Актиниды - определение, свойства, образование, использование

Блок d и f в основном содержит элементы, включающие группы 3-12. Блок f содержит элементы, в которых 4f и 5f постепенно заполняются. Эти элементы помещены ниже таблицы Менделеева в отдельную таблицу. Элементы блока d и f в основном известны как переходные или внутренние переходные элементы.

актиниды

Актиниды — это элементы с атомными номерами от 90 до 103, следующие за актинием. Они включают встречающиеся в природе элементы тория, протактиния и урана, а также одиннадцать трансурановых элементов, созданных искусственно с помощью ядерных процессов. Несмотря на это, все актиноиды радиоактивны. Ряд актинидов получил свое название от первого элемента в ряду, актиния. Символ An используется для обозначения любого из элементов ряда актинидов, которые имеют атомные номера в диапазоне от 89 до 103 в периодической таблице. Все элементы ряда актинидов по своей природе радиоактивны, выделяя при радиоактивном распаде значительное количество энергии. Наиболее многочисленными природными актинидами на Земле являются уран и торий, а плутоний синтезируется.

Эти элементы содержатся в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Уран и торий используются в ряде приложений, в то время как америций используется в современных ионизационных камерах детекторов дыма. Актиниды имеют следующую общую электрическую конфигурацию: [Rn] 5f ^{1 – 14} 6d ^{0 – 1} 7s ² . Радий — ближайший благородный газ, и его электронная конфигурация — [Rn].

Физические свойства актинидов

1. Все они радиоактивны. Стабильные изотопы этих элементов отсутствуют.
2. Актиниды обладают сильной электроположительностью.
3. Металлы быстро тускнеют на воздухе. Эти элементы пирофорны (самовозгораются на воздухе), особенно в виде мелкодисперсных порошков.
4. Актиниды — это металлы, которые чрезвычайно плотны и имеют различную структуру. Существует множество аллотропов, которые могут образовываться - плутоний имеет по крайней мере шесть аллотропов. Актиний является исключением, так как содержит меньше кристаллических фаз.
5. Актинидные металлы часто бывают мягкими. Некоторые из них можно нарезать ножом.
6. Эти элементы имеют податливую и пластичную природу.
7. Все актиниды парамагнетики.
8. Они производят газообразный водород, когда реагируют с горячей водой или разбавленной кислотой.
9. При комнатной температуре и давлении все эти элементы представляют собой твердые металлы серебристого цвета.
10. Большинство неметаллов сразу же смешиваются с актинидами.

Химические свойства актинидов

1. Все актиниды, как и лантаноиды, чрезвычайно реакционноспособны с галогенами и халькогенами; однако актиниды реагируют более легко. Актиниды, особенно с небольшим числом 5f-электронов, склонны к гибридизации.
2. Актиний и лантан химически связаны, о чем свидетельствуют их сопоставимые ионные радиусы и электронные структуры.
3. Актиний, как и лантан, в соединениях обычно неизменно имеет степень окисления +3, но он менее реакционноспособен и обладает более сильными основными характеристиками.
4. Торий является химически активным элементом. Соединения четырехвалентного тория бесцветны из-за отсутствия электронов на 6d- и 5f-орбиталях.

Элементы f-блока, актиниды и лантаноиды

С атомными номерами от 57 до 71 актиниды представляют собой вторую серию элементов f-блока, а лантаноиды — первую серию элементов f-блока. Актиниды радиоактивны по своей природе, а лантаноиды, за исключением прометия, — нет. Лантаниды — мягкие металлы серебристо-белого цвета. Сокращение лантаноидов происходит, когда атомный и ионный радиусы лантана падают от лантана до лютеция. Лантаноиды являются хорошими проводниками электричества и тепла с температурой плавления от 1000 К до 1200 К, за исключением самария, температура плавления которого составляет 1623 К. Свойства f-элементов таковы, что электроны присоединяются к f' суборбиталей уровня n – 2, и они расположены в таблице Менделеева между (n – 1) d и ns элементами блока. Их атрибуты идентичны атрибутам элементов d-блока.

