ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Свойства металлов IIIB-группы из "Курс химии. Ч.2" К ШВ-группе относятся скандий, иттрий, лантан и актиний. За лантаном и актинием в периодической системе расположены семейства элементов, названных лантаноидами и актиноидами, каждое из которых состоит из 14 элементов. Металлы ШВ-группы (кроме актиния) и лантаноиды принято называть редкоземельными металлами. [c.57] Ядра и изотопы. Скандий, иттрий и лантан имеют по одному устойчивому изотопу 2iS (100%), Y (100%), sfLa (99,911%). Для изотопа La, являющегося радиоактивным, характерен большой период полураспада — 10 лет в природе он открыт в незначительных количествах (0,089%). Актиний не имеет ни одного устойчивого изотопа. Известно 10 его радиоактивных изотопов, из которых наиболее устойчивым является Ас с периодом полураспада 21,6 года. [c.57] Из лантаноидов единственный элемент — прометий (2=61) не имеет ни одного устойчивого изотопа. [c.57] Для всех остальных элементов известны устойчивые изотопы. Для нечетных по порядковому номеру элементов известно по одному изотопу (исключение составляет 63-й элемент, имеющий два устойчивых изотопа), а для четных по 6—7 устойчивых изотопов. [c.57] Электронные оболочки атомов. Для атома первого элемента группы ШВ — скандия (2=21), расположенного в четвертом периоде, распределение электронов по уровням и подуровням таково 15 25 р 35 р Чз . У атомов каждого из последующих элементов добавляется к оболочке лишний уровень. Конфигурация электронов, принимающих участие в образовании химических связей, может быть записана так с1 з , т. е. на наружном уровне находятся два парных -электрона и на уровне, соседнем с наружным, один -электрон. Все они проявляют однозначную валентность, равную 3. От скандия к актинию вместе с увеличением числа электронных уровней в атоме возрастают их радиусы, уменьшаются величины ионизационных потенциалов. [c.58] Атомы лантаноидов характеризуются заполнением электронами внутреннего 4/-подуровня, т. е. третьего уровня, считая от наружного. На наружном шестом уровне всех атомов расположено по два -электрона. На пятом уровне, соседнем с наружным, по одному ( -электрону содержится только в атомах гадолиния и лютеция в этом отношении они напоминают атом лантана. [c.58] Валентность гадолиния и лютеция обусловливается только -электронами и равна 3. У атомов других элементов валентными являются наружные -электроны и часть внутренних /-электронов. Чаще всего от атомов отрываются два - и один /-электрон, поэтому наиболее характерная валентность 3. [c.59] До сих пор окончательно не выяснено существование соединений четырехвалентного диспрозия (см. пунктирную черту). Для шести элементов — N(3, Рт, Ос1, Но. Ег и Ей — характерна единственная форма валентности, равная 3. [c.59] Радиусы атомов лантаноидов были определены из кристаллических структур металлов. Большинство их имеет гексагональные решетки, европий имеет решетку объемноцентрированного куба, а иттербий — кубическую. Для церия, празеодима и неодима известно по две различные модификации. На рис. 12 показано изменение величин радиусов атомов (сплошная линия) лантаноидов в зависимости от увеличения 2. Элементы, проявляющие валентность 2, характеризуются резким возрастанием радиусов их атомов (у европия и иттербия), а для остальных вместе с ростом 2 происходит уменьшение радиусов атомов, сжатие последних, называемое лантаноидным сжатием или контракцией. [c.59] Атомы актиноидов характеризуются заполнением электронами внутреннего 5/-подуровня, но для атомов 99—103 элементов электронное распределение еще окончательно не выяснено, а для некоторых актиноидов приняты по две возможные конфигурации. [c.60] Из этих данных видно, что, только начиная с 95 элемента Ат, электроны распределяются в атомах актиноидов так же, как в атомах лантаноидов У атомов первых пяти элементов возможны по две конфигурации распределения, и окончательно выбрать истинную из них пока не представляется возможным. Несомненно, что элемент кюрий, подобно гадолинию, делит семейство пополам, а элементом лоуренси-ем это семейство заканчивается. Очевидно, что, начиная с атома 97-го элемента — берклия, в орбиталях 5/-подуровня появляются парные электроны. [c.61] По Сравнению с атомами лантаноидов атомы актиноидов имеют большой радиус, электроны удерживаются ядрами слабее, а потому число теряемых электронов иногда достигает семи. [c.61] Пунктирной линией отмечены наиболее устойчивые формы валентности. От тория до урана устойчивая валентность возрастает от 4 до 6, затем она снижается до трех и сохраняется как стабильная форма от Ат до Lr. За последние три года в Институте физической химии АН СССР быяи получены соединения нептуния (VH), плутония (VH) и америция (VH). [c.61] Подобно ионам лантаноидов, у ионов актиноидов с ростом 2 происходит сжатие (см. рис. 13) и, следовательно, можно говорить об актиноидной контракции. [c.61] Причиной актиноидного сжатия является постепенное заполнение электронами 5/-подуровня, а лантаноидного — заполнение электронами 4/-подуровня. [c.61] Есть и другие данные, которые указывают на заметное сходство актиноидов и лантаноидов. [c.61] Это однотипность их химических соединений (основное окислительное число элементов - -3), сходство по ряду химических и физических свойств. [c.61] Однако актиноиды и лантаноиды имеют и различия. Актиноиды менее сходны между собой, чем лантаноиды. В природе встречаются только первые три (ТЬ, Ра, У). Актиноиды более металличны, у многих из них диапазон окислительных чисел больше (от +2 до +7), чем у лантаноидов (от +2 до +4), и т. д. Определенные различия в свойствах актиноидов и лантаноидов обусловлены, в первую очередь, более низкими значениями энергии связи с ядрами 5/-электронов у актиноидов по сравнению с 4/-электронами у лантаноидов и более слабым экранированием ядра электронами 5/-подуровня по сравнению с 4/-подуровнем. [c.62] Менее последовательное изменение свойств в ряду актиноидов (особенно в начале ряда) объясняется тем, что у них 5/- и бй-электроны практически неразличимы по величине энергии. В связи с этим энергия, необходимая для перехода электронов с одного уровня на другой, мала и в некоторых случаях сравнима с энергией химической связи. [c.62] Причиной большей металличности актиноидов является то, что их атомные радиусы больше, чем у лантаноидов. Поэтому 5/-электроны у актиноидов более удалены от ядра и более подвижны, чем 4/-электроны у лантаноидов. [c.62] Вернуться к основной статье