Chimie pentru studenții de lantanide

Patruzeci de elemente (numerele de ordine 58-71) situate în sistemul periodic din spatele lantanului se caracterizează printr-o similitudine semnificativă a proprietăților chimice. Aceste elemente, împreună cu elementele celui de-al treilea subgrup, au fost numite pământuri rare; În prezent, pentru elementele care urmează lantanului, se recomandă denumirea de "lantanid". Ele sunt, uneori, numite lantanide. În secvența în care sunt localizați lantanidele, cel de-al patrulea strat de electroni (numărul maxim de electroni din acest strat 32) este umplut de la 18 la 32 de electroni și se formează o coajă 4f.







Electronii din coaja 4f nu participă la reacțiile de participare, astfel încât multe dintre proprietățile chimice ale lantanidelor se dovedesc a fi similare. Radiurile ionilor pozitivi tripli încărcați de aceste elemente scad de la lantan (1,04 A) la lutețiu (0,84 A), datorită creșterii încărcăturii nucleare cu un număr neschimbat de cochilii de electroni. Contracția razei, numită compresie lanthanoidă, este motivul slăbicirii proprietăților de bază ale hidroxizilor, având în vedere creșterea numărului de lantanide.

Astfel, hidroxidul de lantan este o bază destul de puternică, în timp ce aceste proprietăți ale hidroxidului de lutetiu sunt foarte slab exprimate. Umplerea carcasei 4f are loc în așa fel încât doi atomi de electroni să apară simultan în atomul de ceriu și nu există electroni în această coajă la atomul de lantan. Ca urmare a acestui fapt, lantanidele se dovedesc a fi 14, dacă nu includem lantanul în sine, dar luăm în considerare lutețiul.

Printre chimiști, nu există un consens cu privire la elementele care trebuie combinate sub denumirea de "lanthanide". Soluția acestei probleme (care, cu toate acestea, nu are nici o semnificație fundamentală) depinde de alegerea criteriului prin care se face clasificarea.

Dacă pornim de la o similitudini pur chimice (așa cum se procedează, de exemplu, A. Bumbac și G. Wilkinson), apoi lantan, lutețiu și ar trebui să fie incluse printre lantanide, deoarece similitudinea chimică între ele, fără îndoială. În acest caz, lantanide rândul său 15. Dacă caracteristica lantanidelor presupunem umplere treptată 4f-scoici, secvența de pornire este ceriu, iar - terminali yterbiu, lantanide și numai 13 vor compromite soluție (L. Pauling și T. 3. Smirnov) este că lantan, care este numit de nume, iar întreaga secvență, prea lantanide la un fir cu plumb, dar lutețiu ca conținând 5d-electron să nu fie adăugate lantanide dizolvate (14) lantanidelor.

Excluderea lutetiului este logică și mai justificată decât includerea lantanului.

Vom folosi cea mai obișnuită terminologie, conform căreia elementele "de la ceriu la lutețiu" sunt incluse sub denumirea de "lantanide".

La astfel de atomi multielectroni mari ca atomii de lantanid, diferențele în energia de legare în cochilii apropiați sunt mici și, în special, tranzițiile de la nivelul 4a la 5b - sunt foarte posibile. Aceasta este de obicei asociată cu valența 3, caracteristică lantanidelor. Totuși, posibilitatea tranziției depinde de alți factori; energia de hidratare ionică, energia de formare a produsului de recuperare și așa mai departe.

Toți ionii tetravalenți de lantanizi ușori sunt instabili termodinamic atunci când sunt reconstituiți cu apă în soluții apoase acide (Kennngem).

Când numărul de electroni din carcasa 4f ajunge la 7, un electron apare în pin-ul 5d-o6o. Acest lucru se întâmplă în atomul de gadoliniu. Nu există electroni de 5d în spatele elementelor din spatele lor. Numai în lutețiul 5d-electron apare din nou. De la ceriu la gadoliniu, 4f-shell-ul este umplut în acest fel. că numai electronii nepartiți sunt conținute în el - perechile încep să apară în atomul de terbium. În atomul de lutetiu, toți electronii 4f sunt împerecheați.







Scăderea razei atomului de la lantan la lutețiu este neregulată - abaterile (o rază prea mare) sunt observate în europium și ytterbium. Aceste elemente prezintă o valență de două. Se presupune că ele dau doi electroni banda de conducție, deci ionul lor are dimensiuni mari. Puterea cu care sunt conectate electronii de la nivelul 4f atinge valori ridicate cu numărul de electroni egal cu 7 (Gd) și 14 (Yb). În schimb, dacă numărul de electroni la acest nivel este mic, conexiunea lor este mai slabă și pot merge la nivelul 5d. Într-adevăr, ceriul și praseodimul au stări de oxidare de +4, aceleași stări de oxidare sunt caracteristice pentru Tb și Dy după gadoliniu.

Lantanidele sunt paramagnetice și sunt caracterizate de linii clare în spectru (regiuni ultraviolete, vizibile și infraroșii).

Spectrele lor nu se modifică atunci când mediul ionilor variază - schimbând natura solventului sau implicând ionul în diferiți compuși. Originea liniilor spectrale este asociată cu o carcasă profundă 4f, care este bine protejată de electroni externi.

