חפש

Lanthanides ו actinides: מיקום בטבלה המחזורית

כל אחד מהרכיבים הכימיים המוצגים בפגזים של כדור הארץ: אווירה, ליתוספירה והידרוספרה - יכולים לשמש כדוגמה חיה, המאשרת את החשיבות הבסיסית של הוראה אטומית מולקולרית וחוק תקופתי. הם גובשו על ידי הקוריאנים של מדע הטבע - מדענים רוסים MV Lomonosov ו DI מנדלייב. Lanthanides ו actinides הן שתי משפחות המכילות 14 יסודות כימיים, כמו גם מתכות עצמם - lanthanum ו actinium. התכונות שלהם - הן פיסיקליות והן כימיות - ייבחנו על ידינו במאמר זה. בנוסף, נוכל לקבוע כיצד המיקום במערכת מחזורית של מימן, lanthanides, actinides תלוי במבנה של אלקטרונים אלקטרוניים של האטומים שלהם.

היסטוריה של גילוי

בסוף המאה ה -18 יו. גדולין היה התרכובת הראשונה מקבוצת מתכות הארץ נדירות, תחמוצת איטריום. לפני תחילת המאה ה -20, הודות למחקר של ג 'Mosely בכימיה, הוא נודע על קיומו של קבוצה של מתכות. הם היו ממוקמים במערכת תקופתית בין lanthanum ו הפניום. אלמנט כימי נוסף, actinium, כמו lanthanum, יוצר משפחה של 14 אלמנטים כימיים רדיואקטיביים הנקראים actinides. התגלית שלהם במדע התרחשה, החל משנת 1879 עד אמצע המאה ה -20. Lanthanides ו actinides יש קווי דמיון רבים הן פיזית והן תכונות כימיות. זה יכול להיות מוסבר על ידי המיקום של האלקטרונים באטומים של מתכות אלה, אשר נמצאים ברמות האנרגיה, כלומר עבור lanthanides זה הרמה הרביעית של f-sublevel, ועל actinides - הרמה החמישית, f-sublevel. לאחר מכן, אנו רואים את הפגזים האלקטרוניים של האטומים של המתכות לעיל בפירוט רב יותר.

lanthanides ו actinides

המבנה של מרכיבי מעבר פנימיים לאור הדוקטרינה האטומית-מולקולרית

תגלית מתוחכמת של המבנה של חומרים כימיים מ. לומונוסוב היה הבסיס למחקר נוסף של קליפת האלקטרונים של אטומים. מודל הפלנטרי של מבנה חלקיקים היסודי של יסוד כימי, המחקר מקס פלאנק, פ הונט מותר כימאים כדי למצוא את ההסבר הנכון של החוקים הקיימים של הווריאציה המחזורית של תכונות פיסיקליות וכימיות, אשר מתאפיינות lanthanides ו אקטינידים. אתה לא יכול להתעלם מן התפקיד החיוני של החוק התקופתי של DI מנדלייב בחקר המבנה של אטומים של יסודות מעבר. הבה נבחן סוגיה זו ביתר פירוט.

מקום של רכיבי מעבר פנימיים במערכת המחזורית ד. מנדלייב

בקבוצה השלישית של השישית - תקופה ארוכה יותר - עבורLanthanum היא משפחה של מתכות, החל סידום לוטטיום כולל. עבור אטום lanthanum, 4f sublevel הוא ריק, עבור lutetium, הוא מלא לחלוטין עם 14 אלקטרונים. המרכיבים הממוקמים ביניהם ממלאים בהדרגה את ה- f-orbitals. במשפחה של actinides, מן תוריום ל lawrence, אותו עיקרון של הצטברות של חלקיקים טעונים שלילי הוא ציין עם ההבדל היחיד: מילוי עם אלקטרונים מתרחשת ב 5f sublevel. מבנה מפלס האנרגיה החיצוני ומספר החלקיקים השליליים עליו (שווה לשניים) זהים לכל המתכות הנ"ל. עובדה זו עונה על השאלה מדוע לנטנידים ואקטנידים, הנקראים אלמנטים של מעבר פנימי, יש קווי דמיון רבים.

למה lanthanides ו actinides

בחלק ממקורות הספרות הכימיתנציגי שתי המשפחות מאוחדים בתת-קבוצות משנה משניות. הם מכילים שתי מתכות מכל משפחה. בטופס הקצר של הטבלה המחזורית של האלמנטים הכימיים של ד 'מנדלייב, נציגי המשפחות הללו מופרדים מהשולחן עצמו ומסודרים בשורה נפרדת. לכן, המיקום של lanthanides ו actinides במערכת תקופתית תואמת את התוכנית הכללית של מבנה האטומים ואת המחזוריות של מילוי עם רמות פנימיות של אלקטרונים, ואת הנוכחות של מדינות חמצון זהה גרם איחוד של מתכות המעבר הפנימי לקבוצות משותפות. בהם, אלמנטים כימיים בעלי סימנים ומאפיינים שווה lanthanum או actinium. לכן lanthanides ו actinides נגזרות משולחן של אלמנטים כימיים.

