6.14: Лантаноїди та актиніди

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19385

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Скільки ляльок на цій картині?

Російські «матрьошки» (часто відомі як матрьошки) мають давню історію в Росії. Ці ляльки призначені для гніздування один одного. Коли ми відкриваємо найбільшу ляльку, ми знаходимо всередині неї трохи меншу ляльку. Ці ляльки часто можуть спускатися на сім або вісім шарів, а деякі мають понад тридцять п'ять шарів.

Лантаноїди і актиніди

Ми бачимо деякі приховані «шари» в хімії. Розглядаючи таблицю Менделєєва нижче, видно дві рожеві коробки - одна між\(\ce{Ba}\) (елемент 56) і\(\ce{Hf}\) (елемент 72), а інша між\(\ce{Ra}\) (88) і\(\ce{Rf}\) (104). Всі ці елементи мають незаповнені\(f\) -підрівні. Через унікальність електронних конфігурацій ці елементи вписуються в дві коробки більшої періодичної таблиці.

Зі збільшенням кількості електронів в атомі ми починаємо бачити деякі дивні поведінки. Через те, як працюють рівні енергії електронів, деякі внутрішні рівні заповнюються після того, як це роблять один або кілька зовнішніх шарів. Ми бачимо це у двох подібних групах елементів - лантаноїди та актиніди.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): (Кредит: Цефей, модифікований Фондом CK-12; Джерело: Вікісховище Вікімедіа, Періодична таблиця (відкривається у новому вікні) [commons.wikimedia.org]; Ліцензія: Громадське надбання)

\(f\)-Блок

Першим з\(f\) підрівнів для початку заливки є\(4f\) підрівень. Він заповнюється після\(6s\) підрівня, що означає, що\(f\) підрівні є двома основними енергетичними рівнями позаду. Загальна електронна конфігурація для елементів у \(f\)-блоці є\(\left( n-2 \right) f^{1-14} ns^2\). Сім орбіталів\(f\) підрівня вміщають 14 електронів, тому\(f\) блок становить 14 елементів в довжину. Вона витягується з основного корпусу таблиці Менделєєва і показана в самому низу. Через це елементи\(f\) блоку не належать до групи, будучи заклиненими між групами 3 і 4. Лантаніди - це 14 елементів від церію (атомний номер 58) до лютецію (атомний номер 71). Слово походить від грецького "\(\lambda \alpha \nu \theta \alpha \nu \epsilon \iota \nu \)" означає «бути прихованим». Назва, ймовірно, виникла тому, що всі ці елементи ховаються один за одним в таблиці Менделєєва. \(4f\)Підрівень знаходиться в процесі заповнення для лантаноїдів. Всі вони є металами і за реакційною здатністю схожі з лужноземельними металами групи 2.

Актиніди - це 14 елементів від торію (атомний номер 90) до Лоренцію (атомний номер 103). \(5f\)Підрівень знаходиться в процесі заповнення. Актиніди - це всі радіоактивні елементи, і лише перші чотири були знайдені природним шляхом на Землі. Всі інші були виготовлені лише штучно в лабораторії. Лантаноїди і актиніди разом іноді називають внутрішніми перехідними елементами.

Використання лантаноїдів

Лантаноїди широко використовуються як сплави для додання міцності та твердості металам. Основним лантаноїдом, що використовується для цієї мети, є церій, змішаний з невеликою кількістю лантану, неодиму та празеодиму. Ці метали також широко використовуються в нафтовій промисловості для переробки сирої нафти в бензинові продукти.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Нафтопереробний завод. (Кредит: Вальтер Зігмунд; Джерело: Вікісховище Вікімедіа, НПЗ Анакортес (відкривається в новому вікні) [commons.wikimedia.org]; Ліцензія: CC by 2.0 (відкривається в новому вікні))

Ербій та інші лантаніди широко використовуються в деяких оптичних пристроях, таких як окуляри нічного бачення, лазерні промені та фосфоресцентні матеріали.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Окуляри нічного бачення. (Кредит: Надано армією США; Джерело: Вікісховище Вікімедіа, Файл:PEO ANAVS -6 NVG .jpg (відкривається в новому вікні) [commons.wikimedia.org]; Ліцензія: Громадське надбання)

Використання актинідів

Актиніди цінні насамперед тим, що вони радіоактивні. Ці елементи можуть бути використані як джерела енергії для таких різноманітних застосувань, як кардіостимулятори серця, для генерації електричної енергії для приладів на Місяці. Уран і плутоній використовуються в ядерній зброї та на атомних електростанціях.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Кардіостимулятор. (Кредит: Стівен Фрутсмаак; Джерело: Вікісховище Вікімедіа, Медичний кардіостимулятор Сент-Джуда з правителем (відкривається в новому вікні) [commons.wikimedia.org]; Ліцензія: CC by 3.0 (відкривається в новому вікні))

Резюме

Лантаноїди і актиніди - це елементи з незаповненими\(f\) орбіталями.
Лантаноїди - це всі метали з реакційною здатністю, подібною до елементів групи 2.
Актиніди - це всі радіоактивні елементи.
Лантаноїди використовуються в оптичних приладах (окуляри нічного бачення), нафтопереробці та сплавах.
Актиніди знаходяться в основному в додатках, де їх радіоактивність може бути використана для живлення пристроїв, таких як кардіостимулятори серця.

Рецензія

Який електронний підрівень заповнюється лантаноїдами?
Який електронний підрівень заповнюється актинідами?
Який підрівень заливається безпосередньо перед заливкою цього підрівня?
Які актиніди зустрічаються природним шляхом на землі?
Перерахуйте деякі види використання лантаноїдів.
Перерахуйте деякі види використання актинідів.