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.
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.
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 відповідь
У 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 відповідь
Їхні 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?