Характеристика свойств элементов семейства лантаноидов

 

Химические свойства лантаноидов


Задача 1061. 
Чем объясняется сходство химических свойств лантаноидов?
Решение:
К семейству лантаноидов принадлежат четырнадцать f-элементов, следующих в периодической системе после лантана (элементы № 58 - № 71). С возрастанием порядкового номера элементов этого семейства происходит заполнение электронами подуровня третьего снаружи электронного слоя (4f-подуровня), строение же наружного, а у некоторых элементов и следующего за ним слоёв, остаются неизменными. По этой причине все лантаноиды очень близки друг к другу по химическим свойствам. Электроны заполняют 4f-, а не 5-дуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях 4f- и 5d-состояний очень мала. Благодаря этому один из 4f-элементов (у некоторых, например, у церия, два 4f-электрона) легко возбуждаются, переходя на 5d-подуровень. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окисления +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов и скандия. Лантаноиды образуют сульфиды, хлориды, оксиды – солеподобные, нерастворимые, тугоплавкие соединения. Гидроксиды М(ОН)3 – сильные основания. Катионы М3+ сильно гидратируются. С анионами одноосновных кислот и серной кислотой лантаноиды дают растворимые соли. Лантаноиды образуют многочисленные комплексные соединения. Соли их имеют различное яркое окрашивание, что возможно объяснить переходом 4f-электрона на 5d-подуровень.


Лантаноидное сжатие

Задача 1062. 
Что такое лантаноидное сжатие? Как оно сказывается на свойствах d-элементов 6 периода?
Решение:
С ростом атомного номера у лантаноидов наблюдается значительное уменьшение металлических и ионных радиусов (от 102 пм у церия Се до 96,1 пм у лютеция Lu). Это явление называется лантаноидным сжатием. Оно является причиной значительного роста плотности лантаноидов: от 6,19 у лантана La до 9,87 у лютеция Lu.

Основная причина лантаноидного сжатия заключается в недостаточном экранировании заряда ядра электронами 4f-орбитали.

В атомах, обладающих единственным электроном, среднее расстояние между ядром и электроном определяется электронной орбиталью, на которой находится электрон, и уменьшается с ростом заряда ядра, тем самым приводя к уменьшению величины атомного радиуса. атомах, обладающих более чем одним электроном, степень уменьшения атомного радиуса вследствие увеличения заряда ядра ослабляется вследствие увеличения электростатического отталкивания между электронами.