantanowców ir aktinoidai metalai dažnai vadinamas dviejų.

Situacija vandenilio periodinė sistema, lantanowców, aktinoidai

Būtina atsižvelgti į tai, kad vandenilis yra pakankamai reaguojanti medžiaga. Jis pasireiškia, priklausomai nuo cheminės reakcijos sąlygoms: kaip redukuojantis agentas ir oksidatoriumi. , Kad yra, kodėl periodinę sistemą, vandenilis yra tuo pačiu metu pagrindinių pogrupių dvi grupes.

Pirmasis vandenilis veikia kaip redukuojančiu agentu, o taip pat šarminių metalų, čia yra. Vandenilio vietoj 7-osios grupės kartu su elementų halogenų rodo jos atsparumą. Šeštojoje laikotarpis Tai, kaip jau buvo minėta, šeima lantanowców, priimto vykdant atskiras eilutė patogumo ir kompaktiškumo lentelės. Septintoji laikotarpis yra radioaktyviųjų elementų panašiomis charakteristikomis pasižyminčiais aktino grupę. Aktinoidai yra už lentelėje cheminiai elementai DI Mendelejevas pagal šalia lantano šeima. Šie mažiausiai tiriamas, nuo jų atomų branduolio elementai yra labai nestabili dėl radioaktyvumo. Priminti, kad lantanoidų ir aktinidai yra vidaus pereinamieji elementai, ir jų fizikinių ir cheminių medžiagos savybės yra labai panašios.

Bendrieji metodai gaminant metalo pramonė

Išskyrus torio, Protactinium ir urano, kuris yra pagamintas tiesiogiai iš rūdų, kiti aktinidai gali būti paruošti švitinant mėginius urano metalo srautų greitai judančius neutronus. Pramonės masto neptūnio ir plutonio išgaunamas iš panaudoto branduolinio kuro iš branduolinių reaktorių. Dėmesį, kad gauti aktinoidai - yra gana sudėtingas ir brangus procesas, pagrindiniai metodai, kurie yra jonų mainų ir daugiapakopis gavybos. Lantanoidų, kurie yra vadinami retųjų žemių elementų, gauti elektrolize chloridų arba fluoridų. Gauti Ultraczysta lantanoidais, naudojamas metallothermal metodą.

Kur kreiptis vidaus perėjimo elementai

Naudojimo metalų kurią mes mokytis spektras yra gana platus. Norėdami gauti Actinium šeima - tai, visų pirma, branduolinių ginklų ir energijos. Aktinoidai yra svarbus medicinoje defektacija, aktyvinimo analizė. Neįmanoma ignoruoti lantanoidų ir aktinidams panaudojimas kaip neutrono pagavos branduoliniuose reaktoriuose šaltinių. Lantanidų taip pat naudojamas kaip legiravimo priedų su geležimi ir plienu, taip pat kaip ir fosforo gamyba.

Platinimo gamtoje

Oksidai aktinidams ir lantanoidų yra dažnai vadinamas cirkonio, toris, itris žemių elementų. Jie yra pagrindinis šaltinis atitinkamų metalų paruošimo. Uranas, kaip pagrindinis atstovas aktinoidai yra išorinio sluoksnio į keturių tipų rūdų arba mineralų, pavidalo litosferą. Pirmiausia, tai uranitas, kuris yra urano dioksidas. Tai aukštos turinys iš metalo. Dažnai lydi radžio urano dioksido indėlius (varikoze). Jie nustatė, Kanadoje, Prancūzijoje, Zaire. Kompleksai toris ir uranas rūda dažnai būna kitų rūdos vertingų metalų, pavyzdžiui, aukso ar sidabro.

Inventorius tokių žaliavų turtingos Rusijoje, Pietų Afrikoje, Kanadoje ir Australijoje. Kai nuosėdinės uolienos yra mineralinio carnotite. Jos struktūra, be to, urano, vanadžio ir įveda kitą. Ketvirtasis tipas žalio urano - fosfato rūdos ir zhelezouranovye šiferis. Jų atsargos yra Maroke, Švedijoje ir Jungtinėse Amerikos Valstijose. Šiuo metu laikoma daug žadančia kaip indėliai anglies ir lignito, kurių sudėtyje yra urano priemaišų. Jie gaminami Ispanijoje, Čekijoje, taip pat du JAV Valstijos - Šiaurės ir Pietų Dakotos.