Lanthanides եւ ակտինիդների: պաշտոնը պարբերական համակարգում

Յուրաքանչյուր քիմիական տարրերի ցույց է Երկրի Ռումբերն մթնոլորտը եւ Հիդրոսֆերա ընդերքի, կարող է ծառայել որպես վառ օրինակ հաստատող հիմնարար ատոմային եւ մոլեկուլային Ուսմունքները պարբերական օրենքը: Նրանք ձեւակերպված են լուսատուների բնական պատմության - Ռուսաստանի գիտնականների Մ. Վ. Lomonosovym եւ Դ I. Mendeleevym: Lanthanides եւ ակտինիդների - երկու ընտանիք, որոնք պարունակում են 14 քիմիական տարրեր, ինչպես նաեւ մետաղներ, իրենց lanthanum եւ actinium. Նրանց հատկությունները, այնպես էլ ֆիզիկական եւ քիմիական - է լուծվեն մեր կողմից այս աշխատանքի. Բացի այդ, մենք որոշելու պաշտոն պարբերական համակարգում ջրածնի, lanthanides, ակտինիդների կախված է կառուցվածքի էլեկտրոնային orbitals ատոմների.

Պատմությունը հայտնաբերելու

Ի 18-րդ դարի Յու Gadolinium ստացվել առաջին բաղադրություն խմբից Rare Earth մետաղի - օքսիդի իտրիում. Մինչեւ 20-րդ դարի, շնորհիվ հետազոտության Գ MOSELEY ի քիմիայի դարձավ տեղյակ գոյության մի խումբ մետաղների. Նրանք գտնվում էին պարբերական աղյուսակի միջեւ lanthanum եւ hafnium: Մեկ այլ քիմիական տարր - actinium, lanthanum նման, ձեւավորում է ընտանիքին 14 ռադիոակտիվ քիմիական տարրերի, այդ ակտինիդների: Նրանց հայտնագործությունը գիտության տեղի է ունեցել 1879 թ., Մինչեւ կեսերին 20-րդ դարում. Lanthanides եւ ակտինիդների ունեն շատ նմանություններ, ֆիզիկական եւ քիմիական հատկություններով. Սա կարելի է բացատրել պայմանավորվածություն էլեկտրոններ ատոմների այդ մետաղների, որոնք գտնվում են էներգետիկ մակարդակներում, մասնավորապես lanthanide է չորրորդ մակարդակը f-տարր, եւ ակտինիդների հինգերորդ մակարդակը f-տարր. Հաջորդ, մենք համարում ենք, որ էլեկտրոնային Ռումբերն ատոմների վերը նշված մետաղների ավելի մանրամասն.

Կառուցվածքը ներքին անցումային տարրերի լույսի ներքո ատոմային մոլեկուլային տեսության

Փայլուն հայտնաբերումը կառուցվածքի քիմիական Մ Վ Lomonosova էր հիմք հետագա ուսումնասիրության նպատակով էլեկտրոնային թաղանթները ատոմների. Rutherford մոդելը տարրական մասնիկների կառուցվածքի քիմիական տարր, Մաքս Պլանկի հետազոտության, Ֆ. Hund թույլատրվում քիմիկոս է գտնել ճիշտ բացատրությունը առկա օրենքների պարբերական տատանումների ֆիզիկական եւ քիմիական հատկությունների, որոնք բնութագրվում են lanthanides եւ ակտինիդների. Դուք չեք կարող անտեսել այն կենսական դերը պարբերական օրենքի Դ I. Mendeleeva ուսումնասիրության կառուցվածքի ատոմների անցումային տարրերի. Եկեք ուսումնասիրենք այս հարցը ավելի մանրամասն.

Տեղադրել ներքին անցումային տարրերի պարբերական համակարգում Դ I. Mendeleeva

Ի երրորդ խմբում վեցերորդ մի երկար ժամանակահատվածի համար `ընտանիքի մետաղի lanthanum, cerium եւ պայմանավորվեց lutetium ներառյալ. Ժամը lanthanum ատոմային 4F-տարր դատարկ եւ ամբողջովին լրացված lutetium 14-րդ էլեկտրոնների: Ժամը տարրեր տրամադրված therebetween, կա աստիճանական լցնում F-orbitals: Ընտանիքում ակտինիդների - ից թորիումի մինչեւ lawrencium - Նույն սկզբունքն է նկատվում կուտակում բացասական լիցքավորված մասնիկների հետ, միայն այն տարբերությամբ, որ տեղի է ունենում լրացնելով էլեկտրոնների 5F-տարր. Կառուցվածքը արտաքին էներգետիկ մակարդակով եւ մի շարք բացասական մասնիկների դրա մասին (հավասար է երկու) բոլոր վերը նշված մետաղների նույն. Այս փաստը պատասխանում այն հարցին, թե ինչու lanthanides եւ ակտինիդների, որը կոչվում է ներքին անցումային տարրերը, ունեն բազմաթիվ նմանություններ.

