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鑭系元素和錒系元素：在週期性體系中的地位

每個在地球殼中所示的化學元素組成：大氣和水圈岩石圈 - 可以作為明亮的例子，確認基本原子和分子的教導週期律。俄羅斯科學家M. V. Lomonosovym和D. I. Mendeleevym - 他們是由自然歷史博物館的燈具制定。鑭系元素和錒系元素 - 兩個家族，其包括14化學元素，以及金屬本身 - 鑭和錒。它們的性質 - 物理和化學 - 通過我們在這項工作中加以解決。此外，我們確定在位置週期系的氫，鑭系元素，錒系元素取決於原子的電子軌道的結構。

發現的歷史

在18世紀晚期於钆通過第一化合物選自稀土金屬的獲得 - 釔的氧化物。直到20世紀初，由於在化學由G.莫斯利研究才知道一組金屬的存在。它們分別位於鑭和鉿的元素週期表。另一種化學元素-錒，鑭等，形成了一個家族的14放射性化學元素，這些錒系元素。 1879年以來他們對科學發現的發生，直到20世紀中葉。鑭系元素和錒系元素有很多物理和化學性質的相似性。這可以在這些金屬中，這是在能級的原子進行說明的電子裝置，即鑭系元素為f-子層的第四級，以及用於錒系元素 - F-子層的第五層。下一步，我們考慮更詳細地上述金屬的原子的電子殼。

內過渡元素在原子分子理論的光的結構

化學品M. V. Lomonosova的結構的輝煌發現是原子的電子殼層的進一步研究的基礎。一種化學元素，馬普研究的基本粒子結構的盧瑟福模型，F.洪德允許化學家發現的物理和化學性質，其特點是鑭系元素和錒系元素的週期性變化的現有法律的正確解釋。你不能忽視的週期性規律D.一Mendeleeva的過渡元素的原子結構的研究中的重要作用。讓我們更詳細地研究這個問題。

廣場內過渡元素在元素週期表系統D. I. Mendeleeva

在第三組的第六 - 一個較長時期 - 家庭金屬是鑭，鈰和佈置成镥以下。在鑭原子的4f-子層空和镥第十四電子完全填充。在元件設置在它們之間，有F-軌道逐漸填充。在錒系元素的家庭 - 從釷到铹 - 相同的原理開始觀察到發生在填充電子5F-子層的唯一區別帶負電荷的顆粒的聚集。外部能量電平的結構和負顆粒的其上在所有同上述金屬的數量（等於二）。這一事實回答了關於為什麼鑭系元素和錒系元素，稱為內過渡元素，有很多相似的問題。

兩個家庭的化學文獻中的一些源被組合成子組的第二側。它們包含從每個家庭兩個金屬。在化學元素週期系的短形式的這些家庭DI門捷列夫代表從表本身中分離和佈置不同的行。因此，錒系元素和鑭系元素中的週期系統的位置對應於原子和電子的結構的一般計劃內週期性填充水平和相同的氧化的存在引起了普通組聚集內部過渡金屬。在這些化學元素具有的功能和屬性等效鑭或錒。這就是為什麼鑭系元素和錒系元素的化學元素表中刪除。

為f-子層的電子構型影響金屬的特性

正如我們之前所說的，在週期系統鑭系元素和錒系元素的位置直接決定它們的物理和化學特性。例如，鈰離子，钆，和鑭系元素族的其它元素具有由於F-子層的結構特徵的高磁矩。它可以使用金屬作為摻雜劑用於生產具有磁特性的半導體。硫化物族元素錒（例如，硫化物镤，釷）在其分子中有一個混合式化學粘合的：離子共價或共價金屬。該結構特徵導致的新的物理和化學性質的出現，並作為一個答案，為什麼鑭系元素和錒系元素具有熒光特性的問題。例如，錒銀的樣品在黑暗中發光的藍色發光。這是由於電流的金屬離子，光的光子的作用下，其中發生原子和電子的激發在其中“跳”到更高的能級的影響下，然後返回到他們的固定軌道。正是出於這個原因，鑭系元素和錒系元素是磷。

