Lantaniede en aktiniede: die posisie in die periodieke stelsel

Elkeen van die chemiese elemente wat in die Aarde doppe: die atmosfeer en hidrosfeer litosfeer - kan dien as 'n helder voorbeeld bevestig fundamentele atoom en molekulêre leringe periodieke wet. Hulle is geformuleer deur die ligte van Natural History - Russiese wetenskaplikes M. V. Lomonosovym en D. I. Mendeleevym. Lantaniede en Aktiniede - twee families, wat 14 chemiese elemente, sowel as metale self bestaan - lantaan en aktinium. Hul eiendomme - beide fisiese en chemiese - deur ons aangespreek moet word in hierdie werk. Daarbenewens bepaal ons die posisie in die periodieke stelsel van waterstof, lantaniede, aktiniede hang af van die struktuur van elektron orbitale van atome.

Geskiedenis van die ontdekking

In die laat 18de eeu was Yu gadolinium verkry deur die eerste saamgestelde uit die groep van seldsame aard metaal - oksied van yttrium. Tot in die vroeë 20ste eeu, te danke aan navorsing deur G. Moseley in chemie bewus geword het van die bestaan van 'n groep van metale. Hulle is geleë in die periodieke tabel tussen lantaan en hafnium. Nog 'n chemiese element - aktinium, lantaan soos, vorm 'n gesin van 14 radioaktiewe chemiese elemente, hierdie aktiniede. Hul ontdekking in wetenskap gebeur het sedert 1879 tot die middel van die 20ste eeu. Lantaniede en aktiniede het 'n baie ooreenkomste in fisiese en chemiese eienskappe. Dit kan verduidelik word rangskikking van elektrone in die atome van hierdie metale, wat in energievlakke, naamlik lanthanide is die vierde vlak van f-sublaag, en vir aktiniede - die vyfde vlak van f-sublaag. Volgende, ons kyk na die elektron skulpe van atome van die bogenoemde metale in meer detail.

Die struktuur van die innerlike oorgang elemente in die lig van die atoom-molekulêre teorie

Briljante ontdekking van die struktuur van chemikalieë M. V. Lomonosova was die basis vir verdere studie van die elektron skulpe van atome. Rutherford model van elementêre deeltjies struktuur van 'n chemiese element, die Max Planck navorsing, F. Hund toegelaat aptekers om die korrekte verduideliking van die bestaande wette van die periodieke variasie van fisiese en chemiese eienskappe, wat gekenmerk word deur die lantaniede en aktiniede vind. Jy kan nie ignoreer die belangrike rol van die periodieke wet D. I. Mendeleeva in die studie van die struktuur van atome van oorgangselemente. Laat ons hierdie kwessie te ondersoek in meer detail.

Plaas innerlike oorgang elemente in die periodieke stelsel D. I. Mendeleeva

In die derde groep van die sesde - 'n langer tydperk - vir familie metaal is lantaan, serium en gereël om lutetium ingesluit. Op lantaan atoom 4f-sublaag leë en heeltemal gevul in lutetium 14 elektrone. Op elemente therebetween weggedoen is daar 'n geleidelike vulling van f-orbitale. In die gesin van aktiniede - van torium om lawrensium - Dieselfde beginsel is waargeneem opeenhoping van negatief gelaaide deeltjies met die enigste verskil wat plaasvind in die vul van elektrone 5f-sublaag. Die struktuur van die eksterne energie vlak en die aantal negatiewe deeltjies daarop (gelykstaande aan twee) in al die bogenoemde metale dieselfde. Hierdie feit beantwoord die vraag oor waarom die lantaniede en aktiniede, bekend as die innerlike oorgangselemente, het baie ooreenkomste.

Sommige bronne van chemiese literatuur van beide families gekombineer in die ander sykant van die subgroep. Hulle bevat twee metaal uit elke gesin. In die kort vorm van die periodieke stelsel van chemiese elemente DI Mendeleev verteenwoordigers van hierdie families is geïsoleer van die tafel self en gereël aparte rye. Daarom is die posisie van die lantaniede en aktiniede in die periodieke tabel kom ooreen met die algemene plan van die struktuur van atome en periodisiteit van die vulling van elektrone innerlike vlakke, en die teenwoordigheid van dieselfde oksidasie veroorsaak dat die eenwording van interne oorgangsmetale in die algemeen groepe. In hierdie chemiese elemente kenmerke en eienskappe soortgelyk lantaan of aktinium. Dis hoekom die lantaniede en aktiniede van die tafel van chemiese elemente verwyder word.

