Лантаноиды: свойства, положение в периодической системе

Каждый из химических элементов, представленный в оболочках Земли: атмосфере, литосфере и гидросфере — может служить ярким примером, подтверждающим фундаментальное значение атомно-молекулярного учения и периодического закона. Они были сформулированы корифеями естествознания – русскими учеными М. В. Ломоносовым и Д. И. Менделеевым.

Лантаноиды и актиноиды – это два семейства, которые содержат по 14 химических элементов, а также сами металлы – лантан и актиний. Их свойства — как физические, так и химические — будут рассмотрены нами в данной работе.

Кроме этого, мы установим, как положение в периодической системе водорода, лантаноидов, актиноидов зависит от строения электронных орбиталей их атомов.

История открытия

В конце 18 столетия Ю. Гадолином было получено первое соединение из группы редкоземельных металлов – оксид иттрия. До начала 20 столетия благодаря исследованиям Г. Мозли в химии стало известно о существовании группы металлов. Они располагались в периодической системе между лантаном и гафнием.

Еще один химический элемент – актиний, подобно лантану, образует семейство из 14 радиоактивных химических элементов, названных актиноидами. Их открытие в науке произошло, начиная с 1879 года до середины 20 века.

Это можно объяснить расположением электронов в атомах этих металлов, которые находятся на энергетических уровнях, а именно для лантаноидов это четвертый уровень f-подуровень, а для актиноидов — пятый уровень f-подуровень. Далее мы рассмотрим электронные оболочки атомов вышеназванных металлов более подробно.

Строение внутренних переходных элементов в свете атомно-молекулярного учения

Гениальное открытие строения химических веществ М. В. Ломоносова явилось основой для дальнейшего изучения электронных оболочек атомов. Резерфордовская модель строения элементарной частицы химического элемента, исследования М. Планка, Ф.

Гунда позволили ученым-химикам найти правильное объяснение существующим закономерностям периодического изменения физических и химических свойств, которыми характеризуются лантаноиды и актиноиды. Нельзя обойти вниманием и важнейшую роль периодического закона Д. И.

Менделеева в изучении строения атомов переходных элементов. Остановимся на этом вопросе более детально.

Место внутренних переходных элементов в периодической системе Д. И. Менделеева

В третьей группе шестого – большего периода — за лантаном находится семейство металлов, расположенных от церия и до лютеция включительно. У атома лантана 4f-подуровень пустой, а у лютеция полностью наполнен 14-ю электронами. У элементов, расположенных между ними, идет постепенное заполнение f-орбиталей.

В семействе актиноидов – от тория до лоуренсия — соблюдается тот же принцип накопления отрицательно заряженных частиц с единственным отличием: заполнение электронами происходит на 5f-подуровне. Строение же внешнего энергетического уровня и количество отрицательных частиц на нем (равное двум) у всех вышеперечисленных металлов одинаково.

Данный факт отвечает на вопрос о том, почему лантаноиды и актиноиды, названные внутренними переходными элементами, имеют много черт сходства.

В некоторых источниках химической литературы представителей обоих семейств объединяют во вторые побочные подгруппы. В них содержится по два металла из каждого семейства. В короткой форме периодической системы химических элементов Д.И Менделеева представители этих семейств выделены из самой таблицы и расположены отдельными рядами.

Поэтому положение лантаноидов и актиноидов в периодической системе отвечает общему плану строения атомов и периодичности заполнения электронами внутренних уровней, а присутствие одинаковых степеней окисления послужило причиной объединения внутренних переходных металлов в общие группы. В них химические элементы обладают признаками и свойствами, равнозначными лантану или актинию.

Вот почему лантаноиды и актиноиды вынесены из таблицы химических элементов.

Как электронная конфигурация f-подуровня влияет на свойства металлов

Как мы уже говорили ранее, положение лантаноидов и актиноидов в периодической системе напрямую определяет их физические и химические характеристики.

Так, ионы церия, гадолиния и других элементов семейства лантаноидов имеют высокие магнитные моменты, что связано с особенностями строения f-подуровня. Это позволило использовать металлы в качестве легирующих добавок для получения полупроводников с магнитными свойствами.

Сульфиды элементов семейства актиния (например, сульфид протактиния, тория) в составе своих молекул имеют смешанный тип химической связи: ионно-ковалентный или ковалентно-металлический.

Эта особенность строения привела к появлению нового физико-химического свойства и послужила ответом на вопрос о том, почему лантаноиды и актиноиды обладают люминесцентными свойствами. Например, образец актиния серебристого цвета в темноте светится голубоватым свечением.

Это объясняется действием на ионы металлов электрического тока, фотонов света, под влиянием которых происходит возбуждение атомов, а электроны в них «перескакивают» на более высокие энергетические уровни и затем возвращаются на свои стационарные орбиты. Именно по этой причине лантаноиды и актиноиды относятся к люминофорам.

Последствия уменьшения ионных радиусов атомов

У лантана и актиния, как и у элементов из их семейств, наблюдается монотонное снижение величины показателей радиусов ионов металлов. В химии в таких случаях принято говорить о лантаноидном и актиноидном сжатии. В химии установлена следующая закономерность: с увеличением заряда ядра атомов, в случае если элементы относятся к одному и тому же периоду, их радиусы уменьшаются.

Объяснить это можно следующим образом: у таких металлов, как церий, празеодим, неодим, количество энергетических уровней в их атомах неизменно и равно шести. Однако заряды ядер соответственно увеличиваются на единицу и составляют +58, +59, +60. Это значит, что возрастает сила притяжения электронов внутренних оболочек к положительно заряженному ядру.

Уменьшение радиусов ионов приводит в первую очередь к ослаблению основных свойств гидроксидов Се(ОН)3, Pr(OH)3, а основание лютеция уже проявляет амфотерные свойства.