איך את תצורה אלקטרונית של f-sublevel משפיע על המאפיינים של מתכות

כפי שאמרנו קודם, את המיקום של lanthanidesו actinides במערכת תקופתית קובעת ישירות המאפיינים הפיזיים והכימיים שלהם. לפיכך, יונים של סידום, גדוליניום ואלמנטים אחרים של המשפחה lanthanide יש רגעים מגנטיים גבוהים, אשר מזוהה עם תכונות מבניות של f-sublevel. זה מותר לשימוש של מתכות כמו תוספים מסגסוגת לייצור מוליכים למחצה עם תכונות מגנטיות. גופרית של אלמנטים של משפחת אקטניום (למשל, גופרתי של פרוטאקטין, תוריום) בהרכב המולקולות שלהם יש סוג מעורב של קשר כימי: יון קוולנטי או קוולנטי-מתכתי. תכונה זו של המבנה הובילה את הופעתה של נכס פיזיוכימי חדש שימש תשובה לשאלה מדוע lanthanides ו actinides יש תכונות אור. לדוגמה, דגימה actinia בכסף בחושך זוהר עם זוהר כחלחל. זאת בשל הפעולה של זרם חשמלי על יונים מתכת, פוטונים של אור, תחת השפעת אשר אטומים נרגשים, ואת האלקטרונים "לקפוץ" לתוך רמות אנרגיה גבוהות יותר ואז לחזור למסלול נייח שלהם. מסיבה זו lanthanides ו actinides שייכים phosphors.

ההשלכות של הפחתת רדיוס יוני של אטומים

Lanthanum ו actinium, כמו גם אלמנטים שלהםמשפחות, יש ירידה חדגונית בערכים של רדיוס של יונים מתכת. בכימיה במקרים כאלה נהוג לדבר על דחיסה lanthanoid ו actinoid. בכימיה נקבעת הרגולציה הבאה: עם עליית המטען הגרעיני של האטומים, אם האלמנטים שייכים לאותה תקופה, ירידה ברדיוס שלהם. זה יכול להיות מוסבר כדלקמן: במתכות כגון cerium, praseodymium, neodymium, מספר רמות האנרגיה באטומים שלהם הוא קבוע ושווה לשישה. עם זאת, את עלויות הגרעין להגדיל על ידי אחד מהווים +58, +59, +60. משמעות הדבר היא כי כוח המשיכה של האלקטרונים של הקונכיות הפנימיות לגרעין טעון חיובי עולה. כתוצאה מכך, רדי האטומים יורדים. בתרכובות יוניות של מתכות, רדיוס יונית גם ירידה עם מספר אטומי גדל. שינויים דומים נצפו באלמנטים של משפחת כלנית הים. לכן lanthanides ו actinides נקראים תאומים. הירידה ברדי של יונים מוביל בעיקר את היחלשות המאפיינים הבסיסיים של hydroxides של Се (ОН)3, Pr (OH)3, ואת הבסיס של lutetium כבר מציג תכונות amphoteric.

מילוי תוצאות לתוצאות בלתי צפויותאת 4f sublevels של אלקטרונים unaired עד מחצית האורביטלים של האטום אירופיום. בה, רדיוס האטום אינו יורד, אלא להיפך. בסדרה גדוליניום של lanthanides בעקבותיו, אחד האלקטרון של 4f-sublevel מופיע על 5d- sublevel באופן דומה האיחוד האירופי. מבנה כזה גורם לירידה פתאומית ברדיוס של אטום הגדוליניום. תופעה דומה היא נצפתה זוג ytterbium - lutetium. במרכיב הראשון, רדיוס האטום הוא גדול בשל המילוי המלא של 4f-sublevel, בעוד ב lutetium זה פוחת בפתאומיות, מאז האלקטרונים הם נצפו על 5d-sublevel. באקטיניום ובאלמנטים רדיואקטיביים אחרים במשפחה זו, רדיום האטומים והיוונים שלהם אינו משתנה באופן מונוטוני, אלא, כמו הלנתנידים, קופץ. לפיכך, lanthanides ו actinides הם אלמנטים שבהם את המאפיינים של compounds שלהם לתאם עם רדיוס יוניים ואת המבנה של קליפות אלקטרונים של אטומים.

מדינות Valent

Lanthanides ו actinides הם אלמנטים אשרהמאפיינים דומים למדי. בפרט, זה נוגע למצבי החימצון שלהם יונים ואת valensions של אטומים. לדוגמה, תוריום ו protaktinium המציג הערכיות של שלושה ת '(OH) תרכובות3PaCl3טף3אבא2(CO3)3. כל החומרים הללו אינם מסיסים ויש להםאותם תכונות כימיות כמו מתכות מהמשפחה lanthanum: cerium, praseodymium, neodymium, וכו 'lanthanides בתרכובות אלה יהיה גם trivalent. דוגמאות אלה שוב מוכיחות לנו את נכונות ההצהרה כי lanthanides ו actinides הם תאומים. יש להם מאפיינים פיזיים וכימיים דומים. זה יכול להיות מוסבר בעיקר על ידי המבנה של אורביטלים אלקטרונים של אטומים של שתי המשפחות של אלמנטים המעבר הפנימי.

מיקום מערכת מחזורית של מימן lanthanides actinides

תכונות מתכת

כל חברי שתי הקבוצות הן מתכות,שבו 4f, 5f, וכן d-sublevels הושלמו. הלנתנום ואלמנטים של משפחתו נקראים ארץ נדירה. המאפיינים הפיזיים והכימיים שלהם קרובים כל כך, שבמצב מעבדה, בנפרד, הם מופרדים בקושי רב. מציג לרוב את מצב החמצון +3, האלמנטים של סדרת lanthanum יש תכונות דומות רבות עם מתכות כדור הארץ אלקליין (בריום, סידן, סטרונציום). Actinides הם גם מתכות פעיל מאוד, יתר על כן, גם רדיואקטיבי.

תכונות של המבנה של lanthanides ו actinidesגם דאגה נכסים כגון, למשל, pyrophoricity במצב מפוזרים היטב. כמו כן, חלה ירידה בגודל של סורגים ממתכת הפנים. אנו מוסיפים כי כל האלמנטים הכימיים של שתי המשפחות הן מתכות עם ברק כסף, בגלל תגובתיות גבוהה שלהם, הם להכהות במהירות באוויר. הם מכוסים בסרט של תחמוצת המקביל, אשר מגן מפני חמצון נוסף. כל האלמנטים הם עקשן מספיק, למעט נפטוניום ו פלוטוניום, נקודת ההתכה של אשר באופן משמעותי מתחת 1000 ° C.

תגובות כימיות אופייניות

כפי שצוין קודם לכן, lanthanides ו actinidesהם מתכות פעילים כימית. לכן, lanthanum, cerium ואלמנטים אחרים של המשפחה משולבים בקלות עם חומרים פשוטים - הלוגנים, כמו גם זרחן, פחמן. Lanthanides יכול גם אינטראקציה עם חד תחמוצת הפחמן ופחמן דו חמצני. הם גם מסוגלים לפרק מים. בנוסף מלחי פשוט, כגון SeCl3 או PRF3הם יוצרים מלחים כפולים. בכימיה אנליטית, מקום חשוב הוא הכבושה על ידי תגובה של מתכות lanthanide עם חומצות אמינו חומצת לימון. תרכובות מורכבות הנובעות תהליכים אלה משמשים להפריד תערובת של lanthanides, למשל, ב עפרות.

 למה lanthanides ו actinides נקראים תאומים

כאשר אינטראקציה עם חנקתי, כלוריד וחומצות גופרתי, מתכות טופס מלחים המתאימים. הם מסיסים היטב במים ומסוגלים בקלות להרכיב hydrates גבישי. יש לציין כי פתרונות מימיים של מלחים של lanthanides הם צבעוניים, אשר מוסבר על ידי נוכחות של יונים המקביל בהם. פתרונות של salarium או praseodymium מלחים של ירוק, neodymium - אדום ויולט, promethium ו אירופיום - ורוד. מאז יונים עם מצב חמצון +3 הם צבעוניים, זה משמש בכימיה אנליטית להכרה של יונים של מתכות lanthanide (מה שנקרא תגובות איכותיות). לצורך אותה מטרה, נעשה שימוש בשיטות של אנליזה כימית, כגון התגבשות השברים וכרומטוגרפיה יון.

Actinides ניתן לחלק לשתי קבוצות של אלמנטים. אלה הם ברקלי, פרמי, מנדלבאום, נובליום, לורנס ואורניום, נפטוניום, פלוטוניום, אומריום. התכונות הכימיות של הראשון מהם דומים lanthanum ואת המתכות ממשפחתו. אלמנטים של הקבוצה השנייה יש מאפיינים כימיים דומים מאוד (כמעט זהים זה לזה). כל actinides אינטראקציה במהירות עם שאינם מתכות: גופרית, חנקן, פחמן. עם האגדות המכילות חמצן, הם יוצרים תרכובות מורכבות. כפי שאתם יכולים לראות, המתכות של שתי המשפחות קרובות זו לזו בהתנהגות כימית. לכן lanthanides ו actinides נקראים לעתים קרובות תאומים מתכות.