Որոշ աղբյուրներ քիմիական գրականության երկու ընտանիքների համակցված են երկրորդ կողմում ենթախմբի: Դրանք պարունակում են երկու մետաղ, յուրաքանչյուր ընտանիքին: Է կարճ ձեւով պարբերական համակարգի քիմիական տարրերի DI Մենդելեեւի ներկայացուցիչները այդ ընտանիքների մեկուսացված են սեղանի բուն եւ կազմակերպվում առանձին տողեր: Հետեւաբար, պաշտոնը ակտինիդների եւ lanthanides պարբերական համակարգում համապատասխանում է ընդհանուր պլանի կառուցվածքի ատոմների եւ էլեկտրոնների ներքին պարբերականությունը լրացնելու մակարդակներում եւ ներկայությունը նույն օքսիդացման առաջացրել խմբավորման ներքին անցումային մետաղներ ընդհանուր խմբում: Այդ քիմիական տարրերի ունեն առանձնահատկություններն ու կալվածքները համարժեք lanthanum կամ actinium: Դա է պատճառը, որ lanthanides եւ ակտինիդների հեռացվել սեղանին քիմիական տարրերի.

Քանի որ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան F-տարր ազդում հատկությունների մետաղների

Քանի որ մենք նախկինում նշել է, որ դիրքորոշումը lanthanides եւ ակտինիդների պարբերական համակարգում ուղղակիորեն սահմանում է, թե ֆիզիկական եւ քիմիական հատկությունների. Օրինակ, cerium իոնները, Gadolinium, եւ այլ տարրերը lanthanide ընտանիքի ունեն բարձր մագնիսական պահեր շնորհիվ կառուցվածքային առանձնահատկությունները f-տարր. Այն հնարավոր է օգտագործել մետաղներ, ինչպես dopants արտադրելու համար կիսահաղորդիչների մագնիսական հատկություններով. Sulfides ընտանիքը տարրեր actinium (օրինակ, սուլֆիդային protactinium, թորիում) իրենց մոլեկուլների ունեն խառը տեսակի քիմիական bonding: իոնային-covalent կամ covalent մետալիկ. Այս կառուցվածքային առանձնահատկությունն հանգեցրել է առաջացման նոր ֆիզիկական եւ քիմիական հատկությունների եւ ծառայում է որպես պատասխան այն հարցին, թե ինչու lanthanides եւ ակտինիդների ունեն ցերեկային լույսի հատկություններով. Օրինակ, մի նմուշ actinium արծաթի glows է մութ կապտություն հուր. Դա պայմանավորված է գործողության էլեկտրական ընթացիկ մետաղական իոնների, ֆոտոնների լույսի, որը տեղի է ունենում ազդեցության տակ գրգռում ատոմների եւ էլեկտրոնների դրանում «Անցնել» ավելի բարձր էներգետիկ մակարդակի, իսկ հետո վերադառնում են հայրենիք ստացիոնար ուղեծիր: Այն է, այս պատճառով է, որ lanthanides եւ ակտինիդների են phosphors:

Հետեւանքները նվազեցնելու ionic շառավիղ ատոմների

Ժամը lanthanum եւ actinium, նման տարրերի իրենց ընտանիքների, մի Monotonic չափի նվազման ցուցանիշների շառավղի վրա մետաղական իոնների. Ի քիմիայի, նման դեպքերում է խոսել lanthanide եւ actinide սեղմում. The քիմիա սահմանել հետեւյալ օրինակը: աճող պատասխանատու կորիզ ատոմների, երբ տարրերը պատկանում է մեկ եւ նույն ժամանակահատվածում եւ իրենց radii նվազման: Սա կարելի է բացատրել է հետեւյալ կերպ. Համար մետաղների, ինչպիսիք են cerium, praseodymium, neodymium, որ մի շարք էներգետիկ մակարդակների ատոմների եւ միշտ հավասար է վեց. Սակայն միջուկների վճարները համապատասխանաբար incremented մեկի կողմից եւ կազմում +58, +59, +60: Սա նշանակում է, որ մեծացնում է ուժը ներգրավման ներքին Ռումբերն Էլեկտրոնների դեպի դրական լիցքավորված կորիզ: Որպես հետեւանք, կա մի նվազեցում radii է ատոմների. Այն իոնային մետաղական միացություններ աճում ատոմային թիվը, իոնային շառավիղ են նաեւ նվազել է. Նմանատիպ փոփոխություններ են նկատվում է տարրեր actinium ընտանիքի. Դա է պատճառը, որ lanthanides եւ ակտինիդների կոչվում են երկվորյակների. Նվազեցում իոնային շառավիղ հանգեցնում է հիմնականում թուլացմանը հիմնական հատկությունների հիդրօքսիդներ են Ce (OH) _3, PR (OH) _3, իսկ բազան lutetium արդեն ցուցադրվում amphoteric հատկությունները:

Անսպասելի արդյունքներ հանգեցնում լրացնելու 4F-sublevel unpaired էլեկտրոնները orbitals է կես europium Ատոմ. Նա Ատոմ շառավիղը չի կրճատվել, այլ ավելի շուտ ավելացել: Հետեւելով այն շարքի lanthanides gadolinium 5D-sublevel, կա մեկ էլեկտրոն 4F-sublevel նման է ԵՄ-ին: Նման կառույց առաջացնում կտրուկ նվազում է շառավղով gadolinium ատոմների. Համանման երեւույթ նկատվում է մի զույգ ytterbium - lutetium. Առաջին տարրը Ատոմ շառավղով մի մեծ պայմանավորված է լրացնել լրացնելու 4F-տարր, իսկ lutetium դա կտրուկ նվազում, ինչպես նաեւ 5D-sublevel էլեկտրոն դիտարկվող տեսքը. Ի actinium եւ այլ ռադիոակտիվ տարրերի այս ընտանիքի շառավղի ատոմների եւ իոնների չեն փոխել monotonically, բայց, ինչպես նաեւ, քանի որ այն lanthanides, թռիչքներ եւ սահմաններում. Այսպիսով, lanthanides ու ակտինիդների են տարրեր, որոնց հատկությունները իրենց միացությունների correlatively կախված իոնային շառավղով եւ կառուցվածքի էլեկտրոնային թաղանթները է ատոմների.

Valence երկրները

Lanthanides եւ ակտինիդների տարրեր, որոնց բնութագրերը շատ նման են: Մասնավորապես, դա վերաբերում է նրանց անհետացման պետություններին է Վալանս քաղաքում իոնների եւ ատոմների. Օրինակ, թորիում եւ protactinium, exhibiting է Վալանս երեք, ի միացությունների Th (OH) _3, PaCl _3, THF _{3-Pa 2} (CO _{3) 3.} Բոլոր այդ նյութերի են անլուծելի եւ ունեն նույն քիմիական հատկությունները, ինչպիսիք են մետաղի lanthanum ընտանիքը .., cerium, praseodymium, neodymium, եւ այլն - ի Lanthanides այդ միացությունների կլինեն նաեւ trivalent: Այս օրինակները ապացուցում են կոռեկտության մեր համոզմունքը, որ lanthanides եւ ակտինիդների - թվինզ. Նրանք ունեն նմանատիպ ֆիզիկական եւ քիմիական հատկությունները: Սա կարելի է բացատրել հիմնականում կառուցվածքը էլեկտրոն orbitals ատոմների երկու ընտանիքների ներքին անցումային տարրերի.

մետաղական հատկություններ

Բոլոր ներկայացուցիչները երկու խմբերի են Մետաղներ, որ լինելով ավարտվել 4f-, 5f-, ինչպես նաեւ դ-ենթամակարդակներով: Lanthanum եւ տարրերը հազվագյուտ երկրի անվանում էր իր ընտանիքը: Նրանց ֆիզիկական եւ քիմիական հատկանիշները այնքան նման են, որ առանձին լաբորատոր պայմաններում, նրանք առանձնանում մեծ դժվարությամբ: Ցույց հաճախ է օքսիդացում վիճակը +3, lanthanum շարք տարրեր շատ նմանություններ ունեն ալկալի հողերի մետաղների (barium, կալցիումի, strontium): Ակտինիդների են նաեւ չափազանց ակտիվ մետաղների լրումն նաեւ ռադիոակտիվ.

Կառուցվածքային առանձնահատկությունները lanthanides եւ ակտինիդների եւ կապ հատկություններով, ինչպիսիք են, օրինակ, Նյութի մանր բաժանված pyrophoric: Կա նաեւ մի կրճատում է չափի մետաղական դեմքի վրա կենտրոնացած բյուրեղային ցանցերի. Հավելենք նաեւ, որ բոլոր քիմիական տարրերը, այնպես էլ ընտանիքների - մետաղյա հետ արծաթե շող, շնորհիվ բարձր հակազդման է արագորեն darkening օդում: Նրանք ծածկված են համապատասխան օքսիդի ֆիլմի պաշտպանող հետագա օքսիդացում. Բոլոր տարրերն են բավականաչափ հրակայուն, բացի neptunium, եւ պլուտոնիում, հալման ջերմաստիճանը էապես ստորեւ 1000 ° C- ով

Բնորոշ քիմիական ռեակցիաներ

Ինչպես արդեն նշվել է, որ lanthanides ու ակտինիդների են քիմիապես ակտիվ մետաղներ: Այսպիսով, lanthanum, cerium եւ այլ ընտանիքի անդամները հեշտությամբ կարող է կապված պարզ նյութերի `հալոգեններից, ինչպես նաեւ ֆոսֆորով, ածխածնի. Lanthanides կարող են համագործակցել նաեւ այնպես էլ ածխածնի օքսիդը եւ ածխածնի երկօքսիդի. Նրանք նաեւ կարող են քայքայվել ջուր: Բացի այդ, պարզ աղերի, ինչպիսիք են օրինակ `SeCl ₃ կամ prf _3, նրանք ձեւավորել կրկնակի աղեր: Ի վերլուծական քիմիայի, կարեւոր տեղ են զբաղեցնում արձագանքը հետ lanthanide մետաղյա-Գլիցինի եւ կիտրոնաթթու թթուներ: Հանդիպման արդյունքում բարդ միացությունների նման գործընթացներ են կիրառվում տարանջատման համար մի խառնուրդ lanthanides, ինչպիսիք են հանքաքարի.

Ըստ ռեակցիայի հետ նիտրատ, քլորիդ եւ sulfate թթուներ, մետաղներ ձեւավորել համապատասխան աղեր: Նրանք կարող են հեշտությամբ լուծելի է ջրի եւ հեշտությամբ ընդունակ ձեւավորելու բյուրեղային hydrates: Հարկ է նշել, որ ջրային լուծումները lanthanide աղերի են գունավոր, որը բացատրվում է ներկայության իրենց համապատասխան իոնների. աղ լուծումները samarium կամ praseodymium կանաչ neodymium - կարմիր, մանուշակագույն, europium եւ promethium վարդագույն. Քանի որ իոնները է օքսիդացում պետության +3 են գունավոր, այն օգտագործվում է վերլուծական քիմիայի համար հայտնաբերման մետաղական իոնների, lanthanides (այսպես կոչված, բարձր որակ ռեակցիա): Նույն նպատակով օգտագործվում է նաեւ մեթոդները քիմիական վերլուծության, ինչպիսիք են կոտորակային բյուրեղացման եւ իոնային փոխանակման քրոմատագրմամբ.

Դեպքերից երկուսի ժամանակ ակտինիդների խմբի տարրերի կարելի է առանձնացնել: Սա Berkeley, ֆերմա, mendelevium, nobelium, lawrencium եւ ուրանի, նեպտուն, plutonium, omeretsy. Քիմիական հատկությունները նման են առաջին մեկ եւ lanthanum մետաղների իր ընտանիքի. Տարրերը երկրորդ խմբի շատ նման քիմիական հատկությունների (էապես միանման են միմյանց): Բոլոր ակտինիդների արագ փոխազդել հետ ոչ մետաղների `ծծմբի, ազոտի, ածխածնի. Հետ թթվածնի legandami նրանք ձեւավորել համալիր միացություններ: Ինչպես կարելի է տեսնել, երկու ընտանիքները մետաղների նման են իրար է քիմիական վարքագծի. Դա է պատճառը, որ lanthanides եւ ակտինիդների մետաղներ հաճախ կոչվում երկվորյակ.

Իրավիճակը ջրածնի պարբերական համակարգը, lanthanides, որ ակտինիդների

Անհրաժեշտ է հաշվի առնել այն հանգամանքը, որ ջրածնի որը բավականաչափ ռեակտիվ նյութ: Այն արտահայտվում է, կախված քիմիական ռեակցիայի պայմաններում `որպես նվազեցնող գործակալ եւ oxidizing գործակալ. Ահա թե ինչու է պարբերական համակարգում, ջրածնային միաժամանակ խոշոր ենթախմբերի երկու խմբերի.

Առաջին ջրածնի հանդես է գալիս որպես նվազեցնող գործակալ, ինչպես նաեւ ալկալիական մետաղներ, գտնվում եք այստեղ: Ջրածնի տեղում է 7-րդ խմբի հետ տարրերի հալոգեններից ցույց է տալիս իր ճկունությունը: Վեցերորդ ժամանակահատվածում, դա, ինչպես նախկինում նշել է, ընտանիքը lanthanides ցուցաբերվող է առանձին շարքով հարմարության համար եւ compactness սեղանին. Յոթերորդ ժամկետը պարունակում է մի խումբ ռադիոակտիվ տարրերի հետ հատկանիշներով նման է ActiN: Ակտինիդների գտնվում են դուրս սեղանին քիմիական տարրերի DI Մենդելեեւի տակ մոտ lanthanum ընտանիքի. Այս տարրերը ամենաքիչ ուսումնասիրված, քանի որ կորիզ իրենց ատոմների շատ անկայուն պայմանավորված է ռադիոակտիվության: Հիշեցնենք, որ lanthanides ու ակտինիդների են ներքին անցումային տարրեր, եւ նրանց ֆիզիկա բնութագրերը շատ նման են.

Ընդհանուր մեթոդներ արտադրելու մետաղական արդյունաբերությունը

Բացառությամբ թորիում, protactinium եւ ուրանի, որն արտադրվում է ուղղակի հանքաքարերի, այլ ակտինիդների կարող է պատրաստել իզոտոպի նմուշները, ուրանի մետաղական հոսքերի արագ շարժվող նեյտրոնների. Արդյունաբերական լայնածավալ neptunium եւ պլուտոնիումի արդյունահանվող վառելիքի միջուկային ռեակտորների: Նկատի ունեցեք, որ ձեռք բերելու ակտինիդների - բավականին բարդ է եւ ծախսատար գործընթաց է, հիմնական մեթոդները, որոնք իոնային փոխանակման եւ բազմաստիճան արդյունահանման. Lanthanides, որոնք կոչվում են հազվագյուտ հողային տարրերի, ստացված էլեկտրոլիզի քլորիդների կամ ֆտորիդների. Ստանալու Ultrapure lanthanides, օգտագործվում metallothermal մեթոդը:

Որտեղ է կիրառել ներքին անցումային տարրեր

Սպեկտրը օգտագործման մետաղների, որը մենք ուսումնասիրում են բավականին լայն է: Մի ընտանիքի actinium - ը, առաջին հերթին, միջուկային զենքի եւ էներգետիկ. Ակտինիդների կարեւոր են բժշկության, թերությունները հայտնաբերման, ակտիվացման վերլուծություն. Դա անհնար է անտեսել օգտագործումը lanthanides եւ ակտինիդների, որպես նեյտրոնային գրավման միջուկային ռեակտորներով աղբյուրներից: Lanthanides նաեւ օգտագործվում է որպես alloying լրացումներ է երկաթ եւ պողպատ, ինչպես նաեւ արտադրության phosphors:

Բաշխման բնության մեջ

Օքսիդներ ակտինիդների եւ lanthanides հաճախ կոչվում Ցիրկոնիում, թորիում, yttrium earths. Նրանք են հիմնական աղբյուրն է պատրաստման համապատասխան մետաղների. Ուրանին, քանի որ հիմնական ներկայացուցիչը ակտինիդների գտնվում է արտաքին շերտի ընդերքի ձեւով չորս տեսակի հանքաքարի կամ օգտակար հանածոների. Առաջին հերթին, դա pitchblende, որը գտնվում է ուրանի երկօքսիդ: Դա բարձր բովանդակությունը մետաղի. Հաճախ ուղեկցվում է radium ուրանի երկօքսիդի ավանդների (երակների): Նրանք հայտնաբերվել են Կանադայում, Ֆրանսիայում, Զաիր. Համալիրները թորիումի եւ ուրանի հանքեր հաճախ պարունակում են այլ հանքաքարի թանկարժեք մետաղների, ինչպիսիք են ոսկի կամ արծաթ.

Գրապահոց նման հումքի հարուստ է Ռուսաստանում, Հարավային Աֆրիկայում, Կանադայում եւ Ավստրալիայում: Որոշ նստվածքային ապարները պարունակում են հանքային carnotite: Դրա կառուցվածքը, ի լրումն ուրանի, վանադիումի եւ մտնում մյուսը: Չորրորդը տեսակը հումքի ուրանի մի ֆոսֆատ հանքաքար եւ zhelezouranovye slates. Նրանց պաշարները կազմում են Մարոկկոյում, Շվեդիայում եւ ԱՄՆ-ում: Ներկայումս համարվում են խոստումնալից է որպես ավանդների Ածուխ պարունակող ուրանի impurities. Նրանք արտադրվում են Իսպանիայում, Չեխիան, ինչպես նաեւ ամերիկացի երկու պետություններ `Հյուսիսային եւ Հարավային Դակոտա.