減少原子的離子半徑的後果

在鑭和錒，像從他們的家庭，在金屬離子的尺寸指示器半徑的單調減少的元素。在化學中，在這種情況下，與鑭系元素和錒系元素壓縮發言。化學設定以下模式：與電荷增加原子的核的，當元件屬於一個和相同的週期和它們的半徑減小。這可以解釋如下：用於金屬如鈰，镨，釹，原子的能級的數目和總是等於六。然而核電荷分別遞增和構成58，59，60。這意味著增加了朝向帶正電的原子核的電子的內殼的吸引力。其結果是有還原的原子半徑的。也減少隨著離子半徑的原子序數的離子的金屬化合物。在元素錒家人觀察到類似的變化。這就是為什麼鑭系元素和錒系元素被稱為雙胞胎。減少離子半徑導致主要的_{_{Ce（OH）3，PR（OH）3}}的氫氧化物的基本性質的削弱_，和镥的基座已經顯示出兩性性質。

意想不到的結果導致填充軌道4F-次級未成對電子的一半銪原子。他原子半徑沒有減少，反而增加。在該系列中的鑭系元素钆5D-分段的跟隨它，有一個電子4F-次級類似於Eu等。這樣的結構導致钆原子半徑的突然減小。類似的現象是在一對鐿的觀察 - 镥。一個大的，由於完全填充4F-子層的原子半徑的第一個元素，同時其镥急劇降低作為5D-分段電子觀察外觀。在錒並且在該家庭原子和離子半徑其他放射性元件不單調改變，但以及該鑭系元素，在突飛猛進。因此，鑭系元素和錒系元素是其中它們的化合物的性質相關地依賴於原子的電子殼層的離子半徑和結構元素。

價態

鑭系元素和錒系元素是其特點非常相似。特別地，它涉及在價離子和原子的氧化態。例如，釷，镤，顯示出三價，釷的化合物中_{（OH）3，PACL} _3，THF _3，帕_2（CO _{_3）3，}所有這些物質是不溶性的，並且具有相同的化學性質從金屬鑭族：..，鈰，镨，釹，和這些化合物的鑭系元素等也將三價的。這些例子證明我們的說法，鑭系元素和錒系元素的正確性 - 雙胞胎。它們具有相似的物理和化學性質。這可以在內部過渡元素的兩個家族的原子為中心進行說明電子軌道的結構。

金屬性

兩個組的所有代表都已經被完成4F-，5F-金屬，以及D-能級。鑭和稀土元素打電話給家人。它們的物理和化學性質很相似，分別在實驗室條件下，他們好容易分離。顯示常氧化態3，鑭系元素有許多相似之處鹼土金屬（鋇，鈣，鍶）。錒系元素也此外還放射性異常活躍的金屬。

鑭系元素和錒系元素和觸感的結構特徵，例如，例如，細碎的自燃。還存在的金屬面心晶格的尺寸的減小。加入這兩個家庭的所有化學元素 - 一個銀色的光澤的金屬，由於迅速變暗空氣的高反應性。它們通過從進一步防氧化各氧化物膜覆蓋。所有的元素都是除镎，钚和充分耐火，熔化溫度是低於顯著1000℃

特性化學反應

如前所述，鑭系元素和錒系元素是化學活性金屬。鹵素，以及磷，碳 - 因此，家庭的鑭，鈰和其它部件可以很容易地用簡單的物質連接。鑭系元素也可以與一氧化碳和二氧化碳進行交互。它們還能夠分解水。除了簡單的鹽，如例如SECL ₃或PRF _3，它們形成复鹽。在分析化學中，佔有重要地位與鑭系金屬甘氨酸和檸檬酸的反應。將得到的配合物這樣的過程被應用於為鑭系元素，如礦石的混合物的分離。

通過用硝酸鹽，氯化物和硫酸鹽的酸反應，金屬形成相應的鹽。它們易溶於水，是很容易能夠形成結晶水合物的。應當指出的是，鑭系元素鹽的水溶液著色，這是由在各自離子的存在說明。紫紅色，钷和銪 - - 粉紅色釤和镨綠，釹的鹽溶液。因為在+3氧化態的離子是有色的，它在分析化學中用於檢測金屬離子，鑭系元素的（所謂的高品質的反應）。為了同樣的目的也可用於化學分析的方法如分步結晶和離子交換層析。

在兩個錒系元素組的可區分。這是伯克利，農場，鍆，锘，铹和鈾，镎，钚，omeretsy。化學性質類似於從他家的第一個和鑭金屬。第二組的元件具有非常相似的化學特性（基本上彼此相同）。硫，氮，碳：所有的錒系元素迅速用非金屬互動。與氧legandami它們形成複雜的化合物。可以看出，在化學性能彼此相似的金屬的兩個家庭。這就是為什麼鑭系元素和錒系金屬常常被稱為雙胞胎。

形勢氫週期性的系統，鑭系元素，錒系元素

有必要考慮到一個事實，即氫足夠的反應活性物質。它表現，取決於化學反應條件：作為還原劑和氧化劑。這就是為什麼定期系統，氫同時在兩個組的主要子組。

第一氫氣用作還原劑，以及鹼金屬，設在這裡。氫到位的元素鹵素沿著第七組的指示其彈性。在第六週期是這樣，如前面所提到的，鑭系元素的家族，在一個單獨的渲染行為表中的便利性和緊湊性。第七週期中含有一組具有相似特性的肌動蛋白的放射性元素。錒系元素位於化學元素DI門捷列夫在近鑭族表外。的研究最少，因為它們的原子的原子核這些元素是非常不穩定的，由於放射活性。回想一下，鑭系元素和錒系元素是內部的過渡元素，它們的物理化學特性非常相似。

用於生產金屬工業的一般方法

與釷，镤和鈾，這是從礦石通過直接開採的外，其他錒系元素可以通過照射中子的鈾金屬快速移動的流的樣品來獲得。在產業規模镎和钚是從核反應堆的乏燃料中提取。需要注意的是獲得的錒系元素 - 是相當複雜和昂貴的過程，這是離子交換和多級萃取的主要方法。鑭系元素，其被稱為稀土元素，由氯化物或氟化物的電解得到。為了獲得超純鑭系元素，使用metallothermal方法。

凡申請內部過渡元素

使用我們研究金屬的頻譜是非常廣泛的。對於一個家庭錒 - 是，首先，核武器和能源。錒系元素在醫學，探傷，中子活化分析非常重要。這是不可能忽略使用鑭系元素和錒系元素，如在核反應堆源中子捕獲。鑭系元素也可用作合金添加劑對鋼鐵，以及在生產磷光體的。

分佈性質

錒系元素和鑭系元素的氧化物通常稱為鋯，釷，釔土。它們是相應金屬的製備主要來源。天王星，如錒系元素的主要代表是在四種類型的礦石或礦物形式的岩石層的外層。首先，它是瀝青鈾礦，這是二氧化鈾。它是金屬的含量高。常伴有鐳二氧化鈾礦床（靜脈）。他們在加拿大，法國，扎伊爾發現。配合釷和鈾礦石往往含有貴重金屬的其他礦石，如金或銀。

豐富的俄羅斯，南非，加拿大和澳大利亞這樣的原材料庫存。有些沉積岩含有礦物釩鉀。它的結構，除了鈾，釩和進入另一個。第四類原料鈾 - 磷酸鹽礦石和zhelezouranovye石板。它們的儲量在摩洛哥，瑞典和美國。當前有希望的是煤炭和褐煤含雜質鈾礦床。他們是在西班牙生產，捷克共和國，以及兩個美國各州 - 北和南達科他州。