К неожиданным результатам приводит заполнение 4f-подуровня неспаренными электронами до половины орбиталей у атома европия. У него радиус атома не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. У следующего за ним в ряду лантаноидов гадолиния на 5d-подуровне появляется один электрон 4f-подуровня аналогично Eu.

Такое строение вызывает скачкообразное уменьшение радиуса атома гадолиния. Подобное явление наблюдается в паре иттербий – лютеций. У первого элемента радиус атома большой по причине полного заполнения 4f-подуровня, а у лютеция он скачкообразно уменьшается, так как на 5d-подуровне наблюдается появление электронов.

У актиния и других радиоактивных элементов этого семейства радиусы их атомов и ионов изменяются не монотонно, а, так же как и у лантаноидов, скачкообразно.

Таким образом, лантаноиды и актиноиды являются элементами, у которых свойства их соединений коррелятивно зависят от ионного радиуса и строения электронных оболочек атомов.

Валентные состояния

Лантаноиды и актиноиды являются элементами, чьи характеристики достаточно сходны. В частности, это касается их степеней окисления в ионах и валентности атомов. Например, торий и протактиний, проявляющие валентность, равную трём, в соединениях Th(OH)3, PaCl3, ThF3, Pa2(CO3)3.

Все эти вещества являются нерастворимыми и имеют те же химические свойства, что и металлы из семейства лантана: церий, празеодим, неодим и т. д. Лантаноиды в этих соединениях также будут трехвалентными. Эти примеры еще раз доказывают нам правильность утверждения, что лантаноиды и актиноиды – близнецы. Они обладают сходными физическими и химическими свойствами.

Это можно объяснить прежде всего строением электронных орбиталей у атомов обоих семейств внутренних переходных элементов.

Металлические свойства

Все представители обеих групп являются металлами, у которых достраиваются 4f-, 5f-, а также d-подуровни. Лантан и элементы его семейства называют редкоземельными.

Их физические и химические характеристики настолько близки, что по отдельности в лабораторных условиях они разделяются с большим трудом.

Проявляя чаще всего степень окисления +3, элементы ряда лантана имеют много сходных черт со щелочноземельными металлами (барием, кальцием, стронцием). Актиноиды также являются чрезвычайно активными металлами, к тому же еще и радиоактивными.

Добавим, что все химические элементы обоих семейств – это металлы с серебристым блеском, из-за высокой реакционной способности быстро темнеющие на воздухе. Они покрываются пленкой соответствующего оксида, защищающей от дальнейшего окисления.

Все элементы достаточно тугоплавки, за исключением нептуния и плутония, температура плавления которых значительно ниже 1000 °С.

Характерные химические реакции

Как было отмечено ранее, лантаноиды и актиноиды являются химически активными металлами. Так, лантан, церий и другие элементы семейства легко соединяются с простыми веществами – галогенами, а также с фосфором, углеродом. Лантаноиды могут также взаимодействовать как с монооксидом углерода, так и с углекислым газом.

Они также способны разлагать воду. Кроме простых солей, например таких как SeCl3 или PrF3, они образуют двойные соли. В аналитической химии важное место занимают реакции металлов-лантаноидов с аминоуксусной и лимонной кислотами.

Образующиеся в результате таких процессов комплексные соединения применяются для разделения смеси лантаноидов, например в рудах.

При взаимодействии с нитратной, хлоридной и сульфатной кислотами, металлы образуют соответствующие соли. Они хорошо растворимы в воде и легко способны к образованию кристаллогидратов. Нужно отметить, что водные растворы солей лантаноидов окрашены, что объясняется присутствием в них соответствующих ионов.

Растворы солей самария или празеодима зеленого цвета, неодима – красно-фиолетового, прометия и европия – розового. Так как ионы со степенью окисления +3 окрашены, это используется в аналитической химии для распознавания ионов металлов-лантаноидов (так называемые качественные реакции).

Для этой же цели применяют еще и такие методы химического анализа, как дробная кристаллизация и ионообменная хроматография.

У актиноидов можно выделить две группы элементов. Это берклий, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий и уран, нептуний, плутоний, омереций. Химические свойства первой из них подобны лантану и металлам из его семейства.

Элементы второй группы обладают очень похожими химическими характеристиками (практически идентичны друг другу). Все актиноиды быстро взаимодействуют с неметаллами: серой, азотом, углеродом. С кислородсодержащими легандами они образуют комплексные соединения.

Как видим, металлы обоих семейств близки между собой по химическому поведению. Вот почему лантаноиды и актиноиды часто называют металлами-близнецами.

Положение в периодической системе водорода, лантаноидов, актиноидов

Нужно учитывать тот факт, что водород является достаточно реакционноспособным веществом. Он проявляет себя в зависимости от условий химической реакции: как восстановителем, так и окислителем. Именно поэтому в периодической системе водород располагается одновременно в главных подгруппах сразу двух групп.

В первой водород играет роль восстановителя, как и щелочные металлы, расположенные здесь. Место водорода в 7-й группе наряду с элементами галогенами указывает на его восстановительную способность. В шестом периоде находится, как уже ранее было сказано, семейство лантаноидов, вынесенное в отдельный ряд для удобства и компактности таблицы.

Седьмой период содержит группу радиоактивных элементов, по своим характеристикам подобным актинию. Актиноиды располагаются вне таблицы химических элементов Д.И Менделеева под рядом семейства лантана. Эти элементы наименее изучены, так как ядра их атомов очень неустойчивы по причине радиоактивности.

Напомним, что лантаноиды и актиноиды относятся к элементам внутренним переходным, а их физико-химические характеристики очень близки между собой.

Общие способы получения металлов в промышленности

За исключением тория, протактиния и урана, которые добывают прямым путем из руд, остальные актиноиды можно получить путем облучения образцов металлического урана быстродвижущимися потоками нейтронов. В промышленных масштабах нептуний и плутоний добывают из отработанного топлива ядерных реакторов.

Отметим, что получение актиноидов – это достаточно сложный и дорогостоящий процесс, основными методами которого являются ионный обмен и многостадийная экстракция. Лантаноиды, которые называют редкоземельными элементами, получают путем электролиза их хлоридов или фторидов.

Чтобы добыть сверхчистые лантаноиды, используют металлотермический метод.

Где применяют внутренние переходные элементы

Спектр использования изучаемых нами металлов достаточно широк. Для семейства актиния – это, прежде всего, ядерное оружие и энергетика. Важное значение имеют актиноиды и в медицине, дефектоскопии, активационном анализе.

Нельзя обойти вниманием применение лантаноидов и актиноидов в качестве источников захвата нейтронов в ядерных реакторах. Лантаноиды же применяют в качестве легирующих добавок к чугуну и стали, а также в производстве люминофоров.

Распространение в природе

Оксиды актиноидов и лантаноидов часто называют циркониевой, ториевой, иттриевой землями. Они являются основным источником для получения соответствующих металлов. Уран, как главный представитель актиноидов, находится в наружном слое литосферы в форме четырёх видов руд или минералов.

Прежде всего, это урановая смолка, представляющая собой двуокись урана. В ней содержание металла самое высокое. Часто диоксиду урана сопутствуют радиевые месторождения (жилы). Они встречаются в Канаде, Франции, Заире.

Комплексы ториевой и урановой руды часто содержат руды других ценных металлов, например золота или серебра.

Запасами такого сырья богаты Россия, Южно-Африканская республика, Канада и Австралия. В некоторых осадочных породах содержится минерал карнотит. В его состав, кроме урана, входит еще и ванадий.

Четвертый вид уранового сырья – это фосфатные руды и железоурановые сланцы. Их запасы находятся в Марокко, Швеции и США. В настоящее время перспективными считаются также залежи лигнитов и каменного угля, содержащие примеси урана.

Их добывают в Испании, Чехии, а также в двух американских штатах – Северной и Южной Дакоте.

Источник: https://autogear.ru/article/287/814/lantanoidyi-i-aktinoidyi-polojenie-v-periodicheskoy-sisteme/

Урок №6. Положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева водорода, лантаноидов, актиноидов и искусственно полученных элементов — ХиМуЛя.com

Положение водорода в периодической системе

Водород – самый
распространённый химический элемент, к тому же он самый лёгкий. Его порядковый
номер 1. В таблице Менделеева он стоит в первом периоде. С учётом его свойств
его помещают как в 1А так и в 7А группу. Возникает
вопрос – почему?

 Ядро водорода состоит из одного протона,
вокруг которого вращается один электрон. Электронная формула 1s1. Молекула водорода состоит из двух
атомов, связанных между собой ковалентной  неполярной связью. Н2 – самый
легкий газ. Он не имеет цвета и запаха.

Водород относится к химически активным
веществам. Он может выступать в роли восстановителя
и окислителя.

• 1) с некоторыми металлами он образует
  гидриды
• 2Na+H2=2NaH,
   здесь водород – окислитель H + 1e— → H-1
• Сходный процесс происходит при
  взаимодействии галогенов – неметаллов 7А группы
• 2Na+Cl2=2NaCl
• Поэтому, водород помещают в 7А группу
• 2) с неметаллами, проявляющими более
  сильные окислительные свойства, чем водород
• H2+Cl2
  =2HCl здесь водород – восстановитель
  H — 1e— → H+1
• Сходный процесс происходит при
  взаимодействии щелочных металлов –металлов 1А группы
• 2К+Cl2=2КCl
• Поэтому, водород помещают в 1А группу
• ИЮПАК рекомендует размещать водород
  только в 1А группе.

Положение в периодической системе
химических элементов Д. И. Менделеева лантаноидов и актиноидов

В шестом
периоде вслед за лантаном располагаются 14 элементов с порядковыми номерами
58-71, называемых лантаноидами (слово “лантаноиды” означает «подобные
лантану», а “актиноиды” — «подобные актинию»). Иногда их называют лантанидами и
актинидами, что означает следующие за лантаном; следующие за актинием).

Лантаноиды помещены отдельно внизу таблицы, а в клетке звездочкой указано на
последовательность их расположения в системе: La-Lu. Химические свойства
лантаноидов очень сходны. Например, все они являются реакционно-способными
металлами, реагируют с водой с образованием гидроксида и водорода.

У лантана
(Z= 57) один электрон поступает на 5d-подуровень, после чего заполнение этого
подуровня приостанавливается, а начинает заполняться 4f-уровень, семь орбиталей
которого могут быть заняты 14 электронами. Это происходит у атомов всех
лантаноидов с Z = 58 — 71.

Поскольку у этих элементов заполняется глубинный
4f-подуровеиь третьего снаружи уровня,
они обладают весьма близкими химическими свойствами.

Из этого следует, что у лантаноидов
сильно выражена горизонтальная аналогия.

В седьмом
периоде 14 элементов с порядковыми номерами 90-103 составляют семейство актиноидов.
Их также помещают отдельно — под лантаноидами, а в соответствующей клетке двумя
звездочками указано на последовательность их расположения в системе: Ас-Lr.

У
актиния и актиноидов заполнение уровней электронами подобно лантану и
лантаноидам. Однако в отличие от лантаноидов горизонтальная аналогия у
актиноидов выражена слабо. Они в своих соединениях проявляют больше различных
степеней окисления. Например, степень окисления актиния +3, а урана +3, +4, +5
и +6.

Изучение химических свойств актиноидов крайне сложно вследствие
неустойчивости их ядер.

Обе группы не ограничиваются
указанными рамками и при указании приставки «транс-» могут включать в себя
следующие за лоуренсием элементы — резерфордий и т. д. Это обусловлено тем, что
такие элементы синтезируются в чрезвычайно малых количествах. По сравнению с
лантаноидами, которые (кроме прометия) обнаружены в природе в заметных
количествах, актиноиды труднее синтезировать.

Но есть и исключения, например,
легче всех синтезировать или найти в природе уран и торий, затем следуют
плутоний, америций, актиний, протактиний и нептуний.

