Lantanidi u aktinidi: il-pożizzjoni fis-sistema perjodika

Kull wieħed mill-elementi kimiċi murija fil-qxur Dinja: l-atmosfera u litosfera idrosfera - jista 'jservi bħala eżempju qawwi jikkonferma taghlim atomika u molekulari fundamentali liġi perjodiċi. Huma kienu fformulati mill-luminaries ta Istorja Naturali - xjenzjati Russi M. V. Lomonosovym u D. I. Mendeleevym. Lantanidi u aktinidi - żewġ familji, li jinkludu 14-elementi kimiċi, kif ukoll metalli infushom - lantanum u actinium. proprjetajiet tagħhom - kemm fiżiċi u kimiċi - li jiġu indirizzati mill us f'din il-ħidma. Barra minn hekk, aħna jiddeterminaw il-pożizzjoni fis -sistema perjodika ta 'l-idroġenu, lantanidi, aktinidi jiddependi fuq l-istruttura ta' orbitals elettron tal atomi.

Storja ta 'skoperta

Fis-seklu 18 tard Yu gadolinju kienu miksuba mill-ewwel kompost mill-grupp ta 'metall art rari - ossidu ta' ittriju. Sas-seklu 20 kmieni, grazzi għar-riċerka minn G. Moseley fil-kimika saret taf bl-eżistenza ta 'grupp ta' metalli. Huma kienu jinsabu fit-tabella perjodika bejn lantanum u ħafnju. Element ieħor kimiku - actinium, lantanum simili, tifforma familja ta '14 radjuattivi elementi kimiċi, dawn actinides. iskoperta tagħhom fix-xjenza ġara peress 1879 sa l-nofs is-seklu 20. Lantanidi u aktinidi għandhom ħafna similaritajiet fil-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi. Dan jista 'jiġi spjegat arranġament ta' elettroni fil-atomi ta 'dawn il-metalli, li huma livelli ta' enerġija, jiğifieri lanthanide huwa l-raba 'livell ta' f-sublayer, u għal aktinidi - il-ħames livell ta 'f-sublayer. Sussegwentement, aħna nikkunsidraw l-qxur elettron tal atomi tal-metalli msemmija hawn fuq f'aktar dettall.

L-istruttura ta 'l-elementi ta' transizzjoni ta 'ġewwa fid-dawl tat-teorija atomika molekulari

iskoperta brillanti ta 'l-istruttura ta' kimiċi M. V. Lomonosova kienet il-bażi għal aktar studju tal-qxur elettron tal atomi. mudell Rutherford ta 'struttura partiċelli elementari ta' element kimiku, ir-riċerka Max Planck, F. Hund permessi kimiċi biex isibu l-ispjegazzjoni korretta tal-liġijiet eżistenti tal-varjazzjoni perjodika ta 'proprjetajiet fiżiċi u kimiċi, li huma kkaratterizzati mill-lantanidi u actinides. Inti ma tistax tinjora r-rwol vitali tal-liġi perjodika D. I. Mendeleeva fl-istudju tal-istruttura tal-atomi ta 'elementi ta' transizzjoni. Let us teżamina din il-kwistjoni f'aktar dettall.

Poġġi elementi ta 'transizzjoni ta' ġewwa fis-sistema perjodika D. I. Mendeleeva

Fit-tielet grupp tas-sitt - perjodu itwal - għall-metall familja hija lantanum, ċerju u rranġati hekk li lutetium inklużivi. Fil lantanum atomu 4f-sublayer vojta u kompletament mimlija elettroni-14 lutetium. Fil elementi mormi therebetween, hemm mili gradwali ta f 'orbitals. Fil-familja ta 'aktinidi - minn torju għall lawrencium - L-istess prinċipju huwa osservat akkumulazzjoni ta' partiċelli ċċarġjati negattiv bl-unika differenza li jseħħ fil-elettroni mili 5f-sublayer. L-istruttura tal-livell ta 'enerġija esterna u n-numru ta' partiċelli negattiv fuqhom (ugwali għal tnejn) fil kollha ta 'l-metalli ta' hawn fuq istess. Dan il-fatt twieġeb il-mistoqsija dwar għaliex il-lantanidi u aktinidi, imsejħa l-elementi ta 'transizzjoni ta' ġewwa, għandhom ħafna similaritajiet.

