Лантанидите и актинидите: положението в периодичната система

Всяка от химични елементи, показани на черупките земята атмосферата и хидросферата литосферата - може да служи като ярък пример потвърждава основните атомни и молекулни учения периодично право. Те бяха формулирани от светилата на естествената история - руски учени М. В. Lomonosovym и Д. И. Mendeleevym. И лантанидите и актинидите - две семейства, които съдържат 14 химични елементи, както и самите метали - лантан и актиния. Техните свойства - както физическите и химическите - за да бъдат разгледани от нас в тази работа. В допълнение, ние определи позицията на периодичната система от водород, лантаниди, актиниди зависи от структурата на електрони орбитали атоми.

История на откриването

В края на 18 век Ю гадолиний са получени от първо съединение от групата на редки земни метал - оксид итрий. До началото на 20 век, благодарение на изследванията на Г. Моузли по химия са узнали за съществуването на една група от метали. Те се намират в периодичната таблица между лантан и хафний. Друг химичен елемент - актиния, лантан като образува семейство от 14 радиоактивни химични елементи, тези актинидите. откритие им в областта на науката се е случило, тъй като 1879 до средата на 20 век. Лантанидите и актинидите имат много сходства в физични и химични свойства. Това може да се обясни подреждане на електроните в атомите на тези метали, които са в енергийните нива, а именно лантанид е четвърто ниво на F-подслой и за актиниди - петото ниво на F-подслой. На следващо място, ние считаме, електронните обвивки на атомите на посочените по-горе металите по-подробно.

Структурата на вътрешните преходни елементи с оглед на теорията атомен молекулно

Brilliant откритие на структурата на химикали М. V. Lomonosova е основа за по-нататъшно изследване на електронен слой атоми. Ръдърфорд модел на елементарните частици структура на химичен елемент, изследвания Макс Планк, F. Hund позволи химици, за да откриете точното обяснение на съществуващите закони на периодичните колебания на физични и химични свойства, които се характеризират с лантанидите и актинидите. Вие не може да пренебрегне жизненоважната роля на периодичния закон Д. И. Mendeleeva в изследването на структурата на атома на преходни елементи. Нека да разгледаме този въпрос по-подробно.

Поставете вътрешните преходни елементи в периодичната система D. I. Mendeleeva

В трета група на шестия - по-дълъг период - за семейство метал е лантан, церий и подредена, за да лутетий включително. В лантан атом 4е-подслой празни и попълнени лутетий 14 електрони. В елементи, разположени между тях, има постепенно запълване на F-орбити. В семейството на актиниди - от торий да лоуренсий - Същият принцип се наблюдава натрупване на отрицателно заредени частици с единствената разлика, че се случва в пълнене електрони 5f-подслой. Структурата на нивото на външна енергия, а броят на отрицателните частици него (равна на два) във всички от горните метали същите. Този факт дава отговор на въпроса за това, защо лантанидите и актинидите, наречени вътрешни преходни елементи, имат много общи черти.

Някои източници на химическата литература на двете семейства са комбинирани в втората страна на подгрупата. Те съдържат два метал от всеки член на семейството. В краткосрочен формата на периодичната система на химичните елементи DI Менделеев представители на тези семейства са изолирани от самата маса и разположени отделни редове. Следователно, позицията на актиниди и лантаниди в периодичната система съответства на общия план на структурата на атома и електрони в вътрешните периодичност пълнене нива и наличието на същия окислението причинени агрегиране вътрешни преходни метали в общата група. В тези химични елементи имат характеристики и свойства еквивалент лантан или актиния. Ето защо лантанидите и актинидите отстранени от таблицата на химичните елементи.

Тъй като електронен конфигурацията на F-подслой влияе на свойствата на метали

Както казахме и преди, позицията на лантаниди и актинидите в периодичната система, пряко определя техните физични и химични характеристики. Например, цериеви йони, гадолиний и други елементи на семейството на лантанид имат високи магнитен момент поради структурните характеристики на F-подслой. Възможно е да се използват метали като добавки за производство на полупроводници с магнитни свойства. Сулфидите семейство елементи актиния (например, сулфид протактиний, торий) в техните молекули имат смесен тип на химичното свързване: йонни ковалентна или ковалентна-метален. Тази структурна особеност е довело до появата на нови физични и химични свойства и да служи като отговор на въпроса защо лантанидите и актинидите имат флуоресцентни свойства. Например, една извадка от актиниевото сребро свети в тъмното синкаво сияние. Това се дължи на действието на електрически ток метални йони, фотоните на светлината, която се появява под влияние на възбуждане на атомите и електроните в него "скок" по-високо ниво на енергия и след това се връщат в орбита. Именно поради тази причина, че лантанидите и актинидите са фосфор.