Что касается сходства, то и актиниды, и лантаноиды имеют преобладающую степень окисления +3. Оба способствуют заполнению (n – 2) f-орбиталей. Оба имеют высокую электроположительность и очень реактивны по своей природе. С увеличением атомного номера происходит уменьшение ионного и атомного размера. Магнитные характеристики общие для актиноидов и лантаноидов.

Актинидное сокращение

Из-за растущего заряда ядра и поступления электронов на внутреннюю (n – 2) f-орбиталь ионные радиусы или атомный размер триположительных ионов актинидов имеют тенденцию к непрерывному уменьшению от Th до Lw. В результате это устойчивое уменьшение размера с увеличением атомного номера известно как актинидное сокращение, и оно происходит аналогично лантанидному сокращению. Из-за недостаточного экранирования 5f-электронами сжатие может быть больше в течение периода.

Электронная конфигурация

Актиниды представляют собой вторую серию элементов f-блока с конечной электронной конфигурацией [Rn] 5f ^1-14 6d ^0-1 7s ² . Поскольку энергии 5f- и 6d-электронов близки, электроны выходят на 5f-орбиталь.

Актинидное сокращение

Атомный размер / ионный радиус ионов триположительных актинидов постепенно уменьшается от Th до Lw из-за увеличения заряда ядра и поступления электронов на внутреннюю (n-2) f-орбиталь. Сокращение актинидов, как и сокращение лантанидов, относится к постепенному уменьшению размера по мере увеличения атомного номера. Из-за слабого экранирования, обеспечиваемого 5f-электронами, сжатие сильнее за период.

Формирование окрашенных ионов

Актиниды, как и лантаноиды, имеют электроны на f-орбиталях, а также пустые орбитали, как и элементы d-блока. Электронный переход ff создает видимый цвет, когда частота света поглощается.

Ионизация

Поскольку 5f-электроны более эффективно защищены от ядерного заряда, чем 4f-электроны, актиниды имеют более низкие энтальпии ионизации, чем лантаноиды.

Состояние окисления

Из-за более узкой разности энергий между 5f-, 6d- и 7s-орбиталями актиниды имеют различные степени окисления. Хотя 3+ является наиболее стабильной степенью окисления, возможно большее количество степеней окисления из-за значительного экранирования f-электронов. Максимальная степень окисления увеличивается до середины ряда, а затем снижается; например, он увеличивается с +4 для Th до +5, +6 и +7 для Pa, V и Np, но падает в следующих элементах.

Формирование комплексов

Из-за своего меньшего размера, но более высокого заряда ядра актиниды являются лучшими комплексообразователями, чем лантаноиды. В последовательности появления степень комплекции понижается.

M⁴⁺ > MO₂²⁺ > M³⁺ > MO₂²⁺

Химическая реактивность

Актиниды более электроположительны и реакционноспособны, чем лантаноиды, из-за их более низкой энергии ионизации. Они реагируют на воздействие горячей воды. Образуют пассивное покрытие, реагируя с окисляющими веществами. Образуются галогениды и гидриды. Актиниды являются чрезвычайно эффективными понижающими агентами.

Физические свойства

1. За исключением тория и америция, все актиниды имеют чрезвычайно высокую плотность.
2. Актиниды, как и лантаноиды, имеют относительно высокие температуры плавления, но нет заметной закономерности в температурах плавления и кипения лантаноидов.
3. Из-за наличия неспаренных электронов все актиноиды парамагнитны. Из-за экранирования 5f-электронов орбитальный угловой момент гасится, и наблюдаемый магнитный момент меньше расчетного магнитного момента.

