لانتانیدها و اکتینیدها: موقعیت در سیستم تناوبی

هر یک از عناصر شیمیایی نشان داده شده در پوسته زمین: جو و لیتوسفر هیدروسفر - می تواند به عنوان یک مثال روشن تایید آموزه اتمی و مولکولی اساسی قانون تناوبی خدمت می کنند. دانشمندان روسی M. V. Lomonosovym و D. I. Mendeleevym - آنها توسط مشاهیر تاریخ طبیعی فرموله شد. لانتانیدها و آکتینیدها - دو خانواده، که شامل 14 عناصر شیمیایی، و همچنین فلزات خود - لانتانیم و آکتینیوم است. خواص آنها - هر دو فیزیکی و شیمیایی - به توسط ما در این کار شود. علاوه بر این، ما تعیین موقعیت در سیستم تناوبی هیدروژن، لانتانیدها، اکتینیدها بستگی به ساختار از اربیتال های الکترونی اتم.

تاریخچه کشف

در اواخر قرن 18 گادولینیوم یو های ترکیب برای اولین بار از این گروه از فلز خاکی کمیاب به دست آمد - اکسید ایتریوم. تا اوایل قرن 20، به لطف تحقیقات توسط G. Moseley در شیمی از وجود یک گروه از فلزات آگاه شد. آنها در جدول تناوبی بین لانتانیم و هافنیم واقع شد. یکی دیگر از عناصر شیمیایی - آکتینیوم لانتانیم مانند، یک خانواده از 14 رادیواکتیو را تشکیل عناصر شیمیایی، این اکتینیدها. کشف خود را در علم از سال 1879 تا اواسط قرن 20 اتفاق افتاده است. لانتانیدها و اکتینیدها یک مقدار زیادی از شباهت ها در خواص فیزیکی و شیمیایی. سطح پنجم F-زیر لایه - این می توان توضیح داد آرایش الکترونها در اتمهای این فلزات، که در سطوح انرژی، یعنی لانتانیدها به سطح چهارم F-زیر لایه است، و برای اکتینیدها. بعد، ما در نظر گرفتن پوسته های الکترونی اتم از فلزات فوق الذکر در جزئیات بیشتر.

ساختار عناصر واسطه داخلی در پرتو نظریه اتمی مولکولی

کشف درخشان از ساختار مواد شیمیایی M. V. Lomonosova اساس برای مطالعه بیشتر از پوسته الکترونی اتم بود. مدل رادرفورد از ساختار ذرات بنیادی یک عنصر شیمیایی، تحقیقات ماکس پلانک، فاطمه Hund وجود اجازه شیمیدانان برای پیدا کردن توضیح صحیح از قوانین موجود از تنوع دوره ای از خواص فیزیکی و شیمیایی، که توسط لانتانیدها و اکتینیدها است. شما می توانید نقش حیاتی قانون تناوبی D. I. Mendeleeva در مطالعه ساختار اتم عناصر واسطه را نادیده بگیرد. اجازه دهید این موضوع را با جزئیات بیشتری بررسی کند.

محل عناصر واسطه داخلی در سیستم تناوبی D. I. Mendeleeva

در گروه سوم از ششم - یک دوره طولانی تر - فلز خانواده لانتانیم، سریم و مرتب به لوتیتم فراگیر است. در لانتانیم اتم 4F-زیر لایه های خالی و به طور کامل در الکترون لوتیتم 14 پر شده است. در عناصر دفع therebetween است، پر کردن تدریجی F-اوربیتال وجود دارد. در خانواده اکتینیدها - از توریم به لارنسیم - همین اصل تجمع ذرات با بار منفی با این تفاوت که در الکترونهای پر کردن 5F-زیر لایه رخ می دهد مشاهده شده است. ساختار سطح انرژی خارجی و تعداد ذرات منفی آن را برعهده (به دو برابر) در تمام فلزات بالا است. این واقعیت را که چرا لانتانیدها و اکتینیدها، به نام عناصر واسطه درونی، شباهت بسیاری دارند پاسخ می دهد.

برخی منابع از ادبیات شیمیایی هر دو خانواده را به سمت دوم از زیر گروه ترکیب شده است. آنها حاوی دو فلز از هر خانواده. در فرم کوتاه از سیستم تناوبی عناصر شیمیایی نمایندگان DI مندلیف از این خانواده ها از جدول خود جدا شده و ردیف جداگانه مرتب شده اند. بنابراین، موقعیت اکتینیدها و لانتانیدها در سیستم تناوبی مربوط به طرح کلی از ساختار اتم و الکترون در سطح دوره تناوب پر کردن درونی و حضور اکسیداسیون همان باعث جمع آوری فلزات واسطه داخلی در گروه به طور کلی. در این عناصر شیمیایی دارای ویژگی ها و خواص لانتان معادل یا آکتینیوم است. به همین دلیل به لانتانیدها و اکتینیدها از جدول عناصر شیمیایی حذف شود.

به عنوان ساختاری الکترونیکی از F-زیر لایه خواص فلزات را تحت تاثیر قرار

همانطور که قبلا گفتم، موقعیت لانتانیدها و اکتینیدها در سیستم تناوبی مستقیم ویژگی های شیمیایی و فیزیکی آنها را تعیین میکند. به عنوان مثال، یون سریم، گادولینیم، و سایر عناصر خانواده لانتانیدها لحظات مغناطیسی بالا با توجه به ویژگی های ساختاری F-زیر لایه. ممکن است که به استفاده از فلزات به عنوان ناخالصی برای تولید نیمه هادی ها با خواص مغناطیسی. سولفیدها خانواده عناصر آکتینیوم (به عنوان مثال، پروتاکتینیم سولفید، توریم) در مولکول خود یک مخلوط نوع پیوند شیمیایی: یونی کووالانسی یا کووالانسی فلزی. این ویژگی های ساختاری، به ظهور خواص فیزیکی و شیمیایی جدید به رهبری و به عنوان یک پاسخ به این سوال که چرا به لانتانیدها و اکتینیدها دارای خواص فلورسنت خدمت می کنند. به عنوان مثال، یک نمونه از اکتینیم نقره می درخشد در تب و تاب مایل به آبی تیره است. این به خاطر این عمل از یون های الکتریکی فلز فعلی، فوتون از نور، که تحت تاثیر تحریک اتم ها و الکترون ها در آن "پرش" را به یک سطح انرژی بالاتر رخ می دهد و پس از آن به مدار ثابت خود بازگشت. این به این دلیل است که به لانتانیدها و اکتینیدها فسفر می باشد.

عواقب کاهش شعاع یونی از اتم

در لانتانیم و آکتینیوم مانند عناصر از خانواده های خود، کاهش یکنواخت در شاخص اندازه شعاع یون های فلزی. در شیمی، در چنین مواردی به از لانتانیدها و اکتینیدها فشرده سازی صحبت می کنند. شیمی تنظیم الگوی زیر: با افزایش مسئول هسته اتم، زمانی که عناصر متعلق به یکی و همان دوره و کاهش شعاع آنها. این را می توان به شرح زیر توضیح داد: برای فلزات مانند سریم، پراسئودیمیوم، نئودیمیوم، تعداد سطوح انرژی اتمهای و همیشه به شش برابر است. اتهامات این هسته به ترتیب یک واحد اضافه و تشکیل 58، 59، 60. این به این معنی است که نیروی جاذبه از پوسته داخلی الکترون به سمت هسته با بار مثبت را افزایش می دهد. به عنوان یک نتیجه است کاهش شعاع از اتم ها وجود دارد. ترکیبات فلزی یونی با افزایش عدد اتمی از شعاع یونی نیز کاهش می یابد. تغییرات مشابه در خانواده عناصر آکتینیوم مشاهده شد. به همین دلیل به لانتانیدها و اکتینیدها می دوقلوها نامیده می شود. کاهش شعاع یون منجر عمدتا به تضعیف خواص اساسی از هیدروکسیدهای م (OH) _3، احتمال (OH) _3، و پایه لوتیتم در حال حاضر خواص آمفوتریک.

نتایج غیر منتظره منجر پر کردن الکترون جفت نشده 4F-زیرسطح در اوربیتال اتم به نصف اروپیم است. او اتم شعاع کاهش می یابد نیست، بلکه افزایش یافته است. در زیر آن را در مجموعه لانتانیدها گادولینیوم 5D-زیرسطح، یک الکترون 4F-زیرسطح مشابه اتحادیه اروپا وجود دارد. چنین ساختار باعث کاهش ناگهانی در شعاع اتم گادولینیوم. پدیده ای مشابه در یک جفت از ایتربیم مشاهده - لوتیتم. نخستین عنصر شعاع اتم از یک بزرگ با توجه به تکمیل پر کردن 4F-زیر لایه، در حالی که لوتیتم آن به طور ناگهانی به عنوان در الکترون ظاهر مشاهده 5D-زیرسطح کاهش می یابد. در آکتینیوم و دیگر عناصر رادیواکتیو در این شعاع خانواده اتم ها و یون ها را تغییر ندهید یکنواخت، اما همچنین که از لانتانیدها، در فراز و نشیب. بنابراین، لانتانیدها و اکتینیدها عناصر که در آن ویژگی های ترکیب متناظر در شعاع یونی و ساختار پوسته های الکترونی از اتم وابسته است.

کشورهای ظرفیت

لانتانیدها و آکتینیدها عناصر که ویژگی های کاملا مشابه هستند. به طور خاص، آن را مربوط به حالات اکسیداسیون خود را در یون ظرفیت و اتم. به عنوان مثال، توریم، پروتاکتینیوم، برگزاری نمایشگاه در ظرفیت سه، در ترکیبات توریم (OH) _3، PACL _3، THF _3، پا ₂ (CO _{3) 3.} همه از این مواد غیر قابل حل هستند و خواص شیمیایی مشابه به عنوان فلزات از خانواده لانتانیم: ..، سریم، پراسئودیمیوم، نئودیمیوم، و غیره در لانتانیدها از این ترکیبات نیز سه ظرفیتی است. این نمونه اثبات صحت ادعای ما این است که لانتانیدها و اکتینیدها - دوقلوها. آنها خواص فیزیکی و شیمیایی مشابه داشته باشد. این را می توان در درجه اول در اتم هر دو خانواده عناصر واسطه داخلی توضیح داد که ساختار از اربیتال های الکترونی.

خواص فلز

همه نمایندگان دو گروه فلزات که در حال تکمیل اند 4f-، 5f-، و همچنین D-زیرسطح هستند. لانتانیم و عناصر خاکی کمیاب به نام خانواده اش. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود را به طوری مشابه که به طور جداگانه تحت شرایط آزمایشگاهی، آنها را با مشکل بزرگ از هم جدا هستند. نمایش اغلب حالت اکسیداسیون 3، عناصر سری لانتانیم دارند شباهت های بسیاری با فلزات قلیایی خاکی (باریم، کلسیم، استرانسیم). اکتینیدها فلزات بسیار فعال علاوه بر این نیز رادیو اکتیو هستند.