Lantanidelor sunt de obicei împărțite în două grupe: ceriu, care includ ceriu, praseodim, neodim, promețiu, samariu, europiu (uneori lantan) și ytriu, gadoliniu, terbiu, disprosiu, holmiu, erbiu, tuliu, iterbiu și lutețiu. Promethium, aparent, nu apare în natură - a fost obținut artificial și posedă radioactivitate.

Motivul pentru împărțirea în două grupe este o diferență notabilă în proprietățile (culoarea ionilor, solubilitatea sulfatilor duble, stările caracteristice de valență etc.) ale elementelor acestor două grupe.

După cum sa menționat deja în paragraful anterior, 14 elemente conexe s-au unit direct la lantan, unite sub numele de familie de lantanide.

Două straturi de electroni externi în atomii de aproape toate lantanidele sunt construite în același mod, iar al treilea strat suferă o schimbare, numărul de electroni în tranziția de la

La la Lu crește de la 18 la 32. Deoarece proprietățile chimice ale elementelor sunt legate de structura straturilor electronice în principal externe, schimbarea numărului de electroni din cel de-al treilea strat le reflectă destul de slab. În acest context, toate lantanidele sunt asemănătoare în proprietățile unora cu alții și sunt, ca atare, membre ale "seriei omoloage" de lantan.

Într-un stat liber lantanidelor sunt metale tipice, cel mai similar cu proprietățile de lantan (ce - A) sau ytriu (Gd - Lu). Toate acestea, de regulă, sunt trivalente. Ceriu, în plus, dă o serie de compuși în care este tetravalent. La fel de importante sunt derivați ai tetravalent Pr și Tb, și lantanide bivalente, cele mai caracteristice pentru europiu. Jonah E3 + y Ce, Gd, Tb, Yb și Lu sunt incolore, în timp ce restul au culori sau nuanțe distincte: Pm, Eu si Er-roz, Sm, Dy, Ho - galben, Pr și Tu - verde, de Nd - roșu și violet. În cele mai multe cazuri, culoarea ionilor hidratați este aceeași. O excepție este roz Nd # 729, # 729, # 729;, caracterul CBE-topogloscheniya care, diluat (1 g / l).

Oxizii de lantanid (E2O3) sunt pulberi refractare, insolubile în apă, dar atașate viguros la formarea de hidroxizi. Culoarea lor aproape coincide cu colorarea ionilor liberi.

Hidroxizii de E (OH) 3 în apă sunt aproape insolubili. Toate acestea sunt de bază. În ceea ce privește gradul de exprimare, hidroxizii de lantanid pot fi aranjați într-o serie care coincide cu un număr de raze ionice ale acelorași elemente:

Poziția Y (OH) 3 în acest rând - între hidroxizii Dy și Ho - corespunde, de asemenea, valorii razei Y ³ # 8314; (1,06 A). Din punctul de vedere al reprezentărilor considerate anterior, o dependență similară a proprietăților E (OH) 3 pe razele ionilor, E3: 8314; este destul de ușor de înțeles. Culoarea lor coincide cu colorarea acestor ioni. În conformitate cu caracterul său de bază, hidroxizii de lantanidă sunt insolubili în alcalii, dar reacționează ușor cu acizii.

Sărurile lantanidelor sunt foarte asemănătoare cu proprietățile sărurilor corespunzătoare ale lui La și Y. Pentru unele dintre ele, culorile sunt mai caracteristice decât pentru ionii E ³ # 8314; De exemplu, Pm (N03) a are o culoare roz, dar PmCl3 - galben.

O diferență importantă între ceriu și lantanidele rămase este stabilitatea oxidului său superior și a anumitor derivați ai acestuia din urmă. Dioxidul de ceriu alb (CeO2) se formează după incandescență în aer

atât metalul cât și sărurile sale. Hidroxidul Ge (OH) 4 corespunzător este un precipitat gelatos galben. Proprietățile sale principale sunt mai slabe decât în ​​Sc (OH) 3. În alcali, Ce (OH) 4 mail "este insolubil și se dizolvă în acizi, formând sărurile corespunzătoare.

Ion Hsieh # 1795; # 1795; are o culoare portocalie. Sărurile de ceriu tetravalent în soluție sunt puternic hidrolizate. Dacă ceriul trivalent este ușor oxidat într-un mediu alcalin până la un aer tetravalent (aer deja oxigenat), atunci derivații acizi ai ceriului tetravalent nu sunt foarte stabili și sunt oxidanți puternici. Interacțiunea Ce (OH) 4 cu acizi oxidabili conduce la formarea de săruri de ceriu trivalent. În acest sens, numărul de derivați cunoscuți de ceriu tetravalent este destul de limitat.

Deși ceriu în unele dintre legăturile sale și creează acest element poziție oarecum aparte, printre alte lantanide, dar, în general, ultima expoziție extrem de aproape o asemănare cu subgrupul elementelor scandiu, naturale rămas întins pe majoritatea proprietăților dintre lantan și scandiu.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: