Розділ 2 · Як читати періодичну таблицю Урок 9 із 20 · 1 хв читання

Чому лантаноїди й актиноїди розташовані внизу періодичної таблиці?

Лантаноїди (елементи 57–71) й актиноїди (елементи 89–103) надруковані двома рядками під основною періодичною таблицею лише для того, щоб зберегти її практичну ширину. Насправді вони належать до 6-го та 7-го періодів, відразу після барію (56) і радію (88). Якщо поставити їх на місце, таблиця розтягнеться до 32 стовпців — надто широка, щоб зручно вміститися на сторінці чи екрані.

Де вони насправді мають бути

Простежте атомні номери вздовж 6-го періоду: цезій (55), барій (56), потім стрибок до гафнію (72). 15 елементів від лантану (57) до лютецію (71) заповнюють цю прогалину. 7-й період має таку саму прогалину між радієм (88) і резерфордієм (104), яку заповнюють 15 елементів від актинію (89) до лоуренсію (103).

Багато таблиць позначають це місце в 3-й групі заглушкою з написом 57–71 або 89–103. Якби ви засунули ці два рядки на місце, 6-й і 7-й періоди містили б по 32 елементи, а таблиця мала б 32 стовпці замість 18. Така широка форма називається довгою, або 32-стовпцевою періодичною таблицею.

Період 6

f-блок

Лантаноїди й актиноїди утворюють f-блок. Уздовж цих рядків електрони додаються переважно на f-підоболонку, що лежить на дві оболонки глибше за зовнішню: 4f для лантаноїдів і 5f для актиноїдів. f-підоболонка вміщує 14 електронів, тому f-блок має ширину 14 стовпців.

Кожен рядок містить 15 елементів, на один більше, ніж 14 стовпців f-блока. Річ у тім, що і лантан, і лютецій зараховують до лантаноїдів, а і актиній, і лоуренсій — до актиноїдів, тоді як лише один з кожної пари справді належить до 3-ї групи. Хіміки досі сперечаються, яка саме це пара.

Оскільки додані електрони розташовані так глибоко в атомі, зовнішні електрони вздовж кожного рядка майже не змінюються. Кожен лантаноїд закінчується на 6s²; наприклад, неодим — [Xe] 4f⁴ 6s². Тому лантаноїди хімічно такі подібні один до одного й так важко відокремлюються.

Лужний метал Лужноземельний метал Перехідний метал Постперехідний метал Металоїд Реакційний неметал Галоген Шляхетний газ Лантаноїд Актиноїд Невідомі властивості

Лантаноїди

Лантаноїди разом зі скандієм та ітрієм часто називають рідкісноземельними елементами. Попри назву, більшість із них не є особливо рідкісними в земній корі; вони просто розсіяні й їх важко відокремити один від одного.

Це здебільшого м’які сріблясті метали, що зазвичай утворюють йони +3. Багато з них життєво важливі для сучасних технологій: неодим використовують у сильних постійних магнітах для двигунів, навушників і вітрових турбін, самарій — у термостійких самарій-кобальтових магнітах, європій — у люмінофорах екранів і ламп, а гадоліній — у контрастних речовинах для МРТ. Уздовж ряду атоми трохи зменшуються: від 240 pm для лантану до 221 pm для лютецію за даними цього сайту; цей ефект називається лантаноїдним стисненням.

Актиноїди

Усі актиноїди радіоактивні. Лише торій і уран трапляються в природі у великих кількостях. Актиній і протактиній існують у мізерних слідах в уранових і торієвих рудах, як і сліди нептунію та плутонію, але майже всі елементи після урану отримують у ядерних реакторах або прискорювачах частинок.

Уран і плутоній — паливо атомної енергетики, а америцій-241 використовують у багатьох побутових димових датчиках. Актиноїди виявляють ширший діапазон зарядів, ніж лантаноїди: наприклад, уран може мати +3, +4, +5 або +6. Найважчі актиноїди, як-от нобелій і лоуренсій, отримували лише в мізерних кількостях.

Як читати їх у таблиці

Шукаючи лантаноїд чи актиноїд, пам’ятайте, що його період — 6-й або 7-й, хоча він надрукований у нижньому рядку. Неодим (60) у 6-му періоді, а уран (92) — у 7-му. Багато таблиць залишають номер групи для цих елементів порожнім, бо стовпці f-блока не входять до 18 пронумерованих груп.

Швидкий спосіб запам’ятати діапазони: рядок лантаноїдів починається відразу після барію (56), а рядок актиноїдів — відразу після радію (88), двох металів 2-ї групи внизу їхнього стовпця.

Головне

  • Лантаноїди (57–71) й актиноїди (89–103) належать до 6-го та 7-го періодів, відразу після барію й радію.
  • Їх друкують під основною таблицею, щоб вона мала ширину 18 стовпців, а не 32.
  • Вони утворюють f-блок, де електрони заповнюють підоболонки 4f і 5f.
  • Лантаноїди хімічно подібні один до одного й зазвичай утворюють йони +3; усі актиноїди радіоактивні.
  • Лантаноїди, як-от неодим, ключові для сильних магнітів, а уран і плутоній живлять ядерні реактори.

Перевірте себе

Три швидкі запитання за цим уроком.

1. Де лантаноїди насправді мають бути в періодичній таблиці?

Показати відповідьУ 6-му періоді, відразу після барію — Лантаноїди (57–71) заповнюють прогалину в 6-му періоді між барієм (56) і гафнієм (72).

2. Чому лантаноїди хімічно так схожі один на одного?

Показати відповідьЇхні додані електрони потрапляють на глибоку підоболонку 4f, тож зовнішні електрони майже не змінюються — Уздовж рядка електрони заповнюють підоболонку 4f глибоко всередині атома, тож кожен лантаноїд закінчується на 6s² і реагує подібно до своїх сусідів.

3. Яке твердження правильне для всіх актиноїдів?

Показати відповідьВони радіоактивні — Усі актиноїди радіоактивні, а лише торій і уран трапляються в природі у великих кількостях.

Зміст курсу