Сходства между лантаноидами и актинидами

Подоболочка (n-2)f используется для заполнения и характеристики всех лантаноидов и актиноидов. Лантаниды и актиноиды имеют очень похожие электрические конфигурации. Ниже приведены некоторые из существенных общих черт между этими двумя,

1. Лантаниды и актиниды имеют высокую степень окисления +3.
2. В заполнении этих элементов участвует (n – 2) f орбиталей.
3. Лантаниды и актиноиды являются реакционноспособными и электроположительными.
4. По мере увеличения атомного номера этих элементов увеличиваются их ионные и атомные размеры.
5. Лантаниды и актиноиды обладают сильными магнитными характеристиками.

Различия между лантаноидами и актинидами

1. Заполнение лантаноидов включает 4f-орбитали, тогда как заполнение актинидов включает 5f-орбитали.
2. Энергия, которая связывает этот атом 4F, меньше, чем у актинидов, которые представляют собой электроны 5F.
3. Экранирование 5F-электронов также меньше, чем у 4F-электронов.
4. Парамагнитные характеристики лантаноидов объяснить довольно просто. Однако в случае актинидов трудно объяснить все парамагнитные свойства.
5. За исключением прометия, большинство лантаноидов нерадиоактивны. Все элементы ряда актиноидов радиоактивны.
6. В классе актиноидов есть несколько оксокаций элементов, но не в лантаноидах.
7. В отличие от химических веществ, содержащихся в лантаноидах, соединения, генерируемые актинидами, являются по своей природе очень щелочными.

Доступность актинида

В земной коре преобладают актинидные элементы торий и уран. Уран также содержит следовые количества плутония и нептуния. Разнообразие синтетических элементов находится в ряду актинидов. Поскольку они образуются не естественным путем, а скорее в результате распада компонента более тяжелого элемента, эти элементы называются синтетическими элементами. При контакте с воздухом актинидный элемент тускнеет.

Использование и применение актинидов

1. Америций и другие актиноиды используются в детекторах дыма.
2. Торий в основном используется в газовых мантиях.
3. Актиний используется учеными и исследователями для проведения научных исследований или исследований.
4. Актиний также используется в качестве источника гамма-излучения, индикатора и источника нейтронов.
5. Значительное количество актинидов используется в оборонной деятельности, ядерном оружии и энергетике.
6. Плутоний используется в ядерных реакторах, а также в ядерных бомбах.
7. Многие актинидные элементы используются на атомных электростанциях, а также в производстве электроники.
8. Каждый актинид отличается своим атомным номером, а также различными свойствами и характеристиками. Крайне важно исследовать химические и физические свойства актинидов, чтобы предсказать их реакции.
9. У актинидов отсутствуют стабильные изотопы.

Примеры проблем

Вопрос 1: Что такое актиниды?

Решение:

Following the element Actinium, actinides are elements with atomic numbers ranging from 90 to 103.

Вопрос 2: Для чего используются актиниды?

Решение:

Nuclear reactors and nuclear weapons both employ these materials. Uranium and thorium are being used in a variety of applications, whereas americium is used in the ionisation chambers of modern smoke detectors.

Вопрос 3. Какие тенденции наблюдаются в химической активности актинидов?

Решение:

Actinides are more electropositive and reactive than lanthanides due to their lower ionisation energy. When they come into contact with hot water, they react. Form a passive coating by reacting with oxidising substances. Halides and hydrides are formed. Actinides are powerful reducers.

Вопрос 4: Каковы физические свойства актинидов?

Решение:

1. Except for thorium and americium, all actinides have extremely high densities.
2. Actinides, like lanthanides, have relatively high melting points, but there is no discernible pattern in lanthanide melting and boiling temperatures.
3. In nature, all actinides are paramagnetic, which is determined by the existence of unpaired electrons. Because of the shielding of 5f electrons, the orbital angular moment is quenched, and the observed magnetic moment is less than the calculated.

Вопрос 5: Что такое актинидное сокращение?

Решение:

Due to increasing nuclear charge and electrons entering the inner (n-2) f orbital, the atomic size/ ionic radii of tri positive actinides ions decrease progressively from Th to Lw. Actinide contraction, like lanthanide contraction, is a steady decrease in size with rising atomic number. The contraction is larger over the period due to the inadequate shielding provided by 5f electrons.