Почему лантаноиды и актиноиды расположены внизу периодической таблицы?
Лантаноиды (элементы 57–71) и актиноиды (элементы 89–103) напечатаны двумя строками под основной периодической таблицей лишь для того, чтобы она сохраняла удобную ширину. На самом деле они относятся к 6-му и 7-му периодам, сразу после бария (56) и радия (88). Если поставить их на место, таблица растянется до 32 столбцов, что слишком широко для удобного размещения на странице или экране.
Где они находятся на самом деле
Проследите атомные номера вдоль 6-го периода: цезий (55), барий (56), затем скачок к гафнию (72). Этот пропуск заполняют 15 элементов от лантана (57) до лютеция (71). В 7-м периоде такой же пропуск между радием (88) и резерфордием (104), его заполняют 15 элементов от актиния (89) до лоуренсия (103).
Во многих таблицах это место в 3-й группе отмечено значком-заполнителем с подписью 57–71 или 89–103. Если бы две строки поставили на место, в 6-м и 7-м периодах было бы по 32 элемента, а в таблице — 32 столбца вместо 18. Такой широкий вариант называют длиннопериодной, или 32-столбцовой, периодической таблицей.
f-блок
Лантаноиды и актиноиды образуют f-блок. В этих строках электроны добавляются в основном на f-подоболочку, лежащую на две оболочки глубже внешней: 4f у лантаноидов и 5f у актиноидов. На f-подоболочке помещается 14 электронов, поэтому f-блок имеет ширину 14 столбцов.
В каждой строке перечислено 15 элементов, на один больше, чем 14 столбцов f-блока. Дело в том, что и лантан, и лютеций считают лантаноидами, а и актиний, и лоуренсий — актиноидами, тогда как в 3-й группе на самом деле находится только один элемент из каждой пары. Химики до сих пор спорят, какая это пара.
Поскольку добавляемые электроны находятся глубоко внутри атома, внешние электроны вдоль каждой строки почти не меняются. Все лантаноиды заканчиваются на 6s²; например, неодим — [Xe] 4f⁴ 6s². Поэтому лантаноиды так похожи друг на друга по химическим свойствам и их так трудно разделить.
Лантаноиды
Лантаноиды вместе со скандием и иттрием часто называют редкоземельными элементами. Несмотря на название, большинство из них не особенно редки в земной коре; они просто рассеяны и их трудно отделять друг от друга.
В основном это мягкие серебристые металлы, которые обычно образуют ионы +3. Многие из них жизненно важны для современных технологий: неодим используют в сильных постоянных магнитах для двигателей, наушников и ветряных турбин, самарий — в жаропрочных самарий-кобальтовых магнитах, европий — в люминофорах экранов и ламп, а гадолиний — в контрастных веществах для МРТ. Вдоль ряда атомы слегка уменьшаются: по данным этого сайта, от 240 pm у лантана до 221 pm у лютеция; этот эффект называется лантаноидным сжатием.
Актиноиды
Все актиноиды радиоактивны. В природе в больших количествах встречаются только торий и уран. Актиний и протактиний существуют в ничтожных следах в урановых и ториевых рудах, как и следы нептуния и плутония, но почти все элементы после урана получают в ядерных реакторах или ускорителях частиц.
Уран и плутоний — топливо атомной энергетики, а америций-241 используют во многих бытовых дымовых извещателях. У актиноидов более широкий набор зарядов, чем у лантаноидов: например, уран может быть +3, +4, +5 или +6. Самые тяжёлые актиноиды, такие как нобелий и лоуренсий, получены лишь в ничтожных количествах.
Как читать их в таблице
Ища лантаноид или актиноид, помните, что его период — 6-й или 7-й, хотя напечатан он в нижней строке. Неодим (60) находится в 6-м периоде, а уран (92) — в 7-м. Во многих таблицах номер группы для этих элементов не указывают, потому что столбцы f-блока не входят в 18 пронумерованных групп.
Быстрый способ запомнить диапазоны: строка лантаноидов начинается сразу после бария (56), а строка актиноидов — сразу после радия (88), двух металлов 2-й группы внизу своего столбца.
Главное
- Лантаноиды (57–71) и актиноиды (89–103) относятся к 6-му и 7-му периодам, сразу после бария и радия.
- Их печатают под основной таблицей, чтобы её ширина оставалась 18 столбцов вместо 32.
- Они образуют f-блок, где электроны заполняют подоболочки 4f и 5f.
- Лантаноиды химически похожи друг на друга и обычно образуют ионы +3; все актиноиды радиоактивны.
- Лантаноиды, такие как неодим, важны для сильных магнитов, а уран и плутоний служат топливом для ядерных реакторов.
Проверьте себя
Три быстрых вопроса по этому уроку.
1. Где на самом деле должны находиться лантаноиды в периодической таблице?
Показать ответ
В 6-м периоде, сразу после бария — Лантаноиды (57–71) заполняют пропуск в 6-м периоде между барием (56) и гафнием (72).2. Почему лантаноиды так похожи друг на друга по химическим свойствам?
Показать ответ
Добавляемые электроны попадают на глубокую подоболочку 4f, поэтому внешние электроны почти не меняются — Вдоль строки электроны заполняют подоболочку 4f глубоко внутри атома, поэтому все лантаноиды заканчиваются на 6s² и реагируют почти так же, как соседи.3. Какое утверждение верно для всех актиноидов?