Lanthanides a actinides: y sefyllfa yn y system cyfnodol

Mae pob un o'r elfennau cemegol a ddangosir yn y cregyn Ddaear: yr awyrgylch a lithosffer hydrosffer - gallu gwasanaethu fel esiampl llachar cadarnhau dysgeidiaeth atomig a moleciwlaidd sylfaenol cyfraith cyfnodol. Cawsant eu llunio gan yr enwogion Hanes Naturiol - gwyddonwyr Rwsia M. V. Lomonosovym a D. I. Mendeleevym. Lanthanides a Actinides - dau deulu, sy'n cynnwys 14 o elfennau cemegol, yn ogystal â metelau eu hunain - Lanthanwm a actiniwm. Mae eu priodweddau - yn gorfforol a chemegol - i gael sylw gan ni yn y gwaith hwn. Yn ogystal, rydym yn penderfynu ar y sefyllfa yn y system cyfnodol o hydrogen, lanthanides, actinides dibynnu ar strwythur y orbitalau electron o atomau.

Hanes o ddarganfod

Ar ddiwedd y 18fed ganrif, Yu gadoliniwm gafwyd gan cyfansoddyn gyntaf gan y grŵp o fetel daear prin - ocsid Ytriwm. Tan ddechrau'r 20fed ganrif, diolch i ymchwil gan G. Moseley mewn cemeg yn ymwybodol o fodolaeth y grŵp o fetelau. Cawsant eu lleoli yn y tabl cyfnodol rhwng Lanthanwm a Haffniwm. Elfen arall cemegol - actiniwm, Lanthanwm: fel, yn ffurfio teulu o 14 o ymbelydrol elfennau cemegol, actinides hyn. Mae eu darganfod mewn gwyddoniaeth digwydd ers 1879 tan ganol yr 20fed ganrif. Lanthanides a actinides yn cael llawer o debygrwydd mewn priodweddau ffisegol a chemegol. Gall hyn yn cael ei egluro trefniant electronau mewn atomau metelau hyn, sydd mewn lefelau egni, sef lanthanide yw'r pedwerydd lefel f-sublayer, ac ar gyfer actinides - y pumed lefel f-sublayer. Nesaf, rydym yn ystyried y cregyn electron o atomau metelau uchod yn fanylach.

Mae strwythur y elfennau trosiannol mewnol yng ngoleuni'r ddamcaniaeth atomig-foleciwlaidd

darganfyddiad Brilliant o strwythur o gemegau M. V. Lomonosova oedd y sail ar gyfer astudiaeth bellach o gregyn electron o atomau. model Rutherford o strwythur gronynnau elfennol o elfen gemegol, mae'r ymchwil Max Planck, caniateir F. Hund cemegwyr i ddod o hyd i'r esboniad cywir o'r cyfreithiau presennol yr amrywiad cyfnodol o briodweddau ffisegol a chemegol, sy'n cael eu nodweddu gan y lanthanides a actinides. Ni allwch anwybyddu rôl hanfodol y gyfraith cyfnodol D. I. Mendeleeva yn yr astudiaeth o strwythur atomau o elfennau trosiannol. Gadewch i ni edrych y mater hwn yn fanylach.

Rhowch elfennau trosiannol mewnol yn y system cyfnodol D. I. Mendeleeva

Yn y trydydd grŵp o chweched - cyfnod hwy - ar gyfer metel teulu Lanthanwm, Ceriwm a threfnu i Lwtetiwm cynhwysol. Ar Lanthanwm atom 4f-sublayer wag ac llenwi'n llwyr mewn electronau Lwtetiwm 14eg. Ar elfennau waredu therebetween, mae llenwi raddol o f-orbitalau. Yn y teulu o actinides - o thoriwm i lawrenciwm - Mae'r un egwyddor yn arsylwi casgliad o ronynnau gwefr negatif gyda'r unig wahaniaeth sy'n digwydd yn y llenwi electronau 5f-sublayer. Mae strwythur y lefel ynni allanol a nifer o ronynnau negyddol hynny (sy'n hafal i ddau) ym mhob un o'r metelau uchod un fath. Mae'r ffaith hon yn ateb y cwestiwn ynghylch pam y lanthanides a actinides, a elwir yn elfennau trosiannol mewnol, yn cael llawer o nodweddion tebyg.