Последиците от намаляване на йонната радиусите на атомите

В лантан и актиния, като елементи от техните семейства, монотонна спад в показателите размер радиуси на метални йони. В химията, в такива случаи да се говори за латаниден и актинидите компресия. Химията зададете следния модел: с увеличаване на такса на ядрото на атома, когато елементите принадлежат към един и същи период и тяхното намаляване радиуси. Това може да се обясни както следва: за метали като церий, празеодим, неодим, броят на енергийните нива на атома и винаги равен на шест. Въпреки ядра такси съответно нарастват по един и представляват 58, 59, 60. Това означава, че се увеличава силата на привличане на вътрешната обвивка на електроните към положително заредения ядрото. В резултат на това е налице намаление на радиусите на атомите. метални йонни съединения с увеличаване на атомния номер на йонни радиуси са намалени. Подобни промени се наблюдават в семейството на елементи актиниевото. Ето защо лантанидите и актинидите се наричат близнаци. Намаляване йон радиуси води главно до отслабване на основните свойства на хидроксиди на Се (ОН) _3, Pr (ОН) _3, и на базата на лутетиев вече показва амфотерни свойства.

Неочаквани резултати води пълнене 4f-подниво несдвоени електрони в орбитали на половината от европий атом. Той атом радиус не се намалява, а по-скоро увеличава. В него след място в сериите на лантаниди гадолиний 5d-подниво, има един електрон 4е-подниво подобна на ЕС. Такава структура води до рязко намаляване на радиуса на гадолиний атома. Подобно явление се наблюдава в чифт итербий - лутеций. Първият елемент на радиуса атом на голям поради завърши пълнене 4f-подслой, докато лутетиев това рязко намалява на 5г-подниво електрон наблюдава вид. В актиния и други радиоактивни елементи в това семейство радиуси на атоми и йони не променя монотонно, но както и тази на лантанидите, в скокообразно. По този начин, лантаниди и актиниди елементи, в които свойствата на техните съединения correlatively зависи от йонен радиус и структурата на електронен слой на атомите.

валентни състояния

Лантанидите и актинидите са елементи, чиито характеристики са доста сходни. По-специално, то се отнася техните окисление в йони валентност и атоми. Например, торий, протактиний, проявяващо валентност от три, в съединенията с Th (ОН) _3, Pacl _3, THF _3, Pa ₂ (CO _{3) 3.} Всички тези вещества са неразтворими и имат същите химични свойства като металите от лантан семейство: .., церий, празеодим, неодим и т.н. в Лантанидите на тези съединения също ще бъде тривалентен. Тези примери доказват правилността на нашето твърдение, че лантанидите и актинидите - близнаци. Те имат сходни физични и химични свойства. Това се обяснява главно структурата на електрони орбитали в атоми на двете семейства на вътрешните елементи преход.

свойства на метала

Всички представители на двете групи са металите, които са завършили 4f-, 5f-, както и D-поднива. Лантаниев и елементи на редки земни наречени семейството си. Техните физични и химични характеристики са толкова сходни, че отделно при лабораторни условия, те са разделени с голяма трудност. Показване често от окислителната състояние 3, лантан серия елементи имат много сходства с алкалоземни метали (барий, калций, стронций). Актиниди са изключително активни метали в допълнение също радиоактивни.

Структурните характеристики на лантаниди и актиниди и сензорни свойства, като например фино раздробени пирофорни. Налице е също така намаляване на размера на метал лице центрирани кристални решетки. Добави, че всички химични елементи и на двете семейства - метал със сребрист блясък, поради високата реактивност на бързо потъмняване на въздуха. Те са обхванати от съответната оксид филм предпазва от по-нататъшно окисление. Всички елементи са достатъчно огнеупорни освен нептуний и плутоний, температурата на топене е значително под 1000 ° С

Характерни химични реакции

Както е отбелязано по-рано, лантанидите и актинидите са химически активни метали. По този начин, лантан, церий и други членове на семейството лесно могат да бъдат свързани с прости вещества - халогени, както и фосфор, въглерод. Лантанидите може да взаимодейства както с въглероден окис и въглероден двуокис. Те също така са способни да се разлага на вода. Освен прости соли, като например SeCl ₃ или PRF _3, те образуват двойни соли. В аналитичната химия, заемат важно място реакцията с лантанид метал-глицин и лимонена киселини. Получените комплексни съединения такива процеси се прилагат за разделяне на смес от лантаниди, като руди.

Чрез взаимодействие с нитрат, хлорид и сулфат киселини, метали образуват съответните соли. Те са лесно разтворими във вода и е лесно може да образува кристални хидрати. Трябва да се отбележи, че водните разтвори на лантанидни соли са оцветени, което се обяснява с наличието в съответните йони. сол решения самарий или жълта зелена неодим - червено-лилаво, европий и прометий - розово. Тъй като йони в окислено състояние +3 са цветни, той се използва в аналитичната химия за откриване на метални йони, лантаниди (така наречената реакция с високо качество). За същата цел да използва методи за химичен анализ, като например фракционна кристализация и йонообменна хроматография.

В две от актиниди група от елементи могат да бъдат разграничени. Това е Бъркли, ферма, менделевий, Нобелий, лоуренсий и уран, нептуний, плутоний, omeretsy. Химични свойства са подобни на първите един и лантан метали от семейството си. Елементи от втората група имат много сходни химични свойства (по същество идентични един с друг). Всички актиниди бързо взаимодействат с неметали: сяра, азот, въглерод. С кислород legandami те образуват комплексни съединения. Както се вижда, и двете семейства на метали подобни един на друг в химично поведение. Ето защо лантанидите и актинидите метали често се наричат близнак.

Положението водород периодичната система, лантанидите, на актиниди

Необходимо е да се вземе предвид факта, че е достатъчно водород се вещество. Това се проявява в зависимост от условията на химически реакции: като редуциращ агент и окислител. Ето защо в периодичната система, водород е едновременно в големи подгрупи на две групи.

Първият водород действа като редуциращ агент, както и алкални метали, разположен тук. Водород в мястото на седмата група заедно с елементи халогена показва нейната устойчивост. По време на шестия период е, както вече споменахме, семейството на лантаниди, предоставени на отделен ред за удобство и компактност на масата. Седмата период съдържа група на радиоактивни елементи с характеристики, подобни на актин. Актинидите са разположени извън таблицата на химичните елементи DI Менделеев под близко семейство лантан. Тези елементи на най-малко проучен, тъй като ядрото на техните атоми са много нестабилни поради радиоактивността. Припомнете си, че лантанидите и актинидите са вътрешни елементи преход и техните физикохимични характеристики са много сходни.

Общи методи за производство на металната индустрия

Освен торий, протактиний и уран, който се получава чрез директно от руди, други актиниди могат да бъдат получени чрез облъчване проби от уран метални потоци бързо движещи неутрони. В нептуний промишлен мащаб и плутоний се извлича от отработеното гориво от ядрените реактори. Имайте предвид, че получаването на актиниди - е доста сложен и скъп процес, основните методи, които са йонообменна и многостепенен екстракция. Лантанидите, които се наричат редкоземни елементи, получени чрез електролиза на хлориди или флуориди. За да се получи ултрачиста лантаниди, използван metallothermal метод.

Къде се кандидатства вътрешни елементи преход

Спектърът на използване на метали, които изучаваме е доста широка. За семейството на актиния - е, преди всичко, ядрени оръжия и енергия. Актинидите са важни в областта на медицината, дефектоскопия, анализ на активиране. Невъзможно е да се игнорира използването на лантаниди и актинии, като улавяне на неутрони в ядрените реактори източници. Лантанидите използвани също като легиращи добавки на желязо и стомана, както и в производството на фосфор.

Разпространение в природата

Оксиди на актинидите и лантаниди често се наричат цирконий, торий, итрий пръст. Те са основен източник за получаване на съответните метали. Уран, като основният представител на актиниди е във външния слой на земната кора под формата на четири вида руди или минерали. На първо място, това е пехбленда, което е уран диоксид. Това е най-високото съдържание на метал. Често се придружава от радий депозити уран диоксид (вени). Те се намират в Канада, Франция, Zaire. Комплекси торий и уранови руди често съдържат други руди на ценни метали като злато или сребро.

Инвентаризация на такива суровини богати на Русия, Южна Африка, Канада и Австралия. Някои седиментни скали съдържат минерални carnotite. Неговата структура, в допълнение към уран, ванадий и влиза друг. Четвъртият вид суров уран - фосфатна руда и zhelezouranovye плочи. Техните резерви са в Мароко, Швеция и Съединените щати. В момента се счита обещаващ като депозити на кафяви и лигнитни въглища, съдържащи уран, примеси. Те се произвеждат в Испания, Чехия, както и два американски щата - Северна и Южна Дакота.