ویژگی های ساختاری از لانتانیدها و اکتینیدها و خواص لمسی مانند، برای مثال، ریز زا تقسیم شده است. همچنین کاهش اندازه دریچه های کریستالی فلزی صورت محور وجود دارد. اضافه کردن که تمام عناصر شیمیایی هر دو خانواده - یک فلز با شین نقره ای، با توجه به واکنش پذیری بالای هوا به سرعت تیره. آنها توسط فیلم اکسید مربوطه حفاظت از اکسیداسیون بیشتر پوشانده شده است. همه عناصر به اندازه کافی به جز نپتونیوم و پلوتونیوم نسوز هستند، دمای ذوب به طور قابل توجهی کمتر از 1000 درجه سانتی گراد است

واکنش های شیمیایی مشخصه

همانطور که قبلا اشاره شد، لانتانیدها و اکتینیدها از نظر شیمیایی فلزات فعال است. هالوژنها، و همچنین فسفر، کربن - بنابراین، لانتانیم، سریم و دیگر اعضای خانواده به راحتی می توانید با مواد ساده متصل شود. لانتانیدها نیز ممکن است با مونواکسید کربن و دی اکسید کربن در تعامل است. آنها همچنین قادر به تجزیه آب هستند. علاوه بر نمک ساده، مانند به عنوان مثال، SeCl ₃ یا PRF _3، آنها نمک دو شکل می دهند. در شیمی تجزیه، اشغال یک مکان مهم واکنش با لانتانیدها فلزی گلیسین و اسیدهای سیتریک. در نتیجه ترکیبات پیچیده فرآیندهای چنین برای جدایی از مخلوطی از لانتانیدها، مانند سنگ معدن استفاده می شود.

در اثر واکنش با نیترات، کلرید و سولفات اسید، فلزات نمکهای متناظر تشکیل می دهد. آنها به آسانی در آب محلول بوده و به راحتی قادر به تشکیل هیدرات کریستالی. لازم به ذکر است که راه حل های آبی از نمکهای لانتانیدها رنگی است که با حضور در یون های مربوطه خود را توضیح داد. نمک راه حل ساماریوم یا پراسئودیمیوم نئودیمیم سبز - قرمز-بنفش، اروپیم و پرومتیوم - صورتی. از آنجا که یون ها در حالت اکسیداسیون 3 رنگ، آن است که در شیمی تحلیلی برای تشخیص یون های فلزی، لانتانیدها استفاده می شود (به اصطلاح واکنش با کیفیت بالا). برای همین منظور نیز از روش های تجزیه و تحلیل شیمیایی مانند تبلور جزء به جزء و کروماتوگرافی تبادل یونی استفاده می شود.

در دو گروه اکتینیدها از عناصر را می توان متمایز است. این برکلی، مزرعه، مندلویم، نوبلیم، لارنسیم و اورانیوم، نپتونیوم، پلوتونیوم، omeretsy است. خواص شیمیایی شبیه به یک و لانتانیم برای اولین بار از فلزات خانواده او هستند. عناصر گروه دوم دارای خصوصیات شیمیایی بسیار شبیه (قابل ملاحظه ای یکسان به یکدیگر). گوگرد، نیتروژن، کربن: تمام اکتینیدها به سرعت با فلزات غیر اهنی تداخل می کنند. با legandami اکسیژنی را که ترکیبات پیچیده تشکیل می دهد. همانطور که دیده می شود، هر دو خانواده از فلزات شبیه به یکدیگر در رفتار شیمیایی. به همین دلیل به لانتانیدها و اکتینیدها فلزات اغلب به نام دوقلو.

وضعیت هیدروژن سیستم تناوبی، لانتانیدها، اکتینیدها

این را به حساب این واقعیت است که هیدروژن به اندازه کافی ماده واکنش لازم است. این موضوع خود را، بسته به شرایط واکنش شیمیایی: به عنوان یک عامل کاهنده و اکسید کننده است. به همین دلیل است در سیستم تناوبی، هیدروژن به طور همزمان است در زیر گروه عمده از دو گروه.

