Докторант → Неорганическая химия → Лантаноиды и актиноиды ↓
Координационная химия элементов f-блока
Введение
Элементы f-блока, также называемые внутрипереходными металлами, включают лантаноиды и актиноиды. Эти элементы обычно характеризуются заполнением 4f и 5f орбиталей соответственно. Координационная химия этих элементов интересна из-за их уникальных электронных конфигураций, степеней окисления и координационных чисел.
Лантаноиды
Лантаноиды включают 15 элементов с атомными номерами от 57 (La) до 71 (Lu). Эти элементы известны своими схожими химическими свойствами, которые возникают из-за их частично заполненных 4f орбиталей.
La - Лантан
Ce - Церий
Pr - Празеодим
Nd - Неодим
Pm - Прометий
Sm - Самарий
Eu - Европий
Gd - Гадолиний
Tb - Тербий
Dy - Диспрозий
Ho - Гольмий
Er - Эрбий
Tm - Тулий
Yb - Иттербий
Lu - Лютеций
Координационные соединения
Лантаноиды образуют различные координационные соединения, часто демонстрируя высокие координационные числа из-за их больших ионных радиусов. Они обычно координируют с атомами-донорами кислорода, азота или серы.
Пример: Нитраты лантаноидов
Нитраты лантаноидов, такие как Ln(NO3)3, часто координируются с молекулами воды, образуя гидраты, такие как Ln(NO3)3·xH2O
Актиноиды
Актиноиды представляют собой серию из 15 элементов, от актиния (Ac) до лоуренсия (Lr), характеризующуюся постепенным заполнением 5f орбиталей. Эти элементы известны своими радиоактивными свойствами и сложной редокс-химией.
Ac - Актиний
Th - Торий
Pa - Протактиний
U - Уран
Np - Нептуний
Pu - Плутоний
Am - Америций
Cm - Кюрий
Bk - Берклий
Cf - Калифорний
Es - Эйнштейний
Fm - Фермий
Md - Менделевий
No - Нобелий
Lr - Лоуренсий
Координационные соединения
Актиноиды демонстрируют разнообразную координационную химию из-за их способности достигать множественных степеней окисления. Они часто образуют комплексы с донорами кислорода и азота.
Пример: Гексфторид урана
Хорошо известный актиналидный комплекс - гексофторид урана, UF6, который используется в процессах обогащения урана.
Электронная конфигурация
Понимание электронной конфигурации элементов f-блока важно для изучения их координационной химии. Общая электронная конфигурация для лантаноидов [Xe] 4fn 6s2, а для актиноидов - [Rn] 5fn 7s2.
Примеры лантаноидов
La: [Xe] 5d1 6s2
Ce: [Xe] 4f1 5d1 6s2
Примеры актиноидов
Th: [Rn] 6d2 7s2
U: [Rn] 5f3 6d1 7s2
Координационные числа и геометрия
Координационное число комплекса определяет количество донорных атомов, связанных с центральным металлом. Лантаноиды обычно демонстрируют координационные числа от 8 до 12, что отражает их большой размер. В отличие от них, актиноиды обычно демонстрируют координационные числа от 6 до 10.
Геометрия
Геометрическое расположение лигандов вокруг центрального металла может сильно варьироваться:
- Октаэдрическая: координационное число 6, которое одинаково у лантаноидов и актиноидов.
- Кубическая: координационное число 8, часто встречается в комплексах лантаноидов.
- Тригональная бипирамидальная: реже встречается, но может быть найдена в химии как лантаноидов, так и актиноидов.
Хелатирование и многозубчатые лиганды
Элементы f-блока часто образуют стабильные комплексы с многозубчатыми лигандами, которые могут быть донорами более чем одной пары электронов к центральному атому металла. Они известны как хелатные лиганды.
Комплекс EDTA
Одним из самых распространенных хелатирующих агентов является этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), которая образует прочные комплексы как с лантаноидами, так и с актиноидами:
[Ln(EDTA)]- и [An(EDTA)]-
Стабильность комплексов
Стабильность координационных соединений элементов f-блока зависит от нескольких факторов, включая размер и заряд иона металла, тип и заряд лиганда, а также систему растворителя.
Применение координационной химии
Координационная химия элементов f-блока важна для различных приложений, начиная с материаловедения и заканчивая медициной.
Медицинская визуализация
Комплексы лантаноидов используются в МРТ из-за их уникальных электронных свойств.
Ядерный реактор
Комплексы актиноидов важны в проектировании ядерных реакторов и в протоколах переработки топлива.
Заключение
Координационная химия элементов f-блока предоставляет интересное представление о передовых принципах неорганической химии. Лантаноиды и актиноиды с их сложными электронными конфигурациями и различными степенями окисления образуют широкий спектр координационных соединений с уникальной геометрией и свойствами.
Комментарии