Xi sorsi ta 'letteratura kimika taż-żewġ familji huma kkombinati fit-tieni ġenb tal-sottogrupp. Huma fihom tnejn metall minn kull familja. Fil-forma qasira tas-sistema perjodika ta 'elementi kimiċi rappreżentanti DI Mendeleev ta' dawn il-familji huma iżolati mit-tabella nnifisha u rranġati f'ringieli separati. Għalhekk, il-pożizzjoni tal-aktinidi u lantanidi fis-sistema perjodika tikkorrispondi għall-pjan ġenerali tal-istruttura tal-atomi u elettroni fil-livelli mili perjodiċità ġewwa u l-preżenza ta 'l-istess ossidazzjoni kkawżata aggregazzjoni metalli ta' transizzjoni interni fil-grupp inġenerali. F'dawn elementi kimiċi għandhom karatteristiċi u proprjetajiet lantanum ekwivalenti jew actinium. C'est pourquoi il-lantanidi u aktinidi mneħħija mit-tabella ta 'elementi kimiċi.

Peress li l-konfigurazzjoni elettronika ta 'f-sublayer tinfluwenza l-proprjetajiet ta' metalli

Kif għandna qal qabel, il-pożizzjoni tal-lantanidi u aktinidi fis-sistema perjodika tiddetermina direttament karatteristiċi fiżiċi u kimiċi tagħhom. Per eżempju, jonji ċerju, gadolinium, u elementi oħra tal-familja lanthanide jkollhom mumenti manjetiċi għolja minħabba l-karatteristiċi strutturali ta 'f-sublayer. Huwa possibbli li jintużaw metalli bħala dopants għall-produzzjoni semikondutturi bi proprjetajiet manjetiċi. Sulfidi elementi familja actinium (eż, protactinium sulfid, torju) fil molekuli tagħhom għandhom mħallta tip ta 'rbit kimika: joniku kovalenti jew kovalenti metalliku. Din il-karatteristika strutturali wassal għall-ħolqien ta 'proprjetajiet fiżiċi u kimiċi ġodda u jservu bħala risposta għad-domanda ta' għala l lantanidi u aktinidi għandhom proprjetajiet fluworexxenti. Per eżempju, kampjun ta 'fidda actinium glows fid-tiddix blu skur. Dan huwa minħabba l-azzjoni tal-joni elettriku tal-metall kurrenti, photons ta 'dawl, li jseħħ taħt l-influwenza ta' l-eċċitazzjoni ta 'l-atomi u elettroni fihom "qabża" għal livell ogħla ta' enerġija u mbagħad jirritornaw għall orbita stazzjonarji tagħhom. Huwa għal din ir-raġuni li l-lantanidi u actinides huma fosfri.

Il-konsegwenzi ta 'tnaqqis ir-raġġi joniċi ta' l-atomi

Fil lantanum u actinium, bħal elementi minn familji tagħhom, tnaqqis monotonika fl-indikaturi daqs raġġi tal jonji tal-metall. Fil-kimika, f'każijiet bħal dawn li wieħed jitkellem dwar l-lanthanide u actinides kompressjoni. L-kimika tistabbilixxi mudell li ġej: ma 'ħlas dejjem akbar tal-nukleu ta' atomi, meta l-elementi jappartjenu għall-istess perjodu u tnaqqis raġġi tagħhom. Dan jista 'jiġi spjegat kif ġej: għall-metalli bħal ċerju, praseodimju, neodymium, in-numru ta' livelli ta 'enerġija ta' atomi u dejjem ugwali għal sitta. ħlasijiet Madankollu nuklei rispettivament inkrementat minn wieħed u jikkostitwixxu 58, 59, 60. Dan ifisser li żżid l-forza ta 'ġibda tal-qxur ta' ġewwa tal-elettroni lejn l-nukleu b'positive charge. Bħala konsegwenza hemm tnaqqis tar-raġġi tal-atomi. Il-komposti tal-metall joniċi bi jiżdied numru atomiku ta 'l-raġġi joniċi huma mnaqqsa wkoll. Tibdiliet simili kienu osservati fil-familja elementi actinium. C'est pourquoi il-lantanidi u aktinidi huma msejħa tewmin. It-tnaqqis raġġi ion twassal primarjament għal dgħjufija tal-proprjetajiet bażiċi ta 'idrossidi tas Ce (OH) _3, Pr (OH) _3, u l-bażi ta' lutetium diġà juri proprjetajiet amfoteriċi.

riżultati mhux mistennija twassal mili elettroni abbinata-4f sublevel fil orbitals għal nofs l-atomu ewropjum. Huwa Atom raġġ ma jitnaqqasx, iżda pjuttost żdied. Fil segwenti tagħha fis-serje ta 'gadolinium lantanidi 5d-sublevel, hemm waħda elettron 4f-sublevel simili għal Eu. Tali struttura jikkawża tnaqqis f'daqqa fil-raġġ ta 'atomi gadolinju. Fenomenu simili huwa osservat fil-par ta ytterbium - lutetium. L-ewwel element tal-raġġ atomu ta 'kbir minħabba jitlesta mili 4f-sublayer, filwaqt lutetium hija kienet f'daqqa waħda jonqos fuq elettron dehra osservat 5d sublevel. Fil actinium u elementi radjuattivi oħra f'dan raġġi familja ta 'atomi u joni ma jinbidlux monotonikament, iżda kif ukoll dik tal-lantanidi, fil leaps u limiti. Għalhekk, il-lantanidi u aktinidi huma elementi li fihom il-proprjetajiet ta 'komposti tagħhom b'rabta ma jiddependi fuq ir-raġġ joniku u l-istruttura tal-qxur elettron tal-atomi.

stati valenza

Lantanidi u aktinidi huma elementi li l-karatteristiċi huma pjuttost simili. B'mod partikolari, dan jikkonċerna istati ossidazzjoni tagħhom fil-jonji valenza u atomi. Per eżempju, torju, protactinium, li juru valenza ta 'tlieta, fil-komposti ta' Th (OH) _3, PaCl _3, THF _3, Pa ₂ (CO _{3) 3.} Kollha ta 'dawn is-sustanzi huma ma jinħallux u jkollhom l-istess proprjetajiet kimiċi bħala l-metalli minn familja lantanum: .., ċerju, praseodimju, neodymium, u oħrajn fil Lantanidi ta 'dawn il-komposti se jkun ukoll trivalenti. Dawn l-eżempji juru l-korrettezza ta 'affermazzjoni tagħna li l-lantanidi u aktinidi - tewmin. Huma għandhom proprjetajiet fiżiċi u kimiċi simili. Dan jista 'jiġi spjegat primarjament l-istruttura tal orbitals elettroni fil-atomi taż-żewġ familji ta' elementi ta 'transizzjoni interni.

proprjetajiet tal-metall

Il-rappreżentanti taż-żewġ gruppi huma metalli li jkunu qed jitlestew 4f-, 5f-, kif ukoll d-sublevels. Lantanum u elementi ta 'art rari msejħa familja tiegħu. Karatteristiċi fiżiċi u kimiċi tagħhom huma tant simili li separatament taħt kondizzjonijiet tal-laboratorju, huma separati b'diffikultà kbira. Showing ħafna drabi l-istat ta 'ossidazzjoni 3, elementi serje lantanum jkollhom ħafna tixbihat ma ' metalli alkalini earth (barju, kalċju, istrontium). Aktinidi huma wkoll metalli ferm attiv b'żieda wkoll radjuattiv.

karatteristiċi strutturali tal-lantanidi u actinides u l-proprjetajiet touch bħal, per eżempju, diviż b'mod fin piroforiċi. Hemm ukoll tnaqqis fid-daqs tal lattices kristallin metall wiċċ ċċentrata. Żid li l-elementi kimiċi taż-żewġ familji - metall bil ileqq fidda, minħabba l-reattività għoli ta 'l-arja tiskura malajr. Huma koperti minn film ossidu rispettiv ħarsien minn aktar ossidazzjoni. L-elementi kollha huma refrattorji biżżejjed ħlief nettunju, u plutonju, it-temperatura tad-dewbien huwa ferm taħt 1000 ° Ċ

reazzjonijiet kimiċi tipiċi

Kif innutat qabel, il-lantanidi u aktinidi huma kimikament metalli attivi. Għalhekk, lantanum, ċerju u membri oħra tal-familja jistgħu faċilment jiġu konnessi ma 'sustanzi sempliċi - aloġeni, kif ukoll fosfru, karbonju. Lantanidi tista 'wkoll jinteraġixxu ma' kemm monossidu tal-karbonju u tad-dijossidu tal-karbonju. Huma wkoll kapaċi li jiddekomponu ilma. Minbarra imluħa sempliċi, bħal pereżempju SeCl ₃ jew PRF _3, huma jiffurmaw melħ doppju. Fil-kimika analitika, jokkupaw post importanti r-reazzjoni bl-lanthanide metall gliċina u aċidi ċitriku. Il komposti kumplessi li jirriżultaw dawn il-proċessi huma applikati għas-separazzjoni ta 'taħlita ta' lantanidi, bħal minerali.

Permezz ta 'reazzjoni ma' nitrat, klorur u aċidi sulfate, metalli jifformaw imluħa korrispondenti. Dawn huma solubbli faċilment fl-ilma u huwa faċilment kapaċi tifforma idrati kristallin. Għandu jiġi nnutat li s-soluzzjonijiet milwiema ta 'mluħa lanthanide huma kkuluriti, li hija spjegata mill-preżenza joni rispettivi tagħhom. melħ soluzzjonijiet samarju jew praseodimju aħdar neodymium - aħmar fil-vjola, ewropjum u promethium - roża. Peress li l-jonji fl-istat ta 'ossidazzjoni 3 huma kkuluriti, huwa użat fil-kimika analitika għall-iskoperta ta' jonji tal-metall, lantanidi (hekk imsejħa reazzjoni ta 'kwalità għolja). Għall-istess għan jintuża wkoll metodi ta 'analiżi kimika bħal kristallizzazzjoni frazzjonali u kromatografija skambju ta' jonji.

Fi tnejn mill-grupp aktinidi ta 'elementi jistgħu jkunu distinti. Dan huwa Berkeley, razzett, mendelevium, nobelium, lawrencium u uranju, nettunju, plutonju, omeretsy. Karatteristiċi kimiċi huma simili għall-ewwel metalli wieħed u lantanum mill-familja tiegħu. Elementi tat-tieni grupp għandhom karatteristiċi kimiċi simili ħafna (sostanzjalment identiċi għal xulxin). aktinidi kollha malajr jinteraġixxu ma 'non-metalli: kubrit, nitroġenu, karbonju. Bil legandami ossiġnu jiffurmaw komposti kumplessi. Kif jidher, kemm għall-familji ta 'metalli simili għal xulxin fl-imġiba kimika. C'est pourquoi il-lantanidi u metalli aktinidi spiss imsejħa ġemellati.

idroġenu Sitwazzjoni sistema perjodika, il-lantanidi, il actinides

Huwa meħtieġ li jittieħed kont tal-fatt li l-idroġenu huwa biżżejjed sustanza reattiva. Hija timmanifesta ruħha, skond il-kondizzjonijiet tar-reazzjoni kimika: bħala aġent li jnaqqas aġent u ossidanti. Dan huwa għaliex fis-sistema perjodika, l-idroġenu huwa simultanjament sottogruppi ewlenin ta 'żewġ gruppi.

L-ewwel idroġenu taġixxi bħala aġent li jnaqqas, kif ukoll metalli alkali, jinsabu hawnhekk. Idroġenu fil-post tal-grupp 7 flimkien ma 'aloġeni elementi tindika r-reżistenza tagħha. Fis-sitt perjodu huwa, kif imsemmi qabel, il-familja ta 'lantanidi, mogħtija fir-ringiela separat għall-konvenjenza u kumpattezza tat-tabella. Seba perjodu fih grupp ta 'elementi radjuattivi b'karatteristiċi simili għal actin. Aktinidi jinsabu barra l-tabella ta 'elementi kimiċi DI Mendeleev taħt familja lantanum qrib. Dawn l-elementi ta 'l-inqas studjati, peress li l-nukleu ta' atomi tagħhom huma ferm instabbli minħabba l-radjuattività. Ifakkar li l-lantanidi u aktinidi huma elementi ta 'transizzjoni interni, u l-karatteristiċi fiżikokimiċi tagħhom huma simili ħafna.

metodi ġenerali għall-produzzjoni industrija tal-metall

Ħlief torju, protactinium u uranju, li huwa prodott mill dirett mill-minerali, aktinidi oħra jistgħu jiġu ppreparati mill irradjazzjoni kampjuni ta 'flussi tal-metall uranju mgħaġġlin newtroni. Fil nettunju skala industrijali u plutonju huwa estratt minn fjuwil użat minn reatturi nukleari. Innota li l-kisba aktinidi - huwa pjuttost kumplessa u għalja proċess, il-metodi ewlenin li huma ion exchange u estrazzjoni b'ħafna stadji. Lantanidi, li jissejħu elementi terrestri rari, miksuba minn elettrolisi tal-kloruri jew fluworidi. Biex tikseb lantanidi Ultrapure, użati metodu metallothermal.

Fejn japplikaw elementi tranżizzjoni interni

L-ispettru ta 'użu ta' metalli li aħna jistudjaw huwa pjuttost wiesa '. Għal familja ta 'actinium - huwa, fuq kollox, armi nukleari u l-enerġija. Aktinidi huma importanti fil-mediċina, skoperta difett, l-analiżi ta 'attivazzjoni. Huwa impossibbli li jinjora l-użu ta 'lantanidi u aktinidi, kif qbid newtroni f'sorsi reatturi nukleari. Lantanidi użat ukoll bħala addizzjonijiet liga li ħadid u azzar, kif ukoll fil-produzzjoni ta 'fosfri.

Distribuzzjoni natura

Ossidi tan-actinides u lantanidi huma spiss imsejħa żirkonju, torju, fuħħar ittirju. Dawn huma sors ewlieni għall-preparazzjoni tal-metalli korrispondenti. Uranus, bħala r-rappreżentant prinċipali tal-aktinidi huwa fil-saff ta 'barra tal-litosfera fil-forma ta' erba 'tipi ta' minerali jew minerali. L-ewwelnett, huwa pitchblende, li huwa dijossidu uranju. Hija l-kontenut għoli ta 'metall. Spiss akkumpanjati minn depożiti radjum dijossidu uranju (vini). Huma jinstabu fil-Kanada, Franza, Zaire. Kumplessi torju u uranju minerali spiss ikun fihom minerali oħra ta 'metalli prezzjużi, bħad-deheb jew fidda.

Inventarju ta 'materja prima sinjuri fir-Russja, l-Afrika t'Isfel, il-Kanada u l-Awstralja. Xi blat sedimentarju jkun fiha l-carnotite minerali. istruttura tagħha, minbarra l-uranju, vanadju u jidħol ieħor. Ir-raba 'tip ta' uranju prima - mineral fosfat u lavanji zhelezouranovye. ir-riżervi tagħhom huma fil-Marokk, l-Iżvezja u l-Istati Uniti. Il preżentament meqjusa bħala promettenti bħala depożiti ta 'impuritajiet tal-faħam u linjite fihom uranju. Dawn huma prodotti fi Spanja, ir-Repubblika Ċeka, kif ukoll żewġ stati Amerikani - Tramuntana u South Dakota.