Положение в периодической системе
химических элементов Д. И. Менделеева искусственно полученных элементов

К 2008 г. известно 117 химических
элементов (с порядковыми номерами с 1 по 116 и 118), из них 94 обнаружены в
природе (некоторые — лишь в следовых количествах), остальные 23 получены
искусственно в результате ядерных реакций (см. Приложения). Первые 112
элементов имеют постоянные названия, остальные — временные.

Источник: https://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/11-klass—cetveertyj-god-obucenia/urok-no6-polozenie-v-periodiceskoj-sisteme-himiceskih-elementov-d-i-mendeleeva-vodoroda-lantanoidov-aktinoidov-i-iskusstvenno-polucennyh-elementov

ВВЕДЕНИЕ

В периодической системе Д. И. Менделеева есть 15 необычных металлов, очень непохожих на все остальные. Это лантаноиды. Это и есть тема моей курсовой. Лантаноиды недостаточно хорошо изучены, хотя они нашли широчайшее применение в промышленности.

Лантаноиды — уникальное семейство металлов в периодической системе Д. И. Менделеева. Уникальность заключается в том, что все металлы должны были бы стоять в одной клетке, так похожи они по своим свойствам.

Многие умы решали эту сложную задачу, и в итоге было предложено вынести эти 15 элементов за пределы таблицы. И по открывающему этот ряд элементу и была названа эта плеяда металлов — лантаноиды. Схожесть металлов можно проследить и по минералам, в которые они входят.

Дело в том, что почти все лантаноиды были выделены из одного минерала: эрбиевой земли.

Цель данной курсовой — раскрыть важность этих 15 металлов в науке, технике, промышленности, а также их применение в различных областях нашей жизни, показать уникальность этого семейства металлов.

К семейству лантаноидов относят 15 элементов периодической системы Д. И. Менделеева: лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.

По характеру заполнения 4f — орбиталей лантаноиды делятся на подсемейство церия и подсемейство тербия.

Конфигурация валентных электронов атомов лантаноидов может быть выражена общей формулой 4f2-145d0-16s2 (рис 1).

У них достраивается третий снаружи энергетический уровень (4f — подуровень) при одинаковом количестве электронов наружного энергетического уровня (6s2) и у большинства лантаноидов предвнешнего (5s25p6) энергетического уровня.

По правилу Хунда у элементов подгруппы церия 4f орбитали заполняются по одному электрону, а те же орбитали у элементов подгруппы тербия — по второму электрону.

У церия на 4f-уровне находятся два электрона — один за счет увеличения порядкового номера по сравнению с лантаном на единицу, а другой переходит с 5d-уровня на 4f. До гадолиния происходит последовательное увеличение числа электронов на 4f-уровне, а уровень 5d остается незанятым.

У гадолиния дополнительный электрон занимает 5d-уровень, давая электронную конфигурацию 4f75d16s2, а у следующего за гадолинием тербия происходит, аналогично церию, переход 5f-электрона на 4f-уровень (4f96s2).

Далее до иттербия наблюдается монотонное увеличение числа электронов до 4f14, а у завершающего ряд лютеция вновь появляется 5f-электрон (4f145d16s2) (табл. 1).

Периодический характер заполнения 4f-орбиталей сначала по одному, а потом по два электрона предопределяет внутреннюю периодичность свойств лантаноидов. Периодически изменяются металлические радиусы, степени окисления, температуры плавления и кипения, величины магнитных моментов, окраска и другие свойства.

Остальные же 4f-электроны, экранированные от внешнего воздействия 5s25p6-электронами, на химические свойства большинства лантаноидов существенного влияния не оказывают. Таким образом, свойства лантаноидов в основном определяют 5d16s2-электроны.

Поэтому лантаноиды проявляют большое сходство с d-элементами III группы — скандием и его аналогами.

Однако некоторые из них проявляют наряду с характерной степенью окисления +3 и так называемые аномальные степени окисления — +2, +4 (табл. 2).

La57 ? ? ? 6s 5d 4f Ce58 ? ? ? ? Pr59 ? ? ? ? ? Nd60 ? ? ? ? ? ? Pm61 ? ? ? ? ? ? ? Sm62 ? ? ? ? ? ? ? ? Eu63 ? ? ? ? ? ? ? ? ? Gd64 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Tb65 ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? Dy66 ? ? ?? ?? ?? ? ? ? ? Ho67 ? ? ?? ?? ?? ?? ? ? ? Er68 ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? Tm69 ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? Yb70 ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? Lu71 ? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??

Источник: https://studbooks.net/2284662/matematika_himiya_fizika/obschaya_harakteristika_lantanoidov

Лантаноиды

Лантаноиды. Лантаноиды и их своийства.

Лантаноиды (лантанииды) — семейство из 14 химических элементов с порядковыми номерами 58—71, расположенных в VI периоде системы Менделеева за лантаном и сходных с ним по свойствам. Располагаются в отдельном ряду внизу Периодической системы химических элементов Д. И.

Менделеева (в краткой и полудлинной формах таблицы). В атоме лантаноидов заполняется глубоко лежащий четвертый слой 4f14. Поэтому лантаноидов может быть только 14.

Поскольку по мере увеличения заряда ядра структура двух внешних электронных оболочек не меняется, все лантаноиды имеют сходные химические свойства.

Включают в себя: церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. Вместе с лантаном, скандием и иттрием входят в состав редкоземельных элементов. Лантаноиды условно разделяются на 2 подгруппы: цериевую, включающую элементы от церия до европия, и иттриевую, включающую элементы от гадолиния до лютеция.

Лантаноиды в природной среде сопутствуют друг другу. Выделение отдельных элементов является очень трудной задачей ввиду большого сходства их свойств. «Иттриевые земли» были открыты Ю. Гадолином еще в 1794 г. в минерале, найденном в Швеции (близ Иттербю) и названном гадолинитом. В 1803 г. М.

Клапрот и одновременно Я. Берцелиус выделили новую, «цериевую землю». На протяжении последующих лет были открыты и выделены из иттриевых и цериевых земель все лантаноиды, кроме радиоактивного элемента № 61 (прометия), практически отсутствующего в природе.

Элемент № 72, который к ним не относится, много лет безрезультатно искали среди лантаноидов. Однако Нильс Бор, исходя из разработанной схемы строения атома указал, что элемент № 72 — аналог циркония. Только после этого гафний был обнаружен в циркониевых рудах.

Название, как и «актиноиды», было предложено в 1948 году профессором ЛГУ С. А. Щукаревым.

Все лантаноиды и лантан — металлы серебристо-белого цвета, пластичны и легко поддаются ковке, прокатке. Лантаноиды химически активны, они образуют прочные оксиды, галогениды, сульфиды, реагируют с водородом, углеродом, азотом, фосфором.

Разлагают воду, растворяются в соляной, серной и азотной кислотах. В плавиковой и фосфорной кислотах лантаноиды устойчивы, так как покрываются защитными пленками малорастворимых солей. С рядом органических соединений лантаноиды образуют комплексные соединения.

Лантаноиды и лантан применяют как добавки к сталям, чугунам и другим сплавам для улучшения механической стойкости, коррозионной устойчивости и жаропрочности. Используют лантаноиды и лантан для получения специальных сортов стекла, в атомной технике.

Соединения лантан, а также лантаноидов используют для изготовления лаков и красок, светящихся составов, в производстве кожи, в текстильной промышленности, в радиоэлектронике для изготовления катодов. Соединения лантаноидов применяются в лазерах.

Мнемонические правила. Для того, чтобы запомнить порядок элементов, входящих в семейство лантаноидов, существует несколько мнемонических фраз на английском языке.

Ladies can`t put nickels properly in slot machines. Every girl tries daily however every time you look.Last case pineapples were not produced since Elizabeth got terrible dysentery having eaten two yellow lemones.

Lazy College Professors Never Produce Sufficiently Educated Graduates To Dramatically Help Executives Trim Yearly Losses. Первые буквы слов в этих фразах соответствуют химическим символам лантаноидов.

Примерный перевод: Девушки могут положить никелей должным образом в игровых автоматах. Каждая девочка пытается ежедневный Однако каждый раз, когда вы смотреть.

Последний случай ананасов не производились с Элизабет получила страшный дизентерия съев две желтые lemones.

Lazy профессоров колледжа Никогда продукты недостаточно просвещены выпускников значительно помогаем руководителям Trim Ежегодные потери.

Лантаноиды (от лантан и греч. еidos — образ, вид), лантаниды, семейство из 14 химических элементов с атомным номером от 58 до 71, расположенных в 6-м периоде системы Менделеева вслед за лантаном (табл. 1).

Лантаноиды и сходные с ними элементы скандий, иттрий и лантан образуют группу редкоземельных элементов (в литературе её обозначают сокращённо РЗЭ).

  По химическим свойствам Лантаноиды весьма сходны между собой, что объясняется строением электронных оболочек их атомов: по мере увеличения заряда ядра структура двух внешних электронных оболочек не меняется, т.к.

происходит заполнение электронами 3-й снаружи оболочки — глубоколежащего 4f-уровня. Максимально возможное число электронов на f-уровне равно 14, что определяет число элементов семейства Лантаноиды (см. также Актиноиды, Атом, Периодическая система элементов Д. И. Менделеева).

Лантаноиды подразделяются на 2 подгруппы: цериевую, включающую церий Се, празеодим Pr, неодим Nd, прометий Pm, самарий Sm, европий Eu, и иттриевую, включающую гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy, гольмий Но, эрбий Ег, тулий Tm, иттербий Yb, лютеций Lu.

Это деление обусловлено периодичностью изменения некоторых свойств внутри семейства Лантаноиды; названия подгрупп возникли исторически.

  Историческая справка. В 1788 в шведском селении Иттербю был найден минерал иттербит (позднее переименованный в гадолинит). В нём Ю. Гадолин обнаружил в 1794 новую «землю», названную иттриевой. В 1803 И. Я. Берцелиус и В. Гизингер (1766—1852) и независимо от них М.

Клапрот (1743—1817) в «тяжёлом камне из Бастноса» открыли цериевую «землю» (названную по малой планете Церере). Первоначально обе эти «земли» считались окисями неизвестных прежде металлов — иттрия и церия. В 1843 шведский химик К. Г.

Мосандер (1797—1858) разложил иттриевую «землю» на собственно иттриевую, эрбиевую и тербиевую (все три названия — от Иттербю). Ж. Мариньяк (1878) выделил из эрбиевой «земли» ещё иттербиевую, а шведский химик П. Т.

Урбен (1872—1938) нашёл в иттербиевой «земле» лютециевую (от Lutetia — латинское название Парижа). То же самое повторилось и с цериевой «землёй». В 1839—41 Мосандер разложил её на лантановую (от греческого lanthánö — скрываюсь), дидимовую (от греческого dídymos — близнец) и собственно цериевую «земли».

Лекок де Буабодран, исследуя дидимовую «землю», полученную из уральского минерала самарскита [названного так в 1847 Генрихом Розе (1795—1864) в честь начальника штаба Корпуса горных инженеров В. Е.

Самарского-Быховца (1803—70), от которого Розе получил значительное количество этого минерала], выделил из неё в 1879 самариевую «землю», а в 1886 — гадолиниевую (по имени Гадолина); она оказалась тождественной с «землёй», которую Мариньяк открыл в 1880 в самарските. В 1885 австрийский химик К. Ауэр фон Вельсбах (1858—1929) разделил дидимовую «землю» на празеодимовую (от греческого prásios — светло-зелёный) и неодимовую (от греческого néos — новый). В 1901 французский химик Э. Демарсе (1852—1904) разделил самариевую «землю» на собственно самариевую и европиевую.

