Lantanidák kémia a diákok
Tizennégy elemek (sorozatszámok 58-71) elrendezett a periódusos lantán, azzal jellemezve, hogy jelentős mértékű hasonlóságot a kémiai tulajdonságok. Ezek az elemek együtt elemek átmenet csoport III elemzi ritkaföldfém; Most a következő elemeket lantán, akkor ajánlott a neve „lantanidák”. Ezeket néha nevezik lantanidák. A sorrend, amelyben ott vannak a lantanidák, a negyedik elektronikus töltött réteg (a maximális számú elektronok ez a réteg 32) 18 és 32 elektronok és van kialakítva 4f héjú.
Az elektronok 4f héjú reakciók nem vesz részt, így számos kémiai tulajdonságai lantanidák hasonlóak. A sugarak háromszoros töltésű pozitív ionok ezen elemek csökken lantán (1,04 A) lutécium (0,84 A) növekedése miatt a nukleáris töltés állandó számú elektron kagyló. Csökkentve a sugár, az úgynevezett lantanoidakontrakció, az oka csillapítása alapvető tulajdonságait a hidroxidok növekvő ös lantanidák.
Például, lantán-hidroxid - egy meglehetősen erős bázis, mivel ezek a tulajdonságok van lutécium-hidroxid kifejezve nagyon gyengén. Kitöltése 4f héjú úgy történik, hogy az atom cérium ott azonnal megjelenik két elektront, és egy lantán-atom a boríték nincsenek elektronok. Ennek eredményeképpen a lantanida 14, ha nem kezelik őket nagyon lantán, lutetium, de rangsorolt.
A vegyészek nincs egyetértés abban a kérdésben, hogy mely elemek egyesítik néven „lantanidák”. A megoldás erre a problémára (nem rendelkező, de az alap érték) függ a választott funkció, amely felett a besorolás.
Ha elkezdjük a tisztán kémiai hasonlóság (amint az például A. Cotton és G. Wilkinson), akkor lantán, lutetium és közé kell sorolni a ritkaföldfémek, mert a kémiai hasonlóság közöttük kétségtelenül. Ebben az esetben a lantanida kapcsolja 15. Ha a jellemzője lantanidák vállalnak fokozatos feltöltődését 4f-kagyló, a start-szekvenciát cérium, és a végén - itterbium, lantanidák és csak 13 fog kompromisszumos megoldást (L. Pauling és T. 3. Smirnov) van hogy a lantán, amely az úgynevezett név szerint, és a teljes szekvenciát is lantanidák, hogy egy függőleges, de a lutécium, mint amely az 5d-elektron-nem adtunk az oldott lantanidák (14 lantanidák).
Kivétel lutetium logikus és ésszerű, mint a befogadás lantán.
Fogjuk használni a leggyakoribb terminológiát, amely szerint, néven „lantanidák” elemeket vezetnek be a cérium a lutécium befogadó.
Az ilyen nagy többelektronos atomok lantanida atomok, különbségek kötési energia a kagyló szoros kicsi, és, különösen, átmenet szinten 4a-5c meglehetősen lehetséges. Ezzel a tipikusan kötődnek és a vegyértéke 3, jellemző a lantanida. Az a lehetőség, mozgó függ azonban más tényezőktől is; ion hidratációs energia, az energia a képződés és a redukció termékét t. d.
Minden tetravalens ionok világít lantanidák termodinamikailag instabil, ha feloldott vízben savas vizes oldatok (Kennngem).
Amikor az elektronok száma a 4f héjú eléri a 7, a 5d-o6o-span egy elektron jelenik meg. Ez történik egy atom a gadolínium. A következő elem 5d elektronok ott. Csak lutetium újra megjelenik 5d-elektron. Tól cérium a gadolínium 4f héjú tele van olyan. hogy az csupán páratlan elektronnal - párokat kezdenek fordul elő az atom „terbium. Minden lutécium atom 4f-elektronok párosítva.
Csökkentése az atomi sugár lantán legyen lutécium szabálytalanul - eltérése (túl nagy sugár) megfigyelt európiummal és itterbium. Ezek az elemek mutatnak vegyértéke két. Azt sugallják, hogy így két elektron a vezetési sávban, így a ion nagy. A mechanikai szilárdság, amely az elektronok kapcsolódó 4f-szint eléri a magas értékek, ha az elektronok száma egyenlő 7 (Gd), és 14 (Yb). Ezzel szemben, ha az elektronok száma ezen a szinten alacsony, ezek kapcsolata gyengébb, és lehet menni az 5d-szintet. Valóban, cérium és prazeodímium +4 oxidációs állapotban, mint például az oxidáció mértékét jellemző Tb és Dy, majd gadolínium.
És lantanidák paramágneses jellemzett éles vonalak a spektrum (UV, látható és infravörös régiók).
A spektrumokat nem változnak változtatásával az ion környezet - a változás jellege az oldószer vagy a bevonása ion különböző vegyületek. Az eredete a spektrális vonalak társított mély 4f-héj, amely jól árnyékolt külső elektronok.
Lantanidák általában két csoportra oszthatók: cérium, amelyek magukban foglalják a cérium, prazeodímium, neodímium, prométium, szamárium, európium (néha lantán), és ittrium, gadolínium, terbium, diszprózium, holmium, erbium, túlium, itterbium és lutécium. Prométium, nyilvánvalóan, a természetben nem található - ez készítünk mesterségesen, és a radioaktivitást.
Az alapot a felosztás két csoport egy jelentős különbség a tulajdonságok (színezés ionok, az oldhatósága a kettős szulfátok jellemző vegyértékű állapotban és mások.) Elemei a két csoport.
Amint már említettük, az előző szakaszban, közvetlenül a lantán 14 illeszkednek egymáshoz kapcsolódó elemek, csoportosítva néven lantanidák.
Két külső elektron réteg szinte minden atom a lantanidák épülnek azonos, és megy át a változás a harmadik réteg, az elektronok száma, amelyek a átmenet
La Lu növekszik 18 és 32. Mivel a kémiai tulajdonságai elemek kapcsolódó szerkezetét elsősorban a külső elektron réteg, változó az elektronok száma a harmadik réteg tükröződik rajtuk meglehetősen gyenge. Ebben a tekintetben az összes lantanidák hasonlóak egymáshoz, és a tulajdonságai, mint a tagok a „homológ sor” lantán.
Szabad állapotban lantanidák tipikus fémek, a leginkább hasonló a tulajdonságait lantán (Ce - Ő) vagy ittrium (Gd - Lu). Mindegyikük hajlamosak három vegyértékű. Cérium, ezenkívül egy sor olyan vegyületet, amelyben ez tetravalens. Ugyanilyen fontos olyan származékai, négyértékű Pr és Tb, és kétértékű lantanidák, legjellemzőbb a európium. Jonah E3 + y Ce, Gd, Tb, Yb és Lu színtelen, míg a többi megkülönböztető színek vagy árnyalatok: Pm, Eu és az Er-rózsaszín, Sm, Dy, és Ho - sárga, Pr és Tu - zöld, Nd - piros és lila. Ez ugyanaz a legtöbb esetben és színezés hidratált ionok E # 729; # 729; # 729;. Kivételt rózsaszín Nd # 729, # 729, # 729;, karakter CBE-topogloscheniya amely hígított (1 g / l).
Oxidok a lantanidák (E2O3) a tűzálló por, vízben oldhatatlanok, de erőteljesen csatolja alkotnak hidroxidok. Színük majdnem teljesen azonos a színe a szabad ionok.
E-hidroxid (OH) 3 vízben szinte oldhatatlan. Mindegyik alap. A foka hidroxidok lantanidák lehet elhelyezni egy szám, amely egybeesik egy sor az ionos sugara azonos elemek:
Y pozíció (OH) 3 ebben a sorozatban - között hidroxidok Dy és Ho - is megfelel a sugara, Y ³ # 8314; (1,06 A). Abból a szempontból a tulajdonságok az ilyen függőség Oe (OH) 3 által ionrádiusz előzőekben tárgyalt E ³ # 8314; Ez érthető. Színük megegyezik a színe ezen ionok. Összhangban alapvető jellegét lantanida hidroxidok oldhatatlanok lúgok, de könnyen reagálnak savakkal.
lantanida sók nagyon hasonló tulajdonságokkal a megfelelő sóvá La és Y. Néhány közülük jellemzi a különböző színű, mint az ion E ³ # 8314;. Például, Pm (NO3) a rózsaszín, de PmCl3 - sárga.
Egy fontos különbség a többi a lantanidák cérium a stabilitását magasabb oxid és bizonyos származékai utóbbi. Fehér cérium-dioxid (CeO 2) által képezett izzólámpa légi
mind a fém és sói. A megfelelő hidroxid-Ce (OH) 4 egy gélszerű sárga csapadékot. Ennek fő tulajdonságai kevésbé erőteljes, mint a Sc (OH) 3. A lúgok Ce (OH) 4-mailek „oldhatatlan, de oldódik savakban, hogy előállítjuk a megfelelő sót.
ion Ce # 1795; # 1795; Meg van egy narancssárga színű. A sók a négyértékű cérium oldatban erősen hidrolizált. Ha a lúgos közegben háromvegyértékű cériummal Könnyen oxidálódik tetravalens (már atmoszferikus oxigén), a savas cérium-származékok nem stabilak, és hatásos oxidáló szerekkel. Kölcsönhatása Ce (OH) 4 a oxidálható savak képződéséhez vezet a háromvegyértékű cériummal sók. Ebben a tekintetben, a számos ismert származékok négyértékű cérium meglehetősen korlátozott.
Bár cérium néhány kapcsolatai és létrehozza ezt az elemet némileg különleges helyzetben a többi között ritkaföldfémek, de általában az utolsó kiállítás rendkívül szoros hasonlóságot mutatnak az elemek szkandium alcsoport, természetes fekve legtöbb tulajdonságai közötti lantán és szkandium.