- •660025, Г. Красноярск, ул. Вавилова, 66 а
- •1.1.Распространение в природе и получение
- •1.2 Физические свойства
- •Химические свойства
- •Соединения s – металлов
- •1.6.Применение
- •Элементы іііа – группы
- •Распространение в природе и получение
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Соединения металлов
- •2.1.4. Применение
- •Глава 3. Химия переходных металлов
- •В периоде с ростом z восстановительные свойства металлов уменьшаются, достигая минимума у элементов iв группы (табл.3.1.). Тяжелые металлы viiiв и iв групп за свою инертность названы благородными.
- •3.1. Элементы 1в группы
- •3.1.1. Распространение в природе и получение
- •3.1.2.Физические свойства
- •3.1.3. Химические свойства
- •3.1.4. Соединения металлов
- •3.1.5.Применение
- •3.2. Элементы подгруппы II a
- •3.2.1.Распространение в природе и получение
- •3.2.2.Физические свойства
- •3.2.3. Химические свойства По химическим свойствам Zn и его аналоги менее активны, чем подгруппа Са. В ряду от Zn к Hg-химическая активность металлов уменьшается (см. Табл.3.3.).
- •3.2.4. Соединения металлов
- •3.2.5. Применение
- •3.3. Элементы подгруппы iiia
- •3.3.1. Способы получения
- •3.3.2.Физические и химические свойства
- •3.3.3. Соединения металлов
- •3.3.4. Применение
- •3.4. Элементы подгруппы ivb
- •3.4.1.Распространение в природе и получение
- •3.4.2.Физические свойства
- •3.4.3. Химические свойства
- •3.4.4. Соединения металлов
- •3.4.5. Применение
- •3.5. Элементы подгруппы vb
- •3.5.1.Распространение в природе и получение
- •3.5.1.Физические свойства
- •3.5.2. Химические свойства
- •3.5.4. Cоединения металлов
- •3.5.5.Применение
- •3.6. Элементы подгруппы viв
- •3.6.1. Распространение в природе и получение
- •В промышленности чистый хром получают из хромистого железняка:
- •Вольфрам, молибден получают из соответствующих оксидов, например:
- •3.6.2.Физические свойства
- •3.6.3. Химические свойства
- •3.6.4. Соединения металлов
- •3.6.5. Применение
- •3.8. Элементы подгруппы VII b
- •3.8.1. Распространение в природе и получение
- •3.8.2.Физические свойства
- •3.8.4. Химические свойства
- •3.8.5.Соединения металлов
- •3.8.6. Применение
- •3.9.2. Физические свойства
- •3.9.3. Химические свойства
- •3.9.4.Соединения металлов
- •3.9.5. Применение
- •3.9. Элементы VIII в группы (платиновые металлы)
- •3.9.1. Распространение в природе и получение
- •В виде соединений находятся в Си- Ni сульфидных рудах.
- •3.9.2. Физические свойства
- •3.9.3. Химические свойства
- •3.9.4.Соединения металлов
- •3.9.5.Применение
- •Глава 4. Лантаноиды и актиноиды
- •4.1. Электронные конфигурации атомов лантаноидов и актиноидов и их свойства.
- •4. 1.1.Монотонно изменяющиеся
- •4.1.2.Периодически изменяющиеся свойства
- •4.2.Распространение f - элементов в природе и получение
- •4.3.Разделение смеси соединений лантаноидов (актиноидов)
- •4.3.1.Ионообменная хроматография
- •4. 3.2.Жидкостная экстракция
- •4.3.3.Разделение по изменению степени окисления
- •4.4.Физические свойства
- •4.5.Химические свойства
- •4.6.Соединения f-металлов
- •4.7.Применение
Глава 4. Лантаноиды и актиноиды
4.1. Электронные конфигурации атомов лантаноидов и актиноидов и их свойства.
Побочную подгруппу третьей группы Периодической системы элементов составляют электронные аналоги - скандий, иттрий, лантан, актиний - с конфигурацией валентных электронов (n – 1)d1 n s2.
Элементы, у которых происходит последовательное заполнение f - подуровня, называются f - элементами.
