4. 1.1.Монотонно изменяющиеся

а) изменение радиусов атомов и ионов

В целом, радиусы атомов и ионов лантаноидов с ростом порядкового номера уменьшаются (рис.4.1).

Рис.4.1. Радиусы ионов лантаноидов

Это влияние известно под названием лантаноидного сжатия". Оно объясняется тем, что с ростом числа

4f -электронов увеличивается их притяжение к ядру, заряд которого непрерывно растет. Как следствие этого, радиусы атомов и ионов уменьшаются. Подобное явление, называемое "актиноидным сжатием", характерно и для 5f -элементов. Радиусы их атомов и трехзарядных ионов тоже уменьшаются с ростом атомного номера;

б) изменение потенциалов ионизации Энергия (потенциал) ионизации - это минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона от невозбужденного атома. Суммарная энергия, затрачиваемая для перевода атома Ln Ln³⁺ , принимает следующие значения:

Ln	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Gd	Dу	Ho	Er	Tm	Lu
J ион Э-в	36,5	37,2	37,5	37,8	38,2	38,6	39,5	40,0	40,2	40,3	41,0

Величины энергий ионизации с ростом порядковых номеров лантаноидов равномерно и закономерно увеличиваются. Это объясняется уменьшением атомных радиусов и соответственно ослаблением восстановительной способности лантаноидов. Самый сильный восстановитель среди них - лантан;

в) изменение стандартных электродных потенциалов

Поведение металлов в водных растворах характеризуется величинами их стандартных электродных потенциалов. Для лантаноидов они имеют высокие отрицательные значение, т.е. лантаноиды - химически активные металлы, уступающие по активности лишь щелочным, щелочно-земельным металлам, скандию, иттрию и лантану. С уменьшением радиусов Ln³⁺ величины Е⁰возрастают (рис.4.2),

Лантан и лантаноиды энергично растворяются в во­де с выделением водорода:

Рис.4.2. Стандартные потенциалы восстановления лантаноидов

3 2H⁺ + 2e^- = H₂ E⁰ = -0,41 B

2 La - 3e^- = La³⁺ E⁰ = -2,52 B

6H⁺ + 2La = 3H₂ + 2La³⁺

э.д.с. = 2,52 – 0,41 = 2,11(B)

При переходе от La к Lu способность реагировать с водой несколько ослабляется в соответствии с уменьшением восстановительных свойств;

г) изменение основности

Основность любых элементов зависит от прочности связи валентных электронов с ядром, а следовательно, от структуры атомов. По ряду лантаноидов радиус атомов уменьшается, при атом прочность связи 4n³⁺ - ОН увеличивается, основность ослабевает. Наибольшей основностью обладает атом La , он приближается по свойствам к Мg(OH)₂ , Отсюда, как следствие, вытекает способность солей лантаноидов к гидролизу, В ряду La³⁺ - Lu³⁺ склонность к гидролизу увеличивается.

Для гидроксидов актиноидов с ростом степени окисления прослеживается закономерность:

Э(ОН)₃ – Э(ОН)₄ – Э⁺⁵О₂ОН – Э⁺⁶О₂(ОН)₂

основные свойства уменьшаются.

Итак, "лантаноидное" и "актиноидное сжатие" атомных и ионных радиусов вызывает монотонное изменение свойств f –элементов.