Разница между лантаноидами и актиноидами — 2021 — новости

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.

3. Физические свойства

Лантаноиды в виде простых веществ — серебристо — белые металлы (празеодим и неодим слегка желтоватого цвета), блекнут во влажном воздухе. Все лантаноиды в основном имеют структуру ГЩУ (гексаганально плотно упакована), за исключением европия (объемно — центрированные кристаллические решетки), иттербия (гранецентрированную кристаллические решетки) и самария, который кристаллизуется в ромбоэдрической структуре. Металлы подсемейства церия пластичны, сравнительно мягкие, причем их твердость возрастает с увеличением атомного номера, за исключением иттербия, который имеет аномально высокую проводимость, она в 3 раза больше, чем у других лантаноидов, которые по этому параметру приближаются к ртути. Все лантаноиды — парамагнетиков, но лютеций имеет слабую магнитную восприимчивость, а европий, гадолиний, диспрозий и эрбий при Т, ниже комнатной, обладают ферромагнетизмом. Только гадолиний имеет наивысшую точку Кюри (16 ? С). Интересные магнитные свойства имеет диспрозий, который в зависимости от Т проявляет свойства парамагнетика, ферромагнетика и антиферромагнетика. Наиболее тугоплавкими является тулий и лютеций. В характере изменения Тпл лантаноидов четко проявляется внутренняя периодичность. Минимальные Тпл имеют европий и иттербий, у которых есть устойчивые 4f75d ? 6s2 и 4f145d ? 6s2 электронных конфигураций. Легкоплавкие лантан, церий и празеодим характеризуются высокими Ткип, то есть важковипаровуванимы. Европий и иттербий в ряде лантаноидов самые низкие Ткип — наиболее летучие. Гадолиний отличается от других лантаноидов самым электрическим сопротивлением и теплопроводностью. Письмо металлического гадолиния в несколько сантиметров имеет такую ​​же надежность, что и многометровая толща бетона или воды. Электропроводность иттербия в 3 раза больше, чем у остальных лантаноидов.

Все лантаноиды — тяжелые металлы.

Физические свойства лантаноидов:

Элемент	ρ, г / см 3	Тпл, С	Ткип, С
Лантан	6,17	920	3454
Церий	6,66	795	3257
Празеодим	6,78	935	3212
Неодим	7,00	1024	3127
Прометий	7,22	1027	2730
Самарий	7,54	1072	1752
Европий	5,26	826	1597
Гадолиний	7,90	1321	3233
Тербий	8,27	1356	3041
Диспрозий	8,54	1406	2335
Гольмий	8,80	1461	2572
Эрбий	9,05	1497	2510
Тулий	9,33	1545	1732
Иттербий	6,98	824	1193
Лютеций	9,84	1652	3315

Химические свойства лантаноидов

Задача 1061. 
Чем объясняется сходство химических свойств лантаноидов?Решение:
К семейству лантаноидов принадлежат четырнадцать f-элементов, следующих в периодической системе после лантана (элементы № 58 — № 71). С возрастанием порядкового номера элементов этого семейства происходит заполнение электронами подуровня третьего снаружи электронного слоя (4f-подуровня), строение же наружного, а у некоторых элементов и следующего за ним слоёв, остаются неизменными. По этой причине все лантаноиды очень близки друг к другу по химическим свойствам. Электроны заполняют 4f-, а не 5-дуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях 4f- и 5d-состояний очень мала. Благодаря этому один из 4f-элементов (у некоторых, например, у церия, два 4f-электрона) легко возбуждаются, переходя на 5d-подуровень. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окисления +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов и скандия. Лантаноиды образуют сульфиды, хлориды, оксиды – солеподобные, нерастворимые, тугоплавкие соединения. Гидроксиды М(ОН)₃ – сильные основания. Катионы М3+ сильно гидратируются. С анионами одноосновных кислот и серной кислотой лантаноиды дают растворимые соли. Лантаноиды образуют многочисленные комплексные соединения. Соли их имеют различное яркое окрашивание, что возможно объяснить переходом 4f-электрона на 5d-подуровень.
 

Лантаноидное сжатие

Задача 1062. 
Что такое лантаноидное сжатие? Как оно сказывается на свойствах d-элементов 6 периода?Решение:
С ростом атомного номера у лантаноидов наблюдается значительное уменьшение металлических и ионных радиусов (от 102 пм у церия Се до 96,1 пм у лютеция Lu). Это явление называется лантаноидным сжатием. Оно является причиной значительного роста плотности лантаноидов: от 6,19 у лантана La до 9,87 у лютеция Lu.

Основная причина лантаноидного сжатия заключается в недостаточном экранировании заряда ядра электронами 4f-орбитали.

