Реферат: Лантаноиды и актиноиды
Реферат: Лантаноиды и актиноиды
1.
Строение.
Лантаноиды и актиноиды
располагаются в третьей побочной группе Периодической системы. Эти элементы
следуют в таблице сразу после лантана и актиния и поэтому их называют
соответственно лантаноиды и актиноиды. В короткой форме Периодической системы
Д.И. Менделеева они вынесены в два последних ряда. Они относятся к f-элементам.
У в атомах лантаноидов и
актиноидов происходит заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней.
Лантаноиды очень сходны
по химическим свойствам. Близость свойств соединений лантаноидов обусловлена тем,
что застройка внутренней 4f-оболочки
атомов мало сказывается на состоянии валентных электронов. В образовании
химической связи 4f-электроны лантаноидов обычно не принимают
участия.
Электроны заполняют 4f-, а не 5d-подуровень
потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях
4f- и 5d-состояний очень мала. Благодаря этому один из 4f -электронов (а в некоторых случаях, например, у церия, два
4f--электрона) легко возбуждается, переходя
на 5d-подуровень, и становится, таким
образом, валентным электроном. Поэтому в большинстве своих соединений
лантаноиды имеют степень окисления +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет
близость свойств лантаноидов к свойствам элементов подгруппы скандия.
В пределах одного периода
с возрастанием порядкового номера размеры атомов элементов уменьшаются.
Подобная закономерность наблюдается не только для элементов главных подгрупп,
но, за немногими исключениями, и для элементов побочных подгрупп. Такое же
уменьшение радиусов атомов имеет место и в случае лантаноидов (лантаноидное
сжатие).
Как и в случае лантаноидов,
у элементов семейства актиноидов происходит заполнение третьего снаружи
электронного слоя (подуровня 5f); строение же
наружного и, как правило, предшествующего электронных слоев остается
неизменным. Это служит причиной близости химических свойств актиноидов. Однако
различие в энергетическом состоянии электронов, занимающих 5f- и 6d-подуровни в атомах актиноидов, еще
меньше, чем соответствующая разность энергий в атомах лантаноидов. Поэтому у
первых членов семейства актиноидов 5f-электроны
легко переходят на подуровень 6d и могут принимать участие в образовании
химических связей. В результате от тория до урана наиболее характерная степень
окисления элементов возрастает от +4 до +6. При дальнейшем продвижении по ряду
актиноидов происходит энергетическая стабилизация 5f-состоянии, а возбуждение электронов на 6d-подуровень требует большей затраты энергии. Вследствие этого от
урана до кюрия наиболее характерная степень окисления элементов понижается от
+6 до +3 (хотя для нептуния и плутония получены соединения со степенью
окисления этих элементов +6 и +7). Берклий и следующие за ним элементы во всех
своих соединениях находятся в степени окисления +3.
2.
Свойства.
Ø Свойства лантаноидов.
В виде простых веществ
все лантаноиды представляют собой серебристо - белые металлы (желтизна
празеодима и неодима обусловлена образованием на поверхности пленки оксидов).
Они хорошо куются. Почти все лантаноиды парамагнитны, только гадолиний,
диспрозий и гольмий проявляют ферромагнитные свойства.
В ряду Се—Lu в изменении плотности, температур
плавления и кипения проявляется внутренняя периодичность, т. е. указанные
свойства металлов подсемейства церия изменяются с такой же последовательностью,
как и у металлов подсемейства тербия (табл.1 ).
Таблица 1.
Физические свойства лантаноидов
Металл |
Плотность,
кг/м3
|
Температура , 0
С
|
плавления |
кипения |
Подсемейство
церия
|
Лантан |
6120 |
920 |
3420 |
Церий |
6770 |
804 |
3470 |
Празеодим |
6770 |
935 |
3017 |
Неодим |
7010 |
1024 |
3210 |
Прометии |
—
|
—
|
—
|
Самарий |
7540 |
1072 |
1670 |
Европий |
5240 |
826 |
1430 |
Гадолиний |
7890 |
1312 |
2830 |
Подсемсйстео
тербия
|
Тербий |
8250 |
1368 |
2480 |
Диспрозий |
8560 |
1380 |
2330 |
Гольмий |
8780 |
1500 |
2380 |
Эрбий |
9060 |
1525 |
2390 |
Тулий |
9320 |
1600 |
1720 |
Иттербий |
6950 |
824 |
1320 |
Лютеций |
9850 |
1675 |
2680 |
Температуры плавления в
этом ряду возрастают, исключение составляют только европий и иттербий. Они
имеют также относительно более низкие, чем у остальных элементов, температуры
кипения.
Лантаноиды, как и лантан,
по реакционной способности уступают лишь щелочным и щелочноземельным металлам.
Во влажном воздухе они быстро тускнеют (вследствие образования оксида) , а при
нагревании до 200—400°С на воздухе воспламеняются и сгорают с образованием
смеси оксидов (Э203) с нитридами (ЭN). Церий в порошкообразном состоянии даже при обычных
условиях легко воспламеняется на воздухе. Это свойство церия нашло применение
при изготовлении кремней для зажигалок.
4Э +3О2 =2Э2О3
Лантаноиды взаимодействуют
с галогенами, а при нагревании — с азотом, серой, углеродом, кремнием,
фосфором, водородом.
2Э +3Cl2=2ЭCl3
2Э +N2= 2ЭN
Э +2S = ЭS2
Э + 2 С =
ЭС2 или 2Э + 3С = Э2С3
Э + Н2 = ЭН2
Карбиды, нитриды и гидриды
лантаноидов взаимодействуют с водой с образованием гидроксида и соответственно
ацетилена или различных углеводородов, аммиака и водорода.
ЭN + 3Н2О = Э(ОН)3 +NН3
ЭС2 + Н2О = Э(ОН)3 +С2Н2
ЭН2 +Н2О = Э(ОН)3 +Н2
Находясь в ряду напряжений
значительно левее водорода (электродные потенциалы их колеблются е пределах от —2,4 до —2,1 В), лантаноиды
окисляются горячен водой по реакции:
2Э
+ 6Н20 = 2Э(ОН)3 + 3Н2.
Они хорошо взаимодействуют с разбавленными
растворами НС1, HN03 и H2S04.
2 Э +6НCl =2 ЭСl3 +3H2
В растворах фосфорной и
плавиковой кислот лантаноиды устойчивы, так как образуют защитные пленки
малорастворимых солей. В водных растворах щелочей лантаноиды не растворяются.
Химическая активность элементов в ряду Се—Lu несколько снижается, что связано с уменьшением радиусов их
атомов и ионов.
Страницы: 1, 2
|