As die elektroniese opset van f-sublaag beïnvloed die eienskappe van metale

Soos ons vantevore gesê het, die posisie van lantaniede en aktiniede in die periodieke stelsel direk bepaal hul fisiese en chemiese eienskappe. Byvoorbeeld, serium ione, gadolinium, en ander elemente van die lanthanide familie het 'n hoë magnetiese oomblikke te danke aan die strukturele kenmerke van f-sublaag. Dit is moontlik om metale soos dopants gebruik vir die vervaardiging van halfgeleiers met magnetiese eienskappe. Sulfiede familie elemente aktinium (bv sulfied protaktinium, torium) in hul molekules het 'n gemengde tipe chemiese binding: ioniese-kovalente of kovalente-metaal. Hierdie strukturele kenmerk het gelei tot die opkoms van die nuwe fisiese en chemiese eienskappe en dien as 'n antwoord op die vraag waarom die lantaniede en aktiniede het fluorescent eienskappe. Byvoorbeeld, 'n monster van aktinium silwer gloei in die donker blou gloed. Dit is te danke aan die optrede van die elektriese stroom metaalione, fotone van lig, wat plaasvind onder die invloed van die opwekking van die atome en elektrone daarin "spring" na 'n hoër energie vlak en dan terug te keer na hul stilstaande wentelbaan. Dit is om hierdie rede dat die lantaniede en aktiniede is fosfors.

Die gevolge van die vermindering van die ioniese radiusse van die atome

Op lantaan en aktinium, soos elemente van hul families, 'n monotoon afname in grootte aanwysers radiusse van metaalione. In chemie, in sulke gevalle te praat van die lanthanide en aktinied kompressie. Die chemie stel volgende patroon: met 'n toenemende lading van die kern van atome, wanneer die elemente behoort aan een en dieselfde tydperk en hul radiusse afname. Dit kan soos volg verduidelik word: vir metale soos serium, praseodymium, neodymium, die aantal energievlakke van atome en altyd gelyk aan ses. Maar kerne aanklagte onderskeidelik geïnkrementeer deur een en vorm 58, 59, 60. Dit beteken dat verhoog die aantrekkingskrag van die innerlike skulpe van elektrone na die positief gelaaide kern. As 'n gevolg is daar 'n vermindering van die radiusse van die atome. Die ioniese metaal verbindings met 'n toenemende atoomgetal van die ioniese radiusse word ook verminder. Soortgelyke veranderinge is waargeneem in die elemente aktinium familie. Dis hoekom die lantaniede en aktiniede tweeling genoem word. Vermindering van ioon radiusse lei in die eerste plek om 'n verswakking van die basiese eienskappe van hidroksiede van Ce (OH) _3, Pr (OH) _{3 en} die basis van lutetium vertoon reeds amfoteriese eienskappe.

Onverwagte resultate lei te vul 4f-Persvrystellings ongepaarde elektrone in orbitale om die helfte van die europium atoom. Hy atoom radius is nie verminder nie, maar eerder toegeneem. In volgende dit in die reeks van lantaniede gadolinium 5d-Persvrystellings, daar is een elektron 4f-Persvrystellings soortgelyk aan EU. So 'n struktuur veroorsaak 'n skielike afname in die radius van gadolinium atome. 'N Soortgelyke verskynsel waargeneem word in 'n paar van ytterbium - lutetium. Die eerste element van die radius atoom van 'n groot as gevolg van te voltooi te vul 4f-sublaag, terwyl lutetium dit skielik daal as op 5d-Persvrystellings elektron waargeneem voorkoms. In aktinium en ander radioaktiewe elemente in hierdie familie radiusse van atome en ione nie Monotoon verander, maar sowel as dié van die lantaniede, met rasse skrede. So, die lantaniede en aktiniede is elemente in wat die eienskappe van hul verbindings correlatively hang af van die ioniese radius en struktuur van die elektron skulpe van die atome.

valensie state

Lantaniede en Aktiniede is elemente waarvan die eienskappe is baie soortgelyk. In die besonder, dit gaan oor hul oksidasietoestande in die valensie ione en atome. Byvoorbeeld, torium en protaktinium, uitstal 'n valensie van drie, in die verbindings van Th (OH) _3, PacL _3, THF _3, van Pa ₂ (CO _{3) 3.} Al hierdie stowwe is onoplosbaar en het dieselfde chemiese eienskappe as die metaal van lantaan familie: .., serium, praseodymium, neodymium, en dies meer in Lanthaniden van hierdie verbindings sal ook trivalente wees. Hierdie voorbeelde bewys van die korrektheid van ons bewering dat die lantaniede en aktiniede - tweeling. Hulle het soortgelyke fisiese en chemiese eienskappe. Dit kan hoofsaaklik verduidelik die struktuur van elektron orbitale in atome van beide geslagte van interne oorgangselemente.

metaal eienskappe

Al die verteenwoordigers van die twee groepe is metale wat voltooi 4f-, 5f-, sowel as d-subvlakke. Lantaan en elemente van seldsame aarde het sy familie. Hul fisiese en chemiese eienskappe is so soortgelyk wat afsonderlik onder laboratorium toestande, is hulle met groot moeite geskei. Resultate dikwels die oksidasietoestand 3, lantaan reeks elemente het baie ooreenkomste met alkaliese aarde metale (barium, kalsium, stronsium). Aktiniede is ook baie aktief metale bykomend ook radioaktiewe.

Strukturele kenmerke van die lantaniede en aktiniede en touch eienskappe soos byvoorbeeld fyn verdeelde pyrophoric. Daar is ook 'n afname in die grootte van metaal gesig-gesentreerde kristallyne roosters. Voeg dat al die chemiese elemente van beide families - 'n metaal met 'n silwer skynsel, as gevolg van die hoë reaktiwiteit van die vinnig donker lug. Hulle word gedek deur onderskeie oksied film beskerm teen verdere oksidasie. Alle elemente is voldoende vuurvaste behalwe neptunium en plutonium, die smelt temperatuur is aansienlik laer as 1000 ° C.

Kenmerkende chemiese reaksies

Soos aangedui vroeër, die lantaniede en aktiniede is chemies aktiewe metale. So, lantaan, serium en ander lede van die familie kan maklik verbind met 'n eenvoudige stowwe - halogene, sowel as fosfor, koolstof. Lantaniede kan ook in wisselwerking met beide koolstofmonoksied en koolstofdioksied. Hulle is ook in staat om water te ontbind. Behalwe eenvoudige soute, soos bv SeCl ₃ of PNS _3, vorm hulle dubbel soute. In analitiese chemie, beset 'n belangrike plek die reaksie met die lanthanide metaal-glisien en citroenzuur sure. Die gevolglike komplekse verbindings soos prosesse toegepas vir die skeiding van 'n mengsel van lantaniede, soos erts.

Deur reaksie met 'n nitraat, chloried en sulfate sure, metale vorm die ooreenstemmende soute. Hulle is geredelik oplosbaar in water en is maklik in staat vorming kristallyne koolhidrate. Dit sal opgemerk word dat die waterige oplossings van lanthanide soute is bruin, wat verklaar word deur die teenwoordigheid in hul onderskeie ione. sout oplossings samarium of praseodymium groen neodymium - rooi-pers, europium en promethium - pienk. Sedert die ione in oksidasietoestand 3 is bruin, word dit gebruik in analitiese chemie vir die opsporing van metaalione, lantaniede (sogenaamde hoë-gehalte reaksie). Vir dieselfde doel ook gebruik metodes van chemiese analise soos fraksionele kristallisasie en ioonuitruilingchromatografie.

In twee van die aktiniede groep elemente onderskei kan word. Dit is Berkeley, plaas, mendelevium, nobelium, lawrensium en uraan, neptunium, plutonium, omeretsy. Chemiese eienskappe is soortgelyk aan die eerste een en lantaan metale uit sy familie. Elemente van die tweede groep het 'n baie soortgelyke chemiese eienskappe (aansienlik identies aan mekaar). Alle aktiniede vinnig interaksie met nie-metale: swael, stikstof, koolstof. Met suurstof legandami vorm hulle komplekse verbindings. Soos gesien kan word, beide families van metale soortgelyk aan mekaar in chemiese gedrag. Dis hoekom die lantaniede en aktiniede metale dikwels genoem tweeling.

Situasie waterstof periodieke stelsel, die lantaniede, die aktiniede

Dit is nodig om in ag te neem van die feit dat waterstof is voldoende reaktiewe stof. Dit manifesteer, na gelang van die chemiese reaksie voorwaardes: as 'n reduseermiddel en oksideermiddel. Dit is waarom in die periodieke stelsel, waterstof is gelyktydig in groot subgroepe van twee groepe.

Die eerste waterstof tree op as 'n reduseermiddel, asook alkalimetale, hier geleë. Waterstof in die plek van die 7de groep saam met elemente halogene dui sy veerkragtigheid. In die sesde tydperk is dit, soos voorheen genoem, die familie van lantaniede, gelewer in 'n aparte ry vir gerief en kompaktheid van die tafel. Sewende periode bevat 'n groep van radioaktiewe elemente met eienskappe soortgelyk aan aktien. Aktiniede is geleë buite die tafel van chemiese elemente DI Mendeleev onder naby lantaan familie. Hierdie elemente van die minste bestudeer, aangesien die kern van hul atome is baie onstabiel as gevolg van die radioaktiwiteit. Onthou dat die lantaniede en aktiniede is interne oorgangselemente, en hul fisies-chemiese eienskappe is baie soortgelyk.

Algemene metodes vir die vervaardiging van metaal-industrie

Behalwe torium, protaktinium en uraan, wat geproduseer word deur direk van erts, kan ander aktiniede word voorberei deur die bestraling monsters van uraan metaal vloei vinnig bewegende neutrone. In industriële skaal neptunium en plutonium is 'n uittreksel uit gebruikte brandstof uit kernreaktore. Let daarop dat die verkryging van aktiniede - is redelik kompleks en duur proses, die belangrikste metodes wat ioonuitruiling en trap onttrekking is. Lantaniede wat seldsame aardelemente is geroep, wat verkry word deur die elektrolise van chloriede of fluoriede. Om suiwer lantaniede verkry, gebruik metallothermal metode.

Waar om interne oorgangselemente kan toepas

Die spektrum van gebruik van metale wat ons bestudeer is nogal breed. Vir 'n gesin van aktinium - is, bo alles, kernwapens en energie. Aktiniede is belangrik in medisyne, fout opsporing, aktivering analise. Dit is onmoontlik om die gebruik van lantaniede en aktiniede, as neutronvangs in kernreaktore bronne ignoreer. Lantaniede ook gebruik as legeringselement toevoegings tot yster en staal, sowel as in die produksie van fosfors.

Verspreiding in die natuur

Oksiede van aktiniede en lantaniede word dikwels genoem sirkonium, torium, yttrium aardes. Hulle is 'n groot bron vir die voorbereiding van die ooreenstemmende metale. Uranus, as die belangrikste verteenwoordiger van die aktiniede is in die buitenste laag van die litosfeer in die vorm van vier soorte erts of minerale. In die eerste plek, dit is pikblende, wat is uraandioksied. Dit is die hoë inhoud van metaal. Dikwels gepaard met radium uraandioksied deposito (are). Hulle word gevind in Kanada, Frankryk, Zaïre. Komplekse torium en uraan erts bevat dikwels ander ertse van waardevolle metale, soos goud of silwer.

Inventaris van sodanige grondstowwe ryk in Rusland, Suid-Afrika, Kanada en Australië. Sommige sedimentêre gesteentes bevat die minerale carnotiet. Sy struktuur, bykomend tot uraan, vanadium en betree 'n ander. Die vierde tipe rou uraan - 'n fosfaat erts en zhelezouranovye leie. Hul reserwes is in Marokko, Swede en die Verenigde State van Amerika. Die oomblik oorweeg belowend as deposito's van uraan onsuiwerhede steenkool en bruinkool met. Hulle word in Spanje, die Tsjeggiese Republiek, sowel as twee state van die VSA - Noord en Suid-Dakota.