В атомах, обладающих единственным электроном, среднее расстояние между ядром и электроном определяется электронной орбиталью, на которой находится электрон, и уменьшается с ростом заряда ядра, тем самым приводя к уменьшению величины атомного радиуса. атомах, обладающих более чем одним электроном, степень уменьшения атомного радиуса вследствие увеличения заряда ядра ослабляется вследствие увеличения электростатического отталкивания между электронами.
 

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. Лантаноиды и актиноиды имеют достаточно много черт сходства как в физических, так и в химических свойствах. 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.

Комплексное образование

Актиниды обладают высокой радиоактивностью и имеют сильную склонность к образованию сложных реакций. Из-за его неустойчивых изотопов некоторые актиниды образуются естественным путем при радиоактивном распаде. Это актиний, торий, протактиний и уран. В этих затухающих процессах токсичные лучи. Актиниды способны к делению ядер, высвобождая огромные количества энергии и дополнительные нейтроны

Эта ядерная реакция является жизненно важной для создания сложных ядерных реакций. Актиниды легко окисляются

Когда они подвергаются воздействию воздуха, они загораются, делая их эффективными взрывчатыми веществами.

Что такое актиноиды

Актиноиды — это химические элементы, которые можно найти в серии актинидов блока f в периодической таблице элементов. Все актиноиды являются радиоактивными элементами из-за их нестабильной природы. У них нет стабильных изотопов. Эти элементы состоят из очень больших атомов. Актиноиды имеют свои валентные электроны на 5f орбитали. Серия актинидов состоит из химических элементов, имеющих атомные номера от 89 до 103.

Актиноиды высоко электроположительны. Это означает, что у них очень мало или нет сродства к электрону. Так как это очень реактивные элементы, они легко воспламеняются в воздухе. Хотя они и являются металлами, актиноиды очень мягкие. Некоторые из них можно даже порезать ножом. Все актиноиды являются парамагнитными (могут притягиваться внешним магнитным полем).

Рисунок 2: Актиниды

Наиболее распространенными и распространенными актиноидами на земле являются уран и торий. Они слабо радиоактивны и выделяют высокую энергию во время радиоактивного распада. Выдающееся состояние окисления среди актиноидов +3. Кроме того, актиноиды показывают степени окисления, такие как +4, +5 и +6.

Актиноиды образуют основные оксиды и гидроксиды. Они обладают способностью образовывать комплексы с лигандами, такими как хлориды, сульфаты и т. Д. Большинство комплексов актиноидов являются красочными. Однако из-за радиоактивности и поведения тяжелых металлов актиноиды считаются токсичными соединениями.

Лантаноиды

Иоганн Галодин обнаружил лантаниды в 1794 году, когда изучал черный минерал, называемый галодонитом. Лантаноиды состоят из элементов между барием и гафнием и обычно обозначаются как «земляные металлы». Эти металлы серебристо-белые и обильные в земной коре, а более светлые — более многочисленны. Большинство запасов лантанидов можно найти в Китае и прийти в ионные руды из южных провинций Китая. Основными источниками являются бастназит (Ln FCO3), монажит (Ln, Th) PO4 и Xenotime (Y, Ln) PO4. После экстракции основных источников лантаноиды отделяются от других примесей путем химического разделения, фракционной кристаллизации, ионообменных методов и экстракции растворителем. Коммерчески они используются для производства сверхпроводников, деталей автомобилей и магнитов. Они обычно нетоксичны и не полностью поглощаются организмом человека.

Литература

п ? в ? Периодическая система элементов Организация и свойства Электронная конфигурация атомов Электроотрицательность Трансурановые элементы Списки химических элементов по Группы 1 (Щелочные металлы) 2 (Щелочноземельные металлы) 10 12 13 (Подгруппа бора) 14 (Подгруппа карбона) 15 (Подгруппа азота) 16 (халькогенами) 17 (Галогены) 18 (Инертные газы) Другие категории элементов Периоды Металлы Переходные металлы Металлоиды Неметаллы Лантаноиды Актиноиды Суперактиноиды Редкоземельные элементы Платиноиды Периоды 1 2 3 4 5 6 7 8 См.. также Дмитрий Менделеев IUPAC Номенклатура

Основная разница — Лантаноиды против Актиноидов

Лантаноиды и актиноиды являются химическими элементами, которые присутствуют в рядах лантаноидов и актиноидов периодической таблицы соответственно. Эти элементы известны как элементы блока f. Это потому, что их валентные электроны находятся на орбите своих атомов. Все лантаноиды и актиноиды являются металлами. Их также называют внутренними переходными металлами. Это потому, что их внешние f-орбитали защищены другими орбиталями. Этим элементам даны названия как таковые, поскольку ряд актинидов начинается с химического вещества, называемого актинием, а ряд лантаноидов начинается с химического элемента, называемого лантаном. Основное различие между актиноидами и лантаноидами заключается в том, что актиниды могут легко образовывать комплексы, тогда как лантаноиды не образуют комплексов легко.

