Глава 6. Cвойства
По свойствам актиноиды сходны с лантаноидами, но между ними есть и отличия. Отличие двух групп объясняется тем, что у актиноидов прерывается заполнение наружных электронных оболочек — шестой (группа 6d) и седьмой (после появления группы электронов 7s2), и при переходе от каждого предыдущего актиноида к последующему происходит (в основном, а начиная с кюрия — исключительно) заполнение f-электронов в пятой электронной оболочке. У актиноидов по аналогии с лантаноидами происходит заполнение f-слоя в четвёртой электронной оболочке .
Первое экспериментальное доказательство заполнения 5 (пятой) f-электронной оболочки в области близких к урану тяжёлых элементов было получено Э. Макмилланом и Ф. Абельсоном в 1940 году.
Радиусы ионов актиноидов, подобно ионам лантаноидов, с увеличением порядковых номеров элементов монотонно уменьшаются. Актиноиды-ионы парамагнитны, причем величина грам-ионной магнитной способности для обоих типов катионов одинаково изменяется в зависимости от количества f-электронов
§6.1.Физические свойства
С физической точки зрения актиноиды — типичные металлы. Все они мягкие, имеют серебристый цвет, достаточно высокую плотность и пластичность. Некоторые из этих металлов можно разрезать ножом. Торий по твёрдости подобен мягкой стали. Из нагретого чистого тория можно раскатывать листы, вытягивать проволоку. Торий почти вдвое легче урана и плутония, но твёрже их обоих. Все актиноиды в той или иной степени радиоактивны. Из них только торий и уран встречаются в природе в заметных количествах.
Таблица: Физические свойства некоторых актиноидов
|
Название металла |
Плотность, г/см³, при 25 °C |
Температура плавления, °С |
Цвет |
Поперечное сечение захвата нейтронов, барн |
Радиус атома, Å |
|
Актиний |
10,07 |
1050±50 |
Серебристо-белый (в темноте светится голубым светом) |
— |
1,88 |
|
Торий |
11,78 |
1750 |
Серебристый |
7,57 |
1,798 |
|
Протактиний |
15,37 |
— |
Серебристый |
— |
— |
|
Уран |
19,05 |
1132±1 |
Серебристо-белый |
7,68 (природная смесь) |
1,762 |
|
Нептуний |
20,25 |
640±1 |
Серебристый |
— |
— |
|
Плутоний |
19,84 |
637 |
Серебристо-белый |
— |
1,58[24] |
|
Америций |
11,7 |
1100 |
Серебристый |
— |
1,82 |
|
Кюрий |
7,0 |
1345±50 |
Серебристый |
— |
1,74 |
|
Берклий |
14,78 |
1025 |
— |
— |
1,70 |
Для всех актиноидов,
кроме актиния, характерен полиморфизм.
Радиусы актиноидов. Металлический (пунктирная линия) и ионные (сплошная линия) радиусы актиния и 5f-элементов: 1 — M3+, 2 — M4+, 3 — M5+.
Плутоний имеет семь полиморфных модификаций, а уран, нептуний и калифорний — три. Кристаллические структуры протактиния, урана, нептуния и плутония по своей сложности не имеют аналогов среди лантаноидов и более похожи на структуры 3d-переходных металлов. Лёгкие актиноиды в точке плавления имеют объёмно-центрированную решётку, а начиная с плутония — гранецентрированную.
Температура плавления актиноидов изменяется при увеличении числа f-электронов нелинейно. С ростом числа данных электронов температура плавления сначала (от протактиния к плутонию) понижается, а затем (от америция к кюрию) повышается. Уникально низкую температуру плавления у плутония объясняют гибридизацией 5f- и 6d-орбиталей и образованием направленных связей в этих металлах. От кюрия до эйнштейния температура плавления снова понижается, а затем возрастает до максимума у фермия. Аналогичная кривая температур плавления повторяется от фермия до лоуренсия.
Для актиноидов от америция до эйнштейния при любых температурах ниже температуры плавления характерны гранецентрированная кубическая и гексагональная плотнейшие упаковки. Для трансурановых элементов сходство с металлическими лантаноидами усиливается — при комнатной температуре кристаллические структуры актиноидов от америция до калифорния и лёгких лантаноидов аналогичны.
Таблица: Сравнительная характеристика радиусов ионов лантаноидов и актиноидов
|
Лантаноиды |
Радиусы ионов Ln3+, Å |
Актиноиды |
Радиусы ионов M3+, Å |
Радиусы ионов M4+, Å |
|
Лантан |
1,061 |
Актиний |
1,11 |
— |
|
Церий |
1,034 |
Торий |
1,08 |
0,99 |
|
Празеодим |
1,013 |
Протактиний |
1,05 |
0,93 |
|
Неодим |
0,995 |
Уран |
1,03 |
0,93 |
|
Прометий |
0,979 |
Нептуний |
1,01 |
0,92 |
|
Самарий |
0,964 |
Плутоний |
1,00 |
0,90 |
|
Европий |
0,950 |
Америций |
0,99 |
0,89 |
|
Гадолиний |
0,938 |
Кюрий |
0,98 |
0,88 |
|
Тербий |
0,923 |
Берклий |
— |
— |
|
Диспрозий |
0,908 |
Калифорний |
— |
— |
|
Гольмий |
0,894 |
Эйнштейний |
— |
— |
|
Эрбий |
0,881 |
Фермий |
— |
— |
|
Тулий |
0,869 |
Менделевий |
— |
— |
|
Иттербий |
0,858 |
Нобелий |
— |
— |
|
Лютеций |
0,848 |
Лоуренсий |
— |
— |