Согласно химическим и спектроскопическим данным при большой энергетической близости 4f - и 5d- состояний для лантаноидов более энергетически выгодным оказывается все же 4f - состояние. Поэтому в их атомах один 5d электрон, имеющийся у La , переходит (за исключением Gd) в 4f – состояние:
La (лантан)4f0 5d1 6s2 Tb (тербий) 4f9 5d0 6s2
Ce (церий)4f2 5d0 6s2 Ho (гольмий) 4f11 5d0 6s2
Sm (самарий)4f6 5d0 6s2 Tm (тулий) 4f13 5d0 6s2
Gd (гадолиний) 4f7 5d1 6s2 Lu (лютеций) 4f14 5d1 6s2
По характеру заполнения 4f -подуровня лантаноида разделяются на два подсемейства:
1. Первые семь элементов (Ce - Gd) , у которых в соответствии с правилом Хунда заполняются 4f -орбитали одним электроном , образуют подсемейство церия .
2. Семь остальных элементов (Тb - Lu), у которых происходит заполнение 4f -орбиталей вторым электроном, объединяются в подсемейство тербия.
При незначительном возбуждении один из 4f – электронов (реже два) переходит в 5d -состояние. Наибольшая вероятность перехода электронов с 4f на 5d - подуровень у церия. Остальные 4f -электроны экранированы от внешнего воздействия 5s2 5 р6 -электронами и на химические свойства большинства лантаноидов влияние не оказываю. Таким образом, свойства лантаноидов в основном определят 5d1 6s2 -электроны. В связи с этим РЗЭ проявляют большое сходство с d -элементами 3 группы -Sc и его аналогами.
Устойчивая степень окисления лантаноидов равна - +3. Наличие "аномальных" степеней окисления объясняется стремлением атомов за счет потери I-4 электронов приобрести устойчивые конфигурации (4f0,4f7,4f14)ближайшего из ионов La3+", Gd3+ Lu3+:
Cе |
4f2 5d0 6s2 |
|
Cе4+ |
4f0 5d0 6s0 |
(La3+ 5d0 6s0 ) |
Eu |
4f7 5d0 6s2 |
|
Eu2+ |
4f7 5d0 6s0 |
(Gd3+ 4f7 5d0 6s0 ) |
Yb |
4f14 5d0 6s2 |
|
Yb2+ |
4f14 5d0 6s0 |
(Lu3+ 4f14 5d0 6s0 ) |
В отличие от d – элементов координационные числа лантаноидов могут превышать 9 и достигать II, 12, 13 и других значений, так как в образовании химических связей участвуют, обитали 6s -, 5d - и 4f - подуровней.
Семейство актиноидов состоит из 14 элементов с атомными номерами 90-103. Согласно теории строения атома, у этих элементов должно происходить заполнение электронами третьего снаружи 5f -подуровня, подобно подуровню 4f у лантаноидов. Установлено, что в атомах тяжелых элементов периодической системы 7s -,6d -и 5f -состояния энергетически очень близки друг к другу, поэтому однозначное определение электронной конфигурации актиноидов затруднено (Th – 6d2 7s2, U 5f3 6d1 7s2, Pu - 5f6 7s2 и т.д.). Наиболее распространена для актиноидов степень окисления +3, однако нередко встречаются и более высокие валентные состояния:
Th |
Pa |
U |
Np |
Pu |
Am |
Cm |
+4 |
+5 |
+6 |
+7 |
+7 |
+6 |
+4 |
|
|
|
|
|
|
|
Bk |
Cf |
Es |
Fm |
Md |
No |
Lr |
+4 |
+3 |
+3 |
+3 |
+3 |
+3 |
+3 |
Подобно лантаноидам первые семь элементов семейства актиноидов можно объединить в подсемейство тория (Th - Сm), а остальные семь элементов - в подсемейство берклия (Bk - Lr ). Координационные числа актиноидов разнообразны: от 4 до 12.
Анализ структуры атомов лантаноидов и актиноидов показывает, что элементы обоих семейств близки по свойствам и элементы каждого семейства сходны между собой, так как число электронов на наружном и втором снаружи энергетических уровнях почти у всех элементов одинаково и равно трем.
Изучение актиноидов существенно затруднено радиоактивным распадом их атомов и радиоактивными излучениями.
Свойства лантаноидов, обусловленные наличием 4f -электронов, можно разделить на две группы: