란타 나이드 요소는 무엇입니까?
Lanthanides (희토류 요소)는 란타늄 후 58 ~ 71 사이의 원자 숫자를 가진 요소를 포함하는 현대주기 테이블을 구성합니다. 희토류 금속은 지구 빵 껍질의 작은 비율 (3%) 만 구성하기 때문에 이름이 있습니다. 란타나이드 오르토 포스페이트로서, 그들은 모나자이트 모래에서 찾을 수 있습니다. 1925 년, 노르웨이 광물 학자 Victor Goldschmidt는“Lanthanide”라는 이름을 만들었습니다. 란타니드 패밀리의 15 개 금속 요소 중 하나 (란타늄에서 루테 티움까지)는 F- 블록 요소입니다. 이 요소의 원자가 전자는 4F 궤도에 있습니다. 반면 란타늄은 [xe] 5d16S2 전자 구성을 가진 d- 블록 요소입니다.
란타 나이드는 입방 센티미터 당 6.1에서 9.8의 밀도가 높은 매우 조밀 한 원소입니다. 이 요소는 다른 금속과 마찬가지로 녹는 온도와 끓는 온도가 매우 높습니다 (섭씨 800 ~ 1600도) (섭씨 약 1200 ~ 3500도). LN3+ 양이온은 모든 란타 나이드에서 형성되는 것으로 알려져 있습니다.
란타나이드 응용
란타니데이드는 D- 블록 요소의 융점보다 훨씬 높은 융점이있는 매우 조밀 한 금속입니다. 그들은 다른 금속과 혼합되어 합금을 만듭니다. 이들은 내부 전이 금속이며 F 블록 요소라고도합니다. 내부 전이 요소/이온에서 전자는 S, D 및 F 궤도에서 찾을 수 있습니다.
Lanthanide 시리즈 특성
전이 금속을위한 주기성 테이블에 란타나이드와 액티 나이드 시리즈를 추가하면 테이블이 너무 길어집니다. 4F 시리즈 (Lanthanods Series)와 5F 시리즈로 알려진이 두 시리즈는주기 테이블 (Actanoids Series)의 맨 아래에서 발견됩니다. 내부 전환 요소는 4F 및 5F 시리즈가 결합되어 있습니다.
화학적 및 물리적 특성 측면에서, 시리즈의 모든 요소는 란타늄과 매우 유사합니다. 다음은 가장 중요한 특성과 속성 중 일부입니다.
- 그들은 그들에게 광택이 있고 은빛으로 보인다.
- 그들은 칼을 통해 쉬운 부드러운 금속입니다.
- 기본성에 따라 요소는 다양한 응답 경향을 가지고 있습니다.
- 다른 금속 또는 비금속으로 오염 된 경우, 란타니데이드는 부식되거나 부서지기 쉬워 질 수 있습니다.
- 그들은 거의 모든 결합하여 삼위화 화합물을 생성합니다. 그들은 또한 때때로 과거 또는 사방 화합물을 생산할 수 있습니다.
- 그들은 자기입니다
란타니드의 수축
핵 전하가 증가하고 내부 (N-2) F 궤도로 유입되는 전자로 인해, 트라이 양성 란타나이드 이온의 이온 반경의 원자 크기는 LA에서 LU로 연속적으로 떨어집니다. 란탄 이드 수축은 원자 수가 증가함에 따라 크기가 점진적입니다.
란타나이드 수축의 결과
란타나이드 수축의 영향은 다음과 같은 시점에 묘사됩니다.
- 원자의 크기 (원자 크기
- 란타나이드 분리의 어려움
- 효과 n ohydroxides의 기본 강도.
- 복잡한 형성
- d- 블록에서 요소의 이온화 에너지
- 원자 크기 : 제 3 전이 시리즈 원자의 크기는 제 2 전이 시리즈 원자의 크기와 거의 동일합니다. 예를 들어, Zr의 반경은 HF의 반경과 같고 NB의 반경은 TA의 반경 등과 같습니다.
- 란타 나이드 분리의 어려움 : 란타 나이드의 이온 반경은 약간만 다르기 때문에 화학적 특성은 비슷합니다. 이것은 순수한 상태로 요소를 분리하기가 어렵습니다.
- 수산화물 기본 강도에 미치는 영향 : 란타나이드의 크기가 LA에서 Lu로 떨어지면 수산화물의 공유 특성이 증가하고 기본 강도가 감소합니다. 결과적으로 LA (OH) 3은 가장 기본적인 반면 Lu (OH) 3은 가장 기본적인 것입니다.
- 복잡한 형성 : 좌표를 개발하는 경향은 크기가 작지만 핵 전하가 더 크기 때문입니다. LA3+에서 LU3+로, 복합체의 수가 증가한다.
- 전기 음성 : LA에서 Lu로 증가합니다.
- 이온화 에너지 :핵 전하가 전자를 훨씬 더 강력하게 끌어 들이기 때문에 5D 요소의 이온화 에너지는 4D 및 3D 요소의 이온화 에너지보다 훨씬 높습니다. PT 및 AU 외