اولین هیدروژن به عنوان یک عامل کاهنده، و همچنین عمل می کند فلزات قلیایی، واقع در اینجا. هیدروژن در محل از گروه 7 به همراه عناصر هالوژن ها نشان می دهد انعطاف پذیری آن است. در دوره ششم آن است، به عنوان قبلا ذکر شد، خانواده لانتانیدها، ارائه شده در یک ردیف جداگانه برای راحتی و فشردگی از جدول. دوره هفتم شامل یک گروه از عناصر رادیواکتیو با ویژگی مشابه با اکتین می شود. اکتینیدها در خارج از جدول عناصر شیمیایی DI مندلیف زیر خانواده لانتانیم در نزدیکی واقع شده است. این عناصر از حداقل مورد مطالعه، از هسته اتم خود را با توجه به رادیواکتیویته بسیار ناپایدار هستند. به یاد بیاورید که لانتانیدها و اکتینیدها عناصر واسطه داخلی هستند، و خصوصیات فیزیکوشیمیایی آنها خیلی مشابه هستند.

روش عمومی برای تولید صنایع فلزی

به جز توریم، پروتاکتینیوم و اورانیوم، است که توسط مستقیم از سنگ معدن تولید، اکتینیدها دیگر را می توان با تابش نمونه از جریان فلز اورانیوم در حال حرکت سریع نوترون آماده شده است. در نپتونیوم مقیاس صنعتی و پلوتونیوم از سوخت مصرف شده از راکتور هسته ای استخراج شده است. توجه داشته باشید که به دست آوردن اکتینیدها - است که نسبتا فرایند پیچیده و پر هزینه، روش های اصلی که تبادل یونی و استخراج چند مرحله ای. لانتانیدها، که عناصر خاکی کمیاب نامیده می شود، به دست آمده توسط الکترولیز کلرید یا فلورید. برای به دست آوردن لانتانیدها فوق العاده خالص، با استفاده از روش metallothermal.

که در آن به اعمال عناصر واسطه داخلی

طیف استفاده از فلزات که ما مطالعه بسیار وسیع است. برای یک خانواده از اکتینیم - است، بالاتر از همه، سلاح های هسته ای و انرژی است. اکتینیدها در پزشکی، تشخیص عیب، روش فعال سازی مهم است. این غیر ممکن است به چشم پوشی از استفاده از لانتانیدها و اکتینیدها، به عنوان جذب نوترون در منابع راکتورهای هسته ای. لانتانیدها نیز به عنوان افزودنی های آلیاژی به آهن و فولاد، و همچنین در تولید مواد درخشان استفاده می شود.

توزیع در طبیعت

اکسید اکتینیدها و لانتانیدها اغلب به نام زیرکونیوم، توریم، عناصر خاکی ایتریم. آنها منبع اصلی برای تهیه فلزات مربوطه می باشد. اورانوس، به عنوان نماینده اصلی اکتینیدها در لایه بیرونی از لیتوسفر در قالب چهار نوع از سنگ معدن یا مواد معدنی است. اول از همه، آن را اورانیت است، که دی اکسید اورانیوم. این محتوای بالایی از فلز است. اغلب توسط رادیوم سپرده دی اکسید اورانیوم (رگ) همراه است. آنها در کانادا، فرانسه، زئیر پیدا شده است. مجتمع های توریوم و اورانیوم سنگ معدن معمولا حاوی سنگ معدن دیگر فلزات با ارزش، مانند طلا و نقره.

موجودی از جمله مواد خام غنی از روسیه، آفریقای جنوبی، کانادا و استرالیا. برخی از سنگ های رسوبی حاوی کارنوتیت معدنی. ساختار آن، علاوه بر اورانیوم و وانادیوم و وارد یکی دیگر از. نوع چهارم از اورانیوم خام - سنگ فسفات و قواره zhelezouranovye. ذخایر خود در مراکش، سوئد و ایالات متحده هستند. در حال حاضر امیدوار کننده به عنوان سپرده ذغال حاوی ناخالصی اورانیوم محسوب می شود. آنها در اسپانیا تولید، جمهوری چک، و همچنین به عنوان دو دولت ایالات متحده آمریکا - شمالی و داکوتای جنوبی است.