Введение в Лантаноиды и Актиноиды

Периодическая таблица организована так, что элементы с похожими свойствами сгруппированы вместе. Существует две особенные серии элементов, называемых лантаноидами и актиноидами. Эти элементы находятся в двух отдельных строках ниже основного тела периодической таблицы, и из-за их уникальных свойств их часто обсуждают вместе. В этом введении мы исследуем их расположение в периодической таблице, их уникальные химические свойства и их значение в мире.

Лантаноиды

Серия лантаноидов включает 15 химических элементов с атомными номерами от 57 до 71, от лантана (La) до лютеция (Lu). Эти элементы иногда называют "редкоземельными элементами", хотя они относительно обильны в земной коре.

Лантаноиды известны своей высокой магнитной восприимчивостью и способностью создавать цвета в химических соединениях. Они используются в различных приложениях в качестве катализаторов, люминофоров и материалов для создания сильных постоянных магнитов.

Химические свойства лантаноидов

• Они обычно выглядят блестящими и серебристо-белыми.
• Лантаноиды имеют высокие температуры плавления и кипения.
• Обычно проявляют степень окисления +3; однако некоторые соединения могут также проявлять степени +2 и +4.
• Эти элементы известны своей способностью образовывать комплексы с органическими молекулами.

Например, лантан (La) реагирует с водой с образованием гидроксида лантана:

        2 La + 6 H 2 O → 2 La(OH) 3 + 3 H 2
    

Как вы видите, лантан реагирует с водой, образуя водородный газ и белый осадок гидроксида лантана.

Актиноиды

Серия актиноидов включает 15 элементов, от актиния (Ac) до лоуренсия (Lr) с атомными номерами от 89 до 103. В отличие от лантаноидов, многие актиноиды радиоактивны; уран (U) и торий (Th) наиболее обильны в природе.

Актиноиды важны в производстве ядерной энергии и имеют различные приложения в медицине и промышленности благодаря своим радиоактивным свойствам.

Химические свойства актиноидов

• Они, как правило, плотные металлы с мягкой и податливой текстурой.
• Актиноиды могут находиться в различных состояниях окисления, обычно колеблясь от +3 до +6, что позволяет множеству химических реакций.
• Эти элементы известны своей радиоактивностью, то есть способностью испускать частицы и энергию.

Например, уран (U) может образовывать уран-гексафторид в следующей реакции:

        U + 3 F 2 → UF 6
    

Это химическое свойство особенно полезно в ядерных реакторах и в обогащении урана для использования в качестве ядерного топлива.

Химические свойства лантаноидов и актиноидов

Тенденции среди лантаноидов

Лантаноиды проявляют некоторые уникальные тенденции:

• По мере продвижения вниз по серии лантаноидов атомные и ионные радиусы уменьшаются. Это называется "сужение лантаноидов".
• Это сужение вызвано слабым экранирующим эффектом электронов 4f, что приводит к большему притяжению между электронами и ядром.

Вот простая таблица, показывающая уменьшение ионного радиуса по мере продвижения по некоторым лантаноидам:

Элемент	ионный радиус (пм)
La 3+	117
Ce 3+	114
Pr 3+	113
Nd 3+	112

Тенденции среди актиноидов

Серия актиноидов 또한 проявляет заметные тенденции:

• Вариабельность в состояниях окисления из-за способности электронов 5f участвовать в связывании более выражена, чем у лантаноидов.
• Как и у лантаноидов, ионный радиус уменьшается по мере продвижения по серии актиноидов. Однако это уменьшение менее последовательно из-за присутствия множественных состояний окисления.

Ядерные свойства актиноидов, такие как период полураспада и тип излучаемой радиации, также важны для различных приложений.

Применения лантаноидов и актиноидов

Использование лантаноидов

• Магниты: неодим используется для производства мощных магнитов, найденных в наушниках, жестких дисках и электродвигателях.
• Лазеры: некоторые лантаноиды используются для создания твердотельных лазеров для резки и сварки.
• Люминофоры: европий и тербий используются в осветительном оборудовании и цветных телевизионных экранах.

Использование актиноидов

• Ядерная энергия: уран и плутоний жизненно важны для ядерных реакторов и атомных бомб.
• Медицина: америций используется в некоторых датчиках дыма и как источник излучения при диагностической визуализации.

Заключение

Лантаноиды и актиноиды, хотя иногда и не рассматриваются в более широком контексте периодической таблицы, играют важные роли в различных технологических и научных областях. Их уникальные химические свойства, такие как различные состояния окисления и радиоактивность, делают их незаменимыми в современной технологии. Понимая эти элементы, мы получаем представление об их огромном потенциале и влиянии на мир.

Комментарии