Ceir rhai ffynonellau o lenyddiaeth cemegol ddau deulu yn cael eu cyfuno i mewn i'r ail ochr y is-grŵp. Maent yn cynnwys dau metel o bob teulu. Yn y ffurf fer y system cyfnodol o elfennau cemegol gynrychiolwyr DI Mendeleev o'r teuluoedd hyn yn cael eu hynysu oddi wrth y bwrdd ei hun a threfnu rhesi ar wahân. Felly, mae'r sefyllfa o actinides a lanthanides yn y system cyfnodol cyfateb i'r cynllun cyffredinol o strwythur atomau ac electronau mewn lefelau periodicity llenwi mewnol a phresenoldeb yr un ocsideiddio a achosir agregu metelau trosiannol mewnol yn y grŵp yn gyffredinol. Yn yr elfennau cemegol hyn nodweddion a phriodweddau Lanthanwm neu actiniwm cyfwerth. Dyna pam mae'r lanthanides a actinides tynnu oddi ar y tabl o elfennau cemegol.

Gan fod y cyfluniad electronig f-sublayer dylanwadu priodweddau metelau

Fel yr ydym wedi dweud o'r blaen, mae sefyllfa lanthanides a actinides yn y system cyfnodol yn uniongyrchol yn penderfynu eu nodweddion ffisegol a chemegol. Er enghraifft, ïonau Ceriwm, gadoliniwm, ac elfennau eraill o'r teulu lanthanide cael eiliadau magnetig uchel oherwydd y nodweddion strwythurol f-sublayer. Mae'n bosib defnyddio metelau fel dopants gyfer cynhyrchu lled-ddargludyddion gydag eiddo magnetig. Sulfides elfennau teuluol actiniwm (e.e. protactiniwm sylffid, thoriwm) yn eu moleciwlau yn cael gymysg fath o fondio cemegol: ïonig-cofalent neu cofalent-metelaidd. Mae hyn yn nodwedd strwythurol wedi arwain at ymddangosiad priodweddau ffisegol a chemegol newydd ac yn gwasanaethu fel ateb i'r cwestiwn pam y lanthanides a actinides briodweddau fflworoleuol. Er enghraifft, sampl o arian actiniwm tywynnu yn y glow bluish tywyll. Mae hyn oherwydd y camau y ïonau metel cerrynt trydan, ffotonau o olau, sy'n digwydd o dan ddylanwad y excitation yr atomau ac electronau ynddo "neidio" i lefel egni uwch ac yna'n dychwelyd i'w orbit llonydd. Mae ar gyfer y rheswm hwn mae'r lanthanides a actinides yn phosphors.

Mae canlyniadau leihau radiws ïonig yr atomau

Ar Lanthanwm a actiniwm, fel elfennau oddi wrth eu teuluoedd, gostyngiad monotonic mewn dangosyddion maint radiws o ïonau metel. Mewn cemeg, mewn achosion o'r fath i siarad o'r lanthanide a actinide cywasgu. Cemeg yn gosod patrwm canlynol: gyda tâl cynyddol o gnewyllyn atomau, pan yr elfennau yn perthyn i un a'r un cyfnod ac mae eu lleihau radiws. Gall hyn gael ei egluro fel a ganlyn: ar gyfer metelau fel Ceriwm, praseodymiwm, neodymiwm, mae nifer y lefelau egni o atomau a bob amser yn gyfartal i chwech. taliadau Fodd bynnag niwclysau gynyddrannedig yn y drefn honno gan un ac yn gyfystyr 58, 59, 60. Hyn yn golygu bod yn cynyddu grym o atyniad o cregyn mewnol o electronau tuag at y niwclews gwefr bositif. O ganlyniad mae gostyngiad o radiws yr atomau. Mae'r cyfansoddion metel ïonig â chynyddu rhif atomig o radiws ïonig yn cael eu lleihau. Arsylwyd newidiadau tebyg yn y teulu elfennau actiniwm. Dyna pam yn cael eu galw y lanthanides a actinides efeilliaid. Lleihau radiws ïonau yn arwain yn bennaf at wanhau'r o briodweddau sylfaenol o hydrocsidau Ce (OH) _3, Pr (OH) _3, a gwaelod Lwtetiwm eisoes arddangosion eiddo amphoteric.

canlyniadau annisgwyl yn arwain llenwi electronau heb eu paru 4f-sublevel mewn orbitalau i hanner yr atom ewropiwm. Mae'n Atom Ni radiws ei leihau, ond yn hytrach yn cynyddu. Wrth ddilyn yn y gyfres o gadoliniwm lanthanides 5d-sublevel, mae un electron 4f-sublevel tebyg i Ue. strwythur o'r fath yn achosi gostyngiad sydyn yn y radiws o atomau gadoliniwm. Mae ffenomenon tebyg yn arsylwi yn bâr o yterbiwm - Lwtetiwm. Yr elfen gyntaf y radiws atom o fawr i fod i gwblhau llenwi 4f-sublayer, tra Lwtetiwm mae'n sydyn gostwng ag ar electron ymddangosiad 5d-sublevel arsylwyd. Yn actiniwm ac elfennau ymbelydrol eraill yn y radiws teulu o atomau ac ïonau nid ydynt yn newid monotonically, ond yn ogystal â hynny o'r lanthanides, yn wych. Felly, mae'r lanthanides a actinides yn elfennau lle mae priodweddau a'u cyfansoddion correlatively yn dibynnu ar y radiws ïonig a strwythur y cregyn electron yr atomau.

Dywed falens

Lanthanides a Actinides yn elfennau y mae eu nodweddion yn eithaf tebyg. Yn benodol, mae'n ymwneud â'u datgan ocsidiad yn yr ïonau falens ac atomau. Er enghraifft, thoriwm, protactiniwm, arddangos falens o dri, yn y cyfansoddion o Th (OH) _3, PACL _3, THF _3, Pa ₂ (CO _{3) 3.} Mae pob un o'r sylweddau hyn yn anhydawdd ac yn cael yr un nodweddion cemegol â'r metelau o teulu Lanthanwm: .., Ceriwm, praseodymiwm, neodymiwm, ac yn y blaen yn Lanthanides o'r cyfansoddion hyn hefyd yn trivalent. Mae'r enghreifftiau hyn yn profi cywirdeb ein honiad bod y lanthanides a actinides - efeilliaid. Mae ganddynt briodweddau ffisegol a chemegol tebyg. Gellir esbonio hyn yn bennaf strwythur orbitalau electron mewn atomau o ddau deulu o elfennau trosiannol mewnol.

priodweddau metel

Mae pob un o'r cynrychiolwyr o'r ddau grŵp yn fetelau sydd wedi cael eu cwblhau 4f-, 5f-, yn ogystal â d-sublevels. Lanthanwm ac elfennau o daear prin a elwir yn ei deulu. Mae eu nodweddion ffisegol a chemegol mor debyg bod ar wahân o dan amodau labordy, maent yn cael eu gwahanu gyda anhawster mawr. Dangos aml mae'r cyflwr ocsidiad 3, elfennau gyfres Lanthanwm yn cael llawer o debygrwydd gyda metelau alcalïaidd ddaear (bariwm, calsiwm, strontiwm). Actinides hefyd yn fetelau hynod o weithgar yn ychwanegol hefyd yn ymbelydrol.

nodweddion strwythurol y lanthanides a actinides ac eiddo cyffwrdd megis, er enghraifft, wedi ei rannu pyrophoric fân. Mae yna hefyd ostyngiad ym maint lattices crisialog metel wyneb-ganolog. Ychwanegwch bod yr holl elfennau cemegol ddau deulu - metel gyda llewyrch ariannaidd, oherwydd y adweithedd uchel awyr tywyllu gyflym. Maent yn cael eu cwmpasu gan ffilm ocsid priod diogelu rhag ocsideiddio pellach. Mae pob elfen yn ddigon anhydrin ac eithrio neptwniwm, a phlwtoniwm, mae'r tymheredd ymdoddi yn sylweddol is na'r 1000 ° C.

adweithiau cemegol Nodweddiadol

Fel y nodwyd yn gynharach, mae'r lanthanides a actinides yn gemegol metelau gweithredol. Felly, gall Lanthanwm, Ceriwm ac aelodau eraill o'r teulu yn hawdd fod yn gysylltiedig â sylweddau syml - halogenau, yn ogystal â ffosfforws, carbon. Gall Lanthanides hefyd yn rhyngweithio gyda charbon monocsid a charbon deuocsid. Maent hefyd yn gallu i ddadelfennu dŵr. Ar wahân i halwynau syml, fel ee SeCl ₃ neu PRF _3, maent yn ffurfio halwynau dwbl. Mewn cemeg ddadansoddol, yn meddiannu lle pwysig yr ymateb gyda'r lanthanide metel-glycin ac asidau citrig. Mae'r cyfansoddion cymhleth prosesau o'r fath sy'n deillio yn cael eu cymhwyso ar gyfer gwahanu cymysgedd o lanthanides, megis mwynau.

Drwy adwaith gyda nitrad, clorid ac asidau sulfate, metelau ffurfio halwynau cyfatebol. Maent yn hawdd hydawdd mewn dŵr ac mae'n hawdd gallu ffurfio hydrates crisialog. Dylid nodi bod yr atebion dyfrllyd o halwynau lanthanide yn lliw, sy'n cael ei esbonio gan bresenoldeb yn eu ïonau perthnasol. halen atebion Samarium neu praseodymiwm neodymiwm wyrdd - coch-porffor, europium a promethiwm - pinc. Ers yr ïonau mewn cyflwr ocsidiad 3 yn lliw, mae'n cael ei ddefnyddio mewn cemeg dadansoddol i ganfod ïonau metel, lanthanides (hyn a elwir yn adwaith o ansawdd uchel). Ar gyfer yr un diben yn defnyddio dulliau dadansoddi cemegol fel crystallization ffracsiynol a cyfnewid ïon cromatograffeg.

Mewn dau o'r grŵp actinides o elfennau y gellir ei wahaniaethu'n. Mae hyn yn Berkeley, fferm, mendelevium, Nobeliwm, lawrenciwm ac wraniwm, neptwniwm, plwtoniwm, omeretsy. nodweddion cemegol yn debyg i'r cyntaf metelau un a Lanthanwm oddi wrth ei deulu. Mae elfennau o'r ail grŵp wedi nodweddion cemegol tebyg iawn (yn union sylweddol at ei gilydd). Mae pob actinides rhyngweithio yn gyflym gyda anfetelau: sylffwr, nitrogen, carbon. Gyda legandami ocsigen maent yn ffurfio cyfansoddion cymhleth. Fel y gellir gweld, y ddau deulu o fetelau debyg i'w gilydd mewn ymddygiad cemegol. Dyna pam mae'r lanthanides a metelau actinides elwir yn aml yn twin.

system cyfnodol hydrogen Sefyllfa, mae'r lanthanides, mae'r actinides

Mae'n angenrheidiol i gymryd i ystyriaeth y ffaith bod hydrogen yn ddigon sylweddau adweithiol. Mae'n amlygu ei hun, yn dibynnu ar yr amodau adwaith cemegol: fel lleihau asiant a oxidizing asiant. Dyna pam yn y system cyfnodol, hydrogen yn yr un pryd mewn is-grwpiau pwysig o ddau grŵp.

Mae'r hydrogen cyntaf yn gweithredu fel asiant lleihau, yn ogystal â metelau alcalïaidd, lleoli yma. Hydrogen yn ei le y grŵp 7fed ynghyd â halogenau elfennau yn dangos ei gwydnwch. Yn y cyfnod chweched y mae, fel y crybwyllwyd eisoes, mae'r teulu o lanthanides, rendro mewn rhes ar wahân ar gyfer hwylustod a chrynoder y tabl. cyfnod Seithfed yn cynnwys grŵp o elfennau ymbelydrol sydd â nodweddion tebyg i actin. Actinides wedi'u lleoli y tu allan i tabl o elfennau cemegol DI Mendeleev dan Lanthanwm agos at deulu. Mae'r elfennau hyn o'r lleiaf a astudiwyd, gan fod y cnewyllyn eu atomau ansefydlog iawn oherwydd y ymbelydredd. Dwyn i gof bod y lanthanides a actinides yn elfennau trosiannol mewnol, a'u nodweddion ffisiogemegol yn debyg iawn.

Dulliau cyffredinol ar gyfer cynhyrchu diwydiant metel

Ac eithrio thoriwm, protactiniwm ac wraniwm, sy'n cael ei gynhyrchu gan uniongyrchol o fwynau, gall actinides eraill yn cael eu paratoi gan arbelydru samplau o llif metel wraniwm sy'n symud yn gyflym niwtronau. Yn neptwniwm raddfa ddiwydiannol a phlwtoniwm ei dynnu o gweddillion tanwydd o adweithyddion niwclear. Sylwer bod cael actinides - yn weddol broses gymhleth a chostus, y prif ddulliau sy'n cael eu cyfnewid ïon ac echdynnu multistage. Lanthanides, a elwir yn elfennau daear prin, a geir drwy electrolysis o cloridau neu fflworidau. I gael lanthanides ultrapure, defnyddio dull metallothermal.

Ble i wneud cais elfennau trosiannol mewnol

Mae sbectrwm o ddefnydd o fetelau yr ydym yn astudio yn eithaf eang. I deulu o actiniwm - yw, yn fwy na dim, arfau niwclear ac ynni. Actinides yn bwysig mewn meddygaeth, canfod flaw, dadansoddi activation. Mae'n amhosibl anwybyddu defnyddio lanthanides a actinides, fel dal niwtron mewn ffynonellau adweithyddion niwclear. Lanthanides ddefnyddio hefyd fel ychwanegiadau alloying i haearn a dur, yn ogystal ag wrth gynhyrchu phosphors.

Dosbarthiad yn natur

Yn aml, gelwir ocsidau actinides a lanthanides yn zirconium, thoriwm, ddaear Ytriwm. Maent yn ffynhonnell bwysig ar gyfer paratoi y metelau cyfatebol. Wranws, fel y prif gynrychiolydd y actinides yn y haen allanol y lithosffer ar ffurf pedwar math o fwynau neu fwynau. Yn gyntaf oll, mae'n pitchblende, sy'n wraniwm deuocsid. Mae'n cynnwys uchel o fetel. ynghyd yn aml gan ddyddodion wraniwm deuocsid radiwm (gwythiennau). Maent yn cael eu gweld yn Canada, Ffrainc, Zaire. thoriwm a chanolfannau wraniwm mwynau yn aml yn cynnwys mwynau eraill o fetelau gwerthfawr, megis aur neu arian.

Rhestr o ddeunyddiau crai mor gyfoethog yn Rwsia, De Affrica, Canada ac Awstralia. Mae rhai creigiau gwaddod yn cynnwys y carnotite mwynau. Mae ei strwythur, yn ogystal â wraniwm, fanadiwm ac yn mynd i mewn un arall. Y pedwerydd math o wraniwm crai - yn fwyn ffosffad a zhelezouranovye llechi. Mae eu cronfeydd wrth gefn yn ym Moroco, Sweden a'r Unol Daleithiau. Y hystyried addawol fel adneuon o lo a lignit cynnwys amhureddau wraniwm. Maent yn cael eu cynhyrchu yn Sbaen, y Weriniaeth Tsiec, yn ogystal â dau Taleithiau'r Unol Daleithiau - Gogledd a De Dakota.