Lanthanides lan actinides: posisi ing sistem mesti

Saben unsur kimia, sing dituduhake ing cangkang bumi: atmosfer, lithosphere lan hydrosphere - bisa dadi tuladha sing jelas, ngandharake dhasar pentinge ngajar molekuler atom lan hukum périodik. Wong-wong iki diformulasikan dening coryphaeans sains alam - ilmuwan Rusia MV Lomonosov lan DI Mendeleev. Lanthanides lan aktinida minangka rong kulawarga sing ngandung 14 unsur kimia, uga logam - lanthanum lan actinium. Properti - fisik lan kimia - bakal dianggep dening kita ing koran iki. Kajaba iku, kita bakal netepake carane posisi ing sistem periodik hidrogen, lanthanides, actinides gumantung marang struktur orbital elektron saka atom-atom kasebut.

Sajarah penemuan

Ing pungkasan abad kaping 18, Yu Gadolin entuk senyawa pisanan saka klompok logam-bumi langka, yttrium oxide. Sadurungé awal abad kaping-20, amarga riset saka G. Mosely ing babagan kimia, dadi kawruh babagan anané klompok logam. Padha dumunung ing sistem periodik antarane lanthanum lan hafnium. Unsur kimia liyane, actinium, kaya lanthanum, mbentuk kulawarga 14 unsur kimia radioaktif sing disebut actinides. Penemuan ing ilmu kasebut dumadi, wiwit 1879 tekan pertengahan abad kaping 20. Lanthanides lan aktinida nduweni akeh kamiripan ing loro sifat fisik lan kimia. Iki bisa diterangake kanthi susunan elektron ing atom-atom kasebut, sing ana ing tingkat energi, yaiku kanggo lanthanide iki tingkat kaping papat f-sublevel, lan kanggo actinides, tingkat kaping lima, subkelas f. Sabanjure, kita nganggep cangkang elektronik saka atom logam ing ndhuwur luwih rinci.

Struktur unsur transisi internal ing cahya doktrin molekul atom

Penemuan struktur kimia MV Lomonosov kuwi minangka basis kanggo panelitèn luwih jero saka cangkang elektron. Model Rutherford struktur partikel dhasar unsur kimia, penyelidikan M. Planck, F. Gund ngidini para kimiawan nemokake penjelasan sing bener kanggo pola sing ana owah-owahan owah-owahan ing sifat-sifat fisik lan kimia sing ngasilake lanthanides lan actinides. Siji ora bisa nglirwakake peranan penting saka hukum D. Mendeleyev nalika sinau struktur atom saka unsur transisi. Ayo kita nahan masalah iki kanthi luwih rinci.

Panggonan internal transisi unsur ing tabel periodik DI Mendeleyev

Ing klompok katelu ing urutan kaping enem - periode sing luwih suwe - konco lanthanum iku sawijining kulawarga logam sing dumunung saka cerium nganti lutetium. Ing atom lanthanum, sublevel 4f kosong, lan ing lutetium wis kebak diisi 14 elektron. Unsur-unsur sing ana ing antarané yaiku kanthi kapisah diisi kanthi orbital f. Ing famili actinides - saka thorium kanggo laurentium - prinsip sing padha karo akumulasi partikel sing diisi karo partikel sing diukur karo mung beda: pengisian elektron ana ing subflex 5f. Struktur tingkat energi eksternal lan jumlah partikel negatif ing sawijining (padha karo rong) kanggo kabeh logam ing ndhuwur padha. Kasunyatan iki nyebabake pitakonan babagan apa lanthanides lan actinides, sing disebut unsur transisi internal, nduweni akeh kamiripan.

Ing sawetara sumber literatur kimia, wakil saka loro kulawarga digabung menyang subkulawarga sekunder kapindho. Dheweke ngandhut loro logam saka saben kulawarga. Ing wangun cekak saka sistem périodik unsur-unsur kimia DI Mendeleev, wakil saka kulawarga kasebut dibedakake saka tabel kasebut dhewe lan dumunung ing baris sing béda. Mulane, posisi lanthanides lan actinides ing sistem periodik cocog karo rencana umum struktur atom lan périoditas ngisi tingkat internal kanthi elektron, lan anané tingkat oksidasi sing padha nyebabake kombinasi logam transisi internal ing kelompok umum. Ing kono, unsur kimia nduweni karakteristik lan sifat sing padha karo lanthanum utawa actinium. Mulane lanthanides lan actinides dibusak saka tabel unsur kimia.

Cara konfigurasi elektronik saka f-sublevel kena pengaruh sifat-sifat logam

Nalika kita ngomong sadurungé, posisi lanthanides lan actinides ing sistem periodik langsung nemtokake karakteristik fisik lan kimia. Mangkéné, ion cerium, gadolinium lan unsur-unsur lanthanida liya duwé momen magnetik dhuwur, sing arupa gumantung saka struktur subkelas f-. Iki ngidini panggunaan logam minangka campuran aditif kanggo produksi semikonduktor kanthi sifat magnetik. Sulfides saka unsur kulawarga actinium (contone, protaktinium sulfida, thorium) ing molekul-molekul duwe campuran campuran kimia: ion-covalent utawa covalent-metal. Fitur iki saka struktur kasebut nyebabake katon minangka properti fisiko-kimia anyar lan dadi respon kanggo pitakonan babagan apa lanthanides lan actinides nduweni sifat pendaur. Contone, aktinium saka werna silvery ing peteng glows sing cemlorot bluish. Iki diterangake dening aksi ing ion-ion logam arus listrik, foton cahya, ing ngisor iki pengaruh sing ana pangobongan atom, lan elektron ing dheweke "mlumpat" menyang tingkat energi sing luwih dhuwur lan banjur bali menyang orbit stasioner. Iku kanggo alasan iki sing lanthanides lan actinides kalebu phosphors.

Konsekuensi saka penurunan atom radiasi atom

Ing lanthanum lan actinium, kaya ing kasus unsur saka kulawargane, ana pangurang monoton ing nilai parameter radii ion logam. Ing kimia ing kasus kasebut, umume digunakake kanggo ngomongake kompresi lanthanoid lan actinide. Ing babagan kimia, reguleritas ing ngisor iki diadegaké: kanthi paningkatan inti nukleus atom, ing kasus nalika unsur kasebut padha ing periode sing padha, radii sing kurang. Iki bisa diterangake kanthi cara kaya mangkene: kanggo logam kayata cerium, praseodymium, neodymium, jumlah tingkat energi ing atom-atom kasebut tansah padha karo enem. Nanging, biaya nuklir sing kena ditrapake dening siji lan +58, +59, +60. Iki tegese kekuwatan tarik elektron saka inti jero menyang inti inti sing positif. Minangka konsekuensi, radii saka atom ngurangi. Ing senyawa logam ion, minangka nomer ordinal mundhak, radiasi ion uga mudhun. Owah-owahan sing padha diamati ing unsur saka kulawarga actinium. Mulane lanthanoids lan actinides disebut kembar. Pangurang radii ion utamane ndadékaké nyuda sifat-sifat dhasar saka hydroxides Ce (OH) ₃ , Pr (OH) ₃ , lan basa lutetium wis nuduhaké sifat amphoterik.

Kanggo asil sing ora dikarepke, pengisian subflex 4f karo elektron sing ora duwe pasangan ngasilake setengah orbital atom europium. Radius saka atom ora ngurangi, nanging, kanthi nalisir, mundhak. Sabanjure, ing seri gadolinium lanthanide, siji elektron saka sublevel 4f katon ing sublevel 5d, padha karo Eu. Struktur kasebut nyebabake pangurang spasmodik ing radius atom gadolinium. Fenomena sing padha diamati ing pasangan ytterbium - lutetium. Ing unsur sing kapisan, radius atom gedhe amarga ngisi penuh subfile 4f, nalika ing lutetium bakal ngurangi cara sing abrupt, amarga elektron bakal muncul ing sublevel 5d. Ing actinium lan unsur radioaktif liyane saka kulawarga iki, radii saka atom lan ion ora ngganti monotonis, nanging, kaya lanthanoid, padha ora dilanjut. Mangkono, lanthanides lan actinides minangka unsur ing ngendi sifat-sifat senyawa kasebut gumantung ing radius ion lan struktur cangkang elektron.

Valensi nyatakake

Lanthanides lan actinides minangka unsur sing karakteristiké padha. Khususipun, iki duweni derajat oksidasi ing ion lan valensi atom. Contone, thorium lan protactinium, ngetokake valensi telu, ing senyawa Th (OH) ₃ , PaCl ₃ , ThF ₃ , Pa ₂ (CO ₃ ) _3. Kabeh zat kasebut ora larut lan duwe sipat kimia sing padha karo logam Kulawarga Lanthanum: cerium, praseodymium, neodymium, lan liya-liyané. Lanthanida ing senyawa iki uga bakal trivalen. Conto-conto iki maneh mbuktekake kanggo kita bener saka statement sing lanthanides lan actinides sing kembar. Padha duwe sipat fisik lan kimia sing padha. Iki bisa diterangake, pisanan kabeh, kanthi struktur orbital elektron saka atom saka loro kulawarga unsur transisi internal.

Sifat logam

Kabeh wakil saka loro grup kasebut yaiku logam, ing ngendi 4f-, 5f-, lan uga d-sublevels ditambahake. Lanthanum lan unsur kulawarga kasebut disebut langka bumi. Karakteristik fisik lan kimia sing banget cedhak karo dhewe ing laboratorium kasebut dipisahake kanthi angel. Nggunakake negara oksidasi +3 asring, unsur-unsur saka seri lanthanum duweni ciri sing padha karo logam alkali bumi (barium, calcium, strontium). Actinides uga minangka logam sing paling aktif, uga radioaktif.

Ciri struktur lanthanides lan aktinida uga nimbulaké sifat kaya, umpamane, pyrophoricity ing negara sing disebarake kanthi apik. Ana uga ngurangi ukuran kristal kristal logam sing pas banget. Kita nambahake yen kabeh unsur kimia saka loro kulawargane iku logam karo manuver silvery, amarga reaktivitas sing dhuwur kanthi cepet peteng ing udhara. Bakal ditutupi film saka oksida sing cocog, sing nglindhungi oksidasi luwih lanjut. Kabeh unsur cukup kuwat, kajaba neptunium lan plutonium, titik lebur sing luwih murah tinimbang 1000 ° C.

Reaksi kimia khas

Kaya sing kacathet sadurungé, lanthanides lan aktinida minangka logam kimia sing aktif. Mangkono, lanthanum, cerium lan unsur-unsur sanès saka kulawarga gampang digabung karo zat sing prasaja - halogens, uga karo fosfor, karbon. Lanthanides uga bisa berinteraksi karo karbon monoksida lan karbon dioksida. Padha uga bisa ngowahi banyu. Saliyane uyah sing sederhana, umpamane kaya SeCl ₃ utawa PrF ₃ , mbentuk uyah ganda. Panggonan penting ing kimia analitis dikuwasani dening reaksi logam lanthanide kanthi asam aminoaksin lan sitrat. Senyawa komplek sing dibentuk minangka asil proses kasebut digunakake kanggo misahake campuran lanthanide, umpamane, ing ores.

Nalika berinteraksi karo asam nitrat, klorida, lan sulfat, logam mbentuk uyah sing cocog. Iki bisa larut sajrone banyu lan gampang bisa mbentuk hidrasi kristal. Sampeyan kudu dicathet menawa solusi banyu saka lanthanide garam diwarnai, sing dijelasake dening anané ion sing ana ing kana. Solusi saka uyah samarium utawa praseodymium ijo, neodymium-red-violet, promethium lan europium-pink. Amarga ion karo negara oksidasi +3 diwarnai, digunakna ing kimia analitik kanggo ngenali ion logam lanthanide (disebut reaksi kualitatif). Kanggo tujuan sing padha, metode analisis kimia kayata kromatografi pecahan lan kromatografi pertukaran ion uga digunakake.

Actinides bisa dipérang dadi loro klompok unsur. Iki minangka berkelium, fermium, mendelevium, nobelium, laurentium lan uranium, neptunium, plutonium, lan omeresis. Sifat-sifat kimia sing pisanan yaiku mirip karo lanthanum lan logam saka kulawarga. Unsur-unsur kelompok liya duwe karakteristik kimia sing meh padha (meh padha karo siji). Kabeh actinida kanthi cepet interaksi karo non logam: sulfur, nitrogen, karbon. Kanthi ligan sing mengandung oksigen, mbentuk senyawa komplek. Minangka kita sumurup, logam saka loro kulawarga sing cedhak karo siji liyane ing prilaku kimia. Mulane lanthanides lan actinides asring disebut logam kembar.

Posisi ing sistem hidrogen, lanthanides, aktinida

Perlu kanggo nyatakake yen hidrogen minangka zat sing cukup reaktif. Iku manifests dhewe gumantung ing kondisi reaksi kimia: loro agen ngurangi lan oksidator. Mulane ing sistem periodik hidrogen dumunung bebarengan ing subkelompok utama saka rong klompok bebarengan.

Ing wiwitan, hidrogen nduweni peran minangka agen ngurangi, kaya logam alkali sing ana ing kene. Panggonan hidrogen ing grup 7 bebarengan karo unsur halogens nuduhake kemampuan ngurangi. Ing periode kaping enem, kaya sing kasebut, kulawarga lanthanides dilebokake ing baris kapisah kanggo kenyamanan lan kekompakan tabel. Periode kapitu ngandhut klompok unsur radioaktif, sing padha karo karakteristik kanggo actinium. Actinides dumunung ing njaba meja unsur kimia DI Mendeleyev miturut sapérangan kulawarga lanthanum. Unsur iki sing paling ora ditliti, amarga inti atom kasebut ora stabil amarga radioaktivitas. Elinga yen lanthanides lan actinides kalebu unsur-unsur transisi internal, lan ciri-ciri fisiko- kimia sing cedhak banget.

Cara umum produksi logam ing industri

Kanthi kajaba thorium, protaktinium lan uranium, sing diekstrak langsung saka bijih, aktinida sing isih bisa diduweni dening nyirnakake conto logam uranium kanthi fluks neutron kanthi cepet. Ing skala industri, neptunium lan plutonium diekstrak saka bahan bakar sing dileksanakake saka reaktor nuklir. Kita nyathet yen produksi aktinida minangka proses sing rada rumit lan larang, cara utama yaiku ijol-ijolan ion lan ekstraksi multi-panggung. Lanthanides, sing diarani unsur-unsur langka bumi, diduweni dening elektrolisis klorida utawa fluorida. Kanggo ngasilake lanthanides ultra-murni, cara metallothermic digunakake.

Endi elemen transisi internal digunakake

Jinis logam sing kita sinau cukup amba. Kanggo kulawarga actinium - punika, pisanan kabeh, senjata nuklir lan energi. Penting banget yaiku aktinida ing kedokteran, defektoskopi, analisis aktivasi. Kita ora bisa nglirwakake panggunaan lanthanides lan actinides minangka sumber panahan neutron ing reaktor nuklir. Lanthanides uga digunakake minangka campuran aditif kanggo wesi lan baja, uga ing produksi fosfor.

Distribusi ing alam

Oksida saka actinides lan lanthanides asring disebut zirconium, thorium, yttrium. Iki minangka sumber utama kanggo nggayuh logam sing cocog. Uranium, minangka wakil utama saka aktinida, dumunung ing lapisan njaba saka litosfera ing wujud 4 jinis ores utawa mineral. Kaping pisanan, iku uranium tar, yaiku uranium dioksida. Ing kono, isi logam paling dhuwur. Asring, uranium dioxide diiringi dening radium celengan (vena). Uga ditemokake ing Kanada, Prancis, Zaire. Komplek torium lan uranium asring asring ngemot jeruk logam berharga liyane, kayata emas utawa perak.

Simpenan bahan baku kuwi sugih ing Rusia, Afrika Kidul, Kanada lan Australia. Sawetara sedimentary rocks ngandhut mineral karnotit. Ing komposisi, saliyane uranium, uga vanadium. Tipe mentah saka uranium bahan baku papat iku bijih fosfat lan serpih besi wesi. Cadangan sing ana ing Maroko, Swedia lan Amerika Serikat. Saiki, celengan lignite lan batu bara sing ngandung impurities uranium uga njanjeni. Lagi ditambang ing Spanyol, Republik Ceko, lan uga ing rong negara Amerika - North lan South Dakota.