Что такое актиноиды

Актиноиды — это химические элементы, которые можно найти в серии актинидов блока f в периодической таблице элементов. Все актиноиды являются радиоактивными элементами из-за их нестабильной природы. У них нет стабильных изотопов. Эти элементы состоят из очень больших атомов. Актиноиды имеют свои валентные электроны на 5f орбитали. Серия актинидов состоит из химических элементов, имеющих атомные номера от 89 до 103.

Актиноиды высоко электроположительны. Это означает, что у них очень мало или нет сродства к электрону. Так как это очень реактивные элементы, они легко воспламеняются в воздухе. Хотя они и являются металлами, актиноиды очень мягкие. Некоторые из них можно даже порезать ножом.Все актиноиды являются парамагнитными (могут притягиваться внешним магнитным полем).

Рисунок 2: Актиниды

Наиболее распространенными и распространенными актиноидами на земле являются уран и торий. Они слабо радиоактивны и выделяют высокую энергию во время радиоактивного распада. Видное состояние окисления среди актиноидов +3. Кроме того, актиноиды показывают степени окисления, такие как +4, +5 и +6.

Актиноиды образуют основные оксиды и гидроксиды. Они обладают способностью образовывать комплексы с лигандами, такими как хлориды, сульфаты и т. Д. Большинство комплексов актиноидов являются красочными. Однако из-за радиоактивности и поведения тяжелых металлов актиноиды считаются токсичными соединениями.

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.

Особенности строения лантаноидов и актиноидов касаются и таких свойств, как, например, пирофорность в мелкодисперсном состоянии. Наблюдается также уменьшение размеров гранецентрированных кристаллических решеток металлов. 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.

Как выбрать?

Подбирая конкретную модель оборудования, настоятельно рекомендуется предварительно изучить устройство, принцип работы и основные характеристики реечных домкратов. При этом одним из ключевых моментов будет сравнение представителей разных линеек

Также важно учитывать, что от правильного выбора напрямую зависит в том числе и безопасность выполнения работ

Выбирая домкрат реечного типа, рекомендуется в первую очередь акцентировать внимание на следующих критериях

Грузоподъемность, от которой напрямую будет зависеть специализация оборудования. Речь в данном случае может идти о простом лифтовании легковой машины или же о поднятии и удерживании тяжелых грузов

Также стоит уделить внимание весу самого инструмента. Легкий домкрат будет комфортнее использовать.
Размеры, форма и качество покрытия опорной площадки, отвечающей за устойчивость подъемника, а следовательно, безопасность его эксплуатации.
Высота подхвата

Согласно актуальной статистике, наибольшим спросом пользуются модели с низким подхватом.
Максимальная высота подъема. Дать определение оптимального показателя в данной ситуации невозможно, поскольку он определяется эксплуатационными условиями.

С учетом перечисленных моментов можно сделать максимально правильный выбор в каждой конкретной ситуации

Но при этом важно помнить, что сейчас свою продукцию предлагают многие производители из разных стран. Какому из них отдать предпочтение, каждый потенциальный покупатель решает индивидуально, руководствуясь опытом, а также финансовыми возможностями

Что такое лантаноиды

Лантаноиды — это химические элементы, которые можно найти в серии лантаноидов блока f в периодической таблице элементов. Лантаноиды нерадиоактивны, за исключением прометия. Поскольку атомные номера лантаноидов находятся в диапазоне от 57 до 71, они также состоят из сравнительно больших атомов. Валентные электроны лантаноидов находятся на 4f орбитали. Их также называют лантаноидами .

Лантаноиды являются металлами и имеют яркий и серебристый вид. Они очень мягкие и даже могут быть порезаны ножом. Элементы лантана, церия, празеодима, неодима и европия серии лантаноидов обладают высокой реакционной способностью по сравнению с другими элементами. Когда эти металлы подвергаются воздействию воздуха, они образуют покрытия из оксидов. По этой причине они запятнаны.

Лантаноиды быстро реагируют с горячей водой, но медленно с холодной водой. Когда эти металлы загрязнены другими металлами, такими как кальций, они быстро разъедают. Но когда лантаноиды загрязняются неметаллами, такими как азот и кислород, они становятся хрупкими. Эти загрязнения изменяют температуру кипения лантаноидов.

Лантаноиды быстро растворяются в кислотах. Они могут реагировать с кислородом и галогенидами, но медленно. Наиболее заметное состояние окисления лантаноидов — +3. Другие состояния окисления, которые показывают Лантаноиды, +2 и +4. Но они не могут иметь степень окисления +6. Следовательно, они не могут образовывать сложные молекулы. Лантаноиды не образуют оксокатионов, таких как оксиды и гидроксиды. Молекулы, образованные лантаноидами, являются менее основными.

Рисунок 1: нитраты лантаноидов

Почти все ионы, образованные лантаноидами, бесцветны. Лантаноиды являются электроположительными элементами. Поэтому они предпочитают формировать молекулы с электроотрицательными элементами. Тем не менее, изменения в химических и физических свойствах очень меньше на протяжении всей серии.

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.

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.

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.

Физические и химические свойства

Все металлы этой группы имеют ярко выраженный серебристо белый цвет. Их кристаллическая решётка гексаганальная с плотной упаковкой. В некоторых элементах она принимает кубическую или ромбоэдрическую форму. Электронная конфигурация  зависит от количества электронов на двух крайних орбитах. Форма внутренней структуры определяет основные физические и химические свойства.

К основным физическим свойствам относятся:

• высокая прочность;
• пластичность (они легко поддаются деформации);
• обладают парамагнетизмом (этот эффект отчётливо проявляется при повышении температуры);
• в области низких температур они становятся ферромагнетиками;
• окислы этих металлов достаточно тугоплавки, каждый элемент имеет свою температуру плавления (от 920 градусов Цельсия у лантана до 1497 у эрбия);
• плотность колеблется между величинами в 5,1 г/см3 и 9,3 г/см3;
• твердость составляет в среднем 40-70 кг/мм3
• при минимальном количестве примесей (в химически чистом виде) обладают высокой электропроводностью.

Из всей группы элементов радиоактивность проявляется только у двух элементов: самария и прометия. Первый имеет меньшую радиоактивность. Механические свойства каждого элемента зависят от состава и количества примесей, особенно таких элементов как сера, углерод, азот и кислород.

К основным химическим свойствам относят:

• высокая химическая активность;
• вариативность такого показателя как валентность;
• устойчивость к отдельным видам кислот (в частности к фосфорной и плавиковой);
• они способны активно взаимодействовать с некоторыми органическими соединениями;
• быстро окисляются на воздухе;
• все лантаноиды растворимы в воде, в которой происходит кристаллизация с образованием различных кристаллогидратов;
• простые соли этих металлов способны образовывать двойные соли с солями магния, аммония или щелочных металлов.

Повышенная активность проявляется в способности лантаноидов образовывать очень прочные оксиды, сульфиды, которые хорошо взаимодействуют с фосфором, водородом и углеродом. Особенно эта активность проявляется при повышении температуры.

Основные правила монтажа

Применение лантаноидов

Эти металлы получили достаточно широкое применение. Они используются в качестве добавок при изготовлении различных марок стали, чугуна или других сплавов. Добавление лантаноидов позволяет повысить механическую стойкость, значительно улучшить показатели антикоррозийной устойчивости, улучшить показатели жаропрочности. Особое место они занимают в производстве специальных сортов стекла, которое применяется в атомной технике. В результате добавления лантаноидов в лаки и краски повышают уровень защиты поверхности от коррозии. При определённых составах они придают краскам люминесцирующие свойства. В радиоэлектронике эти металлы добавляют в материалы для изготовления катодов и при создании лазерной техники.

В перспективе планируется применять лантаноиды при создании так называемых оксибромидов, которые будут широко использоваться для проведения ранней диагностики онкологических заболеваний. При приёме этих препаратов кристаллы соединения с лантаноидами будут естественным образом подсвечивать место возникновения раковых клеток.

Использование свойства люминисцентности может быть использовано при создании альтернативных источников освещения, которые могут прийти на смену светодиодам. Разработанные на основе лантаноидов металлогели позволяют находить места появления дефектов в металле, выявление токсинов и патогенов.

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. Как следствие происходит уменьшение радиусов атомов. В ионных соединениях металлов с увеличением порядкового номера ионные радиусы также уменьшаются. Аналогичные изменения наблюдаются и у элементов семейства актиния. Вот почему лантаноиды и актиноиды называют близнецами. 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.

Нахождение в природе

В земной коре металл группы лантаноидов встречается достаточно редко. Чаще всего их можно встретить в гранитоидах и породах с большим содержанием щёлочных элементов. Такой элемент может входить в качестве изоморфной примеси в кристаллических решётках других, более распространённых металлов. Поэтому промышленная добыча производится в щелочных породах магматического происхождения и так называемых карбонатитах. В качестве примера можно привести разработку нефелиновой сиенты на Кольском полуострове.

Лантаноид под номером 68 (эрбий) активно добывается в Швеции. Своё название он получил от одноимённого населённого пункта. В последнее время современные технологии позволяют получать металлы этой группы, разрабатывая морские и аллювиальные россыпи монацита и ксенотима.

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. Лантаноиды и актиноиды имеют достаточно много черт сходства как в физических, так и в химических свойствах. 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.