  Так, к первым годам 20 в. были открыты все Лантаноиды, за исключением радиоактивного элемента с атомным номером 61, который в природе не встречается. Его получили только в 1947 американские физики Дж. Маринский, Лантаноиды Гленденин и Ч. Кориелл из осколков деления урана в ядерном реакторе и назвали прометием (от имени Прометея).

  Хотя открытие Лантаноиды было завершено в начале 20 в., многие из них не были ни выделены в достаточно чистом состоянии, ни подробно изучены. Эффективные методы разделения, разработанные за последние 20 лет, позволяют получать и производить в чистом виде и соединения Лантаноиды, и сами металлы.

  Распространение в природе. Суммарное содержание лантана и Лантаноиды в земной коре составляет 1,78×10-2% по массе, причём кларки у Лантаноиды с чётными атомными номерами больше, чем у соседних нечётных. Лантаноиды — характерные элементы земной коры; в породах мантии, в каменных метеоритах их мало.

При магматических процессах Лантаноиды накапливаются в гранитоидах и особенно в щелочных породах. Известно 33 минерала церия и 9 лантана, остальные Лантаноиды входят как изоморфные примеси в кристаллическую решётку других минералов, преимущественно редкоземельных.

Известны гидротермальные месторождения фосфатов, фторкарбонатов и фторидов Лантаноиды, однако наибольшее промышленное значение имеют комплексные месторождения, связанные со щелочными магматическими породами (например, нефелиновые сиениты Кольского полуострова) и карбонатитами, а также месторождения осадочных фосфоритов, кора выветривания щелочных пород, прибрежно-морские и аллювиальные россыпи ксенотима и монацита.

Физические свойства. Лантаноиды — металлы серебристо-белого цвета (некоторые слегка желтоваты, например Pr и Nd). Кристаллическая структура большинства Лантаноиды — гексагональная плотноупакованная.

Исключение составляют g-Ce и a-Yb (кубическая гранецентрированная), Sm (ромбоэдрическая), Eu — кубическая объёмноцентрированная.

То обстоятельство, что при переходе от Се к Lu число электронов на двух внешних оболочках, как правило, не меняется, а положительный заряд ядра постепенно возрастает, вызывает более сильное притяжение электронов к ядру и приводит к так называемому лантаноидному сжатию; у нейтральных атомов Лантаноиды и ионов одинаковой валентности при увеличении атомного номера радиусы несколько уменьшаются. Температуры плавления у элементов подгруппы церия значительно ниже, чем у элементов подгруппы иттрия.

Лантаноиды высокой чистоты пластичны и легко поддаются деформации (ковке, прокатке). Мехапические свойства сильно зависят от содержания примесей, особенно кислорода, серы, азота и углерода. Значения предела прочности и модуля упругости металлов иттриевой подгруппы (за исключением Yb) выше, чем для цериевой.

Все Лантаноиды, за исключением La и Lu, обладают при температурах выше комнатной сильным парамагнетизмом, причиной которого является наличие у этих элементов нескомпенсированных в 4f-подоболочках спиновых и орбитальных магнитных моментов.

В области низких температур большинство Лантаноиды цериевой подгруппы (Nd, Pr, Sm) находится в антиферромагнитном состоянии, а Лантаноиды иттриевой подгруппы (Tb, Dy, Но, Er и Tm) при очень низких температурах — в ферримагнитном состоянии, а при более высоких температурах переходят в т. н. геликоидальное антиферромагнитное состояние.

Gd при всех температурах ниже 293 К (т. е. до точки Кюри) находится в ферромагнитном состоянии (см. Магнитная структура).

Химические свойства. Лантаноиды отличаются высокой химической активностью.

При нагревании они реагируют с водородом, углеродом, азотом, фосфором, углеводородами, окисью и двуокисью углерода; разлагают воду, растворяются в соляной, серной и азотной кислотах; выше 180—200°С Лантаноиды быстро окисляются на воздухе. Для всех Лантаноиды характерна валентность 3. Некоторые Лантаноиды проявляют, кроме того, валентность 4 или 2.

Окислы Лантаноиды и лантана тугоплавки. Гидроокиси R (OH)3 имеют основной характер и нерастворимы в щелочах. Хлориды, сульфаты и нитраты трёхвалентных Лантаноиды растворимы в воде, и кристаллизуются большей частью в виде кристаллогидратов различного состава.

Фториды, оксалаты, фосфаты, карбонаты и ферроцианиды малорастворимы в воде и разбавленных минеральных кислотах. Трёхзарядные катионы Ce, Gd, Tb, Yb, Lu бесцветны, Pm, Eu, Er имеют розовый цвет, Sm, Dy, Но — жёлтый, Pr и Tm — зелёный, Nd — фиолетово-красный.

Простые соли Лантаноиды склонны к образованию двойных солей с солями щелочных металлов, аммония, магния. Лантаноиды дают комплексные соединения с многими органическими веществами.

Среди них важное значение имеют комплексы, образуемые с лимонной кислотой и рядом аминополиуксусных кислот: нитрилотриуксусной, этилендиаминтетрауксусной кислотой и др. «комплексонами».

Эти соединения используются в процессах разделения Лантаноиды

• Нас находят по фразам:— Лантаноиды
• — Свойства лантана и лантаноидов

— Лантаноиды, актиноиды— Металл лантаноид— Лантаноиды элементы— Лантаноиды свойства— Металл группы лантаноидов— Химический элемент лантаноид— Редкоземельный металл лантаноид — Семейство лантаноидов— Химический элемент лантаноид металл

Источник: http://himsnab-spb.ru/article/ps/lanthanides

ПОИСК

    Четырнадцать элементов (порядковые номера 58—71), расположенных в периодической системе за лантаном, характеризуются значительным сходством в химических свойствах.

Эти элементы вместе с элементами побочной подгруппы III группы назвали редкими землями в настоящее время для элементов, следующих за лантаном, принято название лантаноиды .

В той последовательности, в которой расположены лантаноиды в периодической таблице (с 58 по 71 номер), заполняется электронами четвертый электронный слой их атомов от 18 до 32 электронов и происходит формирование 4/-оболочки. [c.

206]

    В этой главе рассматриваются металлические элементы В-групп периодической системы, или так называемых побочных подгрупп, лантаноиды и актиноиды. Эти элементы составляют большинство металлических элементов, а именно 60 из 78 известных металлических элементов. Ниже показано расположение всех этих элементов в периодической системе. [c.56]

    ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (за-урановые элементы) — радиоактивные химические элементы, расположенные вслед за ураном в конце периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Т. э. имеют п. н. 93—103, принадлежат к группе актиноидов. Все изотопы Т. э.

наибольшее значение имеет зврц как ядерное топливо, используется в изотопных источниках тока, применяемых для питания радиоаппаратуры на спутниках и др. [c.253]

    Лантан расположен в III группе периодической системы элементов электронная формула атома [Xe]5d 6s наиболее типичная степень окисления 4-3. Это же характерно и для лантаноидов. [c.175]

    Элементы редких земель, или лантаноиды, занимают особое место в периодической системе. К ним относятся все элементы от лантана (с атомным номером 57) до лютеция (атомный номер 71).

Все они помещаются в одной клетке менделеевской таблицы — в третьей группе, в восьмом ряду, так как, несмотря на значительные колебания атомных весов (от 138,92 для лантана до 174,99 для лютеция), они крайне близки по своим химическим свойствам.

Обычно к этой группе причисляют также иттрий и скандий, расположенные в той же третьей группе над лантаноидами — в шестом и четвертом [c.28]

    Материал в пособии изложен последовательно согласно расположению элементов в группах периодической системы Д. И. Менделеева. Большой объем материала вызвал необходимость расчленить книгу на три части, которые выходят в свет одновременно. В I части излагается химия и технология лития, рубидия и цезия, бериллия, галлия, индия и таллия, во П части — скандия, иттрия, лантана и лантаноидов, германия, титана, циркония и гафния, в П1 части — ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. [c.3]

    Описаны химические свойства неорганических веществ элементов, расположенных по группам Периодической системы, последовательно представлены свойства элементов А-групп (з- и р-элементов), Б-групп ( -элементов) и относящихся к ШБ-группе семейств лантаноидов и актиноидов (/элементов).

Внутри каждой группы элементы расположены по мере увеличения порядкового номера так, свойства элементов 1А-группы даны в следующем порядке свойства лития, натрия, калия, рубидия, цезия и франция.

Свойства водорода, как первого элемента Периодической системы, не относящегося ни к какой группе, представлены отдельно. [c.4]

Менделеева — всего 30 элементов, расположенных в серединах больших периодов 4,5 и 6, а также элемент 7-го периода — курчатовий (2=104), два /-элемента 6-го периода — лантаноиды (2= =64) и L liZ= ) и два /-элемента 7-го периода — актиноиды Ст(2=96) и Ьг(г=ШЗ).

 [c.321]

    В. Ноддак в 1938 г. писал .. . до сих пор не имеется никакой систематики редкоземельных элементов, которая бы рационально охватывала их свойства и распределяла в периодической системе . В 1949 г. А. П. Фаустов и в 1951 г. П.

Шенк предложили разместить лантаноиды и актиноиды по группам в виде третьих подгрупп [20, 21].

Хотя самарий, тулий, плутоний и (менделеевий) при этом ошибочно попали в I группу, а взаимное расположение всех подгрупп оказалось неправильным, однако такой взгляд соответствовал пути, намеченному Менделеевым. [c.11]

    Такое изменение было предложено Григоровичем, Если положение лантаноидов и актиноидов в группах периодической системы определять по сумме f-, d-и s-электронов сверхустойчи-вых электронных конфигура- lOuff ций (для f-оболочки 7 электронов), то получим расположение в группах, представленное в табл. 15.7. [c.431]

    В результате почти тридцатилетней работы многих ученых были синтезированы 12 иовых химических элементов, расположенных в периодической системе за ураном. Их называют заура-новыми, или трансурановыми, элементами.

Хотя некоторые ничтожные следы этих элементов и были обнаружены в природе (лабораторным путем), все они являются новыми искусственными радиоактивными элементами, 11 из которых (от 93 до 103) входят в группу актиноидов (аналогичную группу лантаноидов), а 12-й (2=104) по химическим свойствам близок к гафнию (2=72). [c.220]

Во-вторых, обозрение всей металлоорганической химии одного металла имеет свои явные преимущества.

Таким образом, другие две книги эндосерии представляют изложение методов металлоорганической химии переходных металлов (а также лантаноидов и Актиноидов) в порядке групп периодической системы. [c.6]

    Из изложенного видно, что в периодической системе к одной подгруппе принадлежат всегда те элементы, у которых в наружном электронном слое атомов содержится одинаковое число элек-. тронов. В этом заключается причина того, что их химические свойства аналогичны.

В последовательном ряду элементов, расположенных по величине заряда ядра их атомов, по мере усложнения ато.ма и возникновения новых электронных слоев периодически повторяются элементы, атомы которых содержат одинаковое. число электронов в наружном слое.

Это и является причиной периодичности в свойствах элементов.

Усложнения этой периодичности, заключающиеся в образовании побочных подгрупп и своеобразной группы лантаноидов, объясняется, как мы видели, усложнениями в последовательности заполнения различных электронных подгрупп. [c.82]

    При -сжатии мы сталкиваемся с уменьшением атомных радиусов в периодах таблицы Менделеева (например, четвертом и пятом). Каждый из -элементов занимает свою одну единственную клетку в периодической системе, и это находится в полном согласии с логикой ее короткой формы. Иное дело у лантаноидов.

Здесь 15 элементов размещаются в П1 группе в клетке лантана.

Поэтому уменьшение атомных радиусов в семействе лантаноидов следует рассматривать с двух точек -зрения 1) как для элементов, находящихся в одном (шестом) периоде таблицы Менделеева (в этом отношении ла таноидное сжатие аналогично но природе -сжатию) и 2) как для элементов, расположенных в одной подгруппе П1 группы вместе со скандием, иттрием и лантаном, и тогда надо говорить об аномальном изменении атомных радиусов на протяжении одной подгруппы элементов. Это изменение выражается следующими величинами (Л)  [c.130]

ии — амальгаму натрия и металлический барий, ученые рассчитывали получить двухвалентный прометий. Однако практически добиться аномальных валентных состояний у элемента № 61 не удалось. Этот факт легко объяснить на основании периодической системы ионов редкоземельных элементов (см. стр. 101).

В самом деле, Рш » расположен как раз в середине цериевой группы, имеет четное число 4/-электронов (четыре), и электронные структуры ионов лантана или гадолиния недостижимы для него в равной мере.

Значит, химия прометия беднее , чем химия аномально валентных лантаноидов и вряд ли сколь-либо серьезно следует рассматривать возможность выделения его в будущем из смеси редкоземельных элементов методом, основанным на различии валентностей. [c.174]

    Наблюдающиеся аномалии в монотонности свойств в группах элементов могут быть обобщены следующим образом.

Те элементы, которые в Периодической системе стоят непосредственно за элементами с впервые заполненным подуровнем данного типа (р, ), будут проявлять сниженную тенденцию к образованию устойчивых соединений в их высшей степени окисления [20].

Это согласуется с химическим поведением послелантаноидных элементов Н1—Кп (у лантаноидов впервые заполняется /-подуровень) и послепереходных элементов Оа—Кг (у переходных элементов 4-го периода впервые заполняется -подуровень).

Аналогично, натрий и магний образуют менее устойчивые соединения, чем следовало бы ожидать, основываясь на поведении их более легких (Ы, Ве) или более тяжелых (К, Са) аналогов [21]. Натрий и магний — это элементы, которые идут непосредственно после элементов с впервые заполняемым р-подуровнем. Это обобщение может быть использовано для предсказания некоторых химических свойств сверхтяжелых элементов, расположенных за актиноидами [20]. [c.568]

Свое название новый элемент получил по имени города Беркли, в котором расположен цент работ по синтезу и изучению трансурановых элементов — Радиационная лаборатория Калифорнийского университета.

Химическим аналогом берклия в группе лантаноидов является тербий, получивший свое название в честь деревни Иттерби в Швеции. [c.366]

    Как- было указано выше, построение укороченной периодической системы (стр. 12) осуществляют вначале последовательным расположением периодов один под другим так, чтобы левые концы периодов лежали на одной вертикали, вынесением лантаноидов и актиноидов и переносом концов периодов под их начало.

Поэтому в каждой образованной таким образом группе элементов, расположенных на вертикали, будут две подгруппы — главная и побочная (кроме элементов, расположенных на вертикалях под элементами Со и Ni). Элементы главных подгрупп I и И групп будут s-элементами.

Главные подгруппы элементов П1, IV, V, VI, VII и VIII групп, то есть элементы подгрупп В, С, N, О F и Ne, будут sp-эле-менты, а элементы побочных подгрупп S , Ti, V, Сг, Мп, Fe, Со, Ni, Си, Zn являются -элементами.

Таким образом, и в укороченной периодической системе проявляется периодичность в заполнении электронами электронных оболочек атомов. [c.73]

    Подобные представления положил в основу своих рас-суждений Г. Сиборг, высказавший идею о группе так называемых суперактиноидов [33], охватывающей элементы с Z = 121-f-152. Согласно Сиборгу, они должны представлять смешанный переходный ряд из 32 элементов .

Существование такого смешанного ряда могло бы свидетельствовать о более резком проявлении размывания периодичности в этой области периодической системы. [c.24]

    Эта упрощенная форма периодической системы не имеет каких-либо отклонений от периодического закона и в то же время акцентирует внимание на различиях подгрупп d- и /-переходных металлов и на специфических наиболее разительных отклонениях свойств легких элементов. По-видимому, она удобна для педагогических целей.

Здесь также рационально сохранить сдвиги элементов первых трех периодов и сделать смещения легких Зс -переходных металлов с заполняющейся Зй-оболочкой, а более тяжелые элементы с целью упрощения расположить в вертикальных столбцах.

Элементы главных подгрупп с заполняющимися s p -o6o-лочками, переходные металлы с заполняющими -оболочками, лантаноиды и актиноиды с заполняющими / -оболочками в такой развернутой таблице при строгом расположении по возрастанию атомного номера и по группам занимают определенные поля. Табл.

12 также совершенно строго отвечает периодическому закону, хотя и не содержит информации [c.64]

    Рассматриваемые элементы естественно и без каких-либо затруднений вписываются в подлинную систему элементов Менделеева, показанную в табл. 4.

В этой таблице сделаны следующие минимально необходимые изменения 1) инертные газы в качестве главной подгруппы VIII группы помещены справа, что является теперь общепринятым их расположением 2) большие периоды указаны в соответствии с последовательным заполнением оболочек 3) поставлены по группам 6-го и 7-го периодов на места,. оставленные Менделеевым, все лантаноиды и актиноиды в дополнение к тем, которые были помещены им самим. Естественная система элементов Менделеева при таком дополнении ее новыми элементами сохраняет свой первоначальный вид и оказывается строго отвечающей периодическому закону, требующему размещения всех без исключения элементов по группам в порядке возрастания атомных номеров. [c.20]

В ней лантаноиды и актиноиды размещены соответственно в 6—8 и в 9—11 рядах 6-го и 7-го периодов в порядке возрастания атомных номеров и по группам таким образом, что они образуют во И—VIII группах подгруппы с, расположенные справа от бария (II группа) и лантана (III группа) и слева от d-переходных металлов в IV— [c.64]

Источник: https://www.chem21.info/info/573114/