המיקום במערכת מחזורית של מימן, lanthanides, actinides

יש צורך לקחת בחשבון את העובדה כי מימןחומר תגובתי מספיק. זה בא לידי ביטוי בהתאם לתנאי התגובה הכימית: כסוכן הפחתת, סוכן חמצון. זו הסיבה במערכת מימן תקופתי ממוקם בו זמנית בתתי קבוצות עיקריות של שתי קבוצות בבת אחת.

 את המיקום של lanthanides ו actinides במערכת תקופתית

בחודש הראשון, מימן משחק את התפקיד של הפחתת הסוכן, כמוו מתכות אלקליות ממוקם כאן. המקום של מימן בקבוצה 7 יחד עם אלמנטים של הלוגנים מצביע על יכולת הפחתת שלה. בתקופה השישית, כאמור, משפחת הלנתנידים, שניתנה בשורה נפרדת לנוחות ולדחיסת הטבלה. התקופה השביעית מכילה קבוצה של אלמנטים רדיואקטיביים, במאפיינים דומים לאקטניום. Actinides נמצאים מחוץ לשולחן של אלמנטים כימיים של D.I. Mendeleev תחת סדרה של המשפחה lanthanum. אלמנטים אלה הם לפחות למד, שכן הגרעינים של האטומים שלהם הם מאוד לא יציבים עקב רדיואקטיביות. נזכיר כי lanthanides ו actinides שייכים אלמנטים המעבר הפנימי, ואת המאפיינים הפיסיקליים כימיים שלהם קרובים מאוד זה לזה.

שיטות כלליות לייצור מתכות בתעשייה

למעט תוריום, פרוטקטיניום ואורניום,אשר מופקים ישירות עפרות, actinides הנותרים ניתן להשיג על ידי קרינה דגימות מתכת אורניום עם שטפי נויטרונים מהירים. מבחינה מסחרית, נפטון ופלוטוניום מופקים מדלק משומש מכורים גרעיניים. שים לב כי הייצור של actinides הוא תהליך מסובך למדי למדי, השיטות העיקריות של אשר החליפין יון מיצוי רב שלבי. Lanthanides, אשר נקראים אלמנטים הארץ נדיר, מתקבלים על ידי אלקטרוליזה של כלורידים שלהם או פלואורידים. כדי להשיג lanthanides ultrapure, להשתמש בשיטה metallothermic.

 lanthanides ו actinides הם אלמנטים

כאשר נעשה שימוש באלמנטים של מעבר פנימי

טווח השימוש של מתכות למד על ידינורחב מספיק. עבור המשפחה, כלנית הים היא, בראש ובראשונה, נשק גרעיני ואנרגיה. Actinides חשובים גם ברפואה, זיהוי פגם, וניתוח ניתוח. השימוש ב- lanthanides וב- actinides כמקור לכידת נויטרונים בכורים גרעיניים אינו ניתן להתעלם ממנו. Lanthanides משמשים תוספים מסגסוגת ברזל יצוק ופלדה, כמו גם בייצור של phosphors.

הפצה בטבע

תחמוצות של actinides ו lanthanides נקראים לעתים קרובותזירקוניום, תוריום, אדמות איטריום. הם המקור העיקרי להשגת המתכות המתאימות. אורנוס, כנציג העיקרי של actinides, הוא השכבה החיצונית של ליתוספירה בצורה של ארבעה סוגים של עפרות או מינרלים. קודם כל, זה זפת אורניום, אשר הוא דו תחמוצת האורניום. יש לו את התוכן המתכתי הגבוה ביותר. לעתים קרובות דו תחמוצת האורניום מלווה פיקדונות רדיום (ורידים). הם נמצאים בקנדה, צרפת, זאיר. קומפלקסים של תוריום ו עפרות עפרות לעיתים קרובות מכילים עפרות של מתכות יקרות אחרות, כגון זהב או כסף.

lanthanoids ו actinides הם אלמנטים

עתודות של חומרי גלם כאלה עשירים ברוסיה,הרפובליקה של דרום אפריקה, קנדה ואוסטרליה. כמה סלעים משקעים מכילים את קרנוטיט מינרליים. בנוסף אורניום, הוא מכיל גם ונדיום. הסוג הרביעי של חומרי גלם אורניום הוא עפרות פוספטים ברזל אורניום schists. עתודות שלהם ממוקמים במרוקו, שבדיה וארצות הברית. כיום, פיקדונות של ליגניט ופחם המכילים זיהומים אורניום נחשבים גם מבטיח. הם ממוקש בספרד, בצ'כיה, כמו גם בשתי מדינות בארה"ב - צפון ודרום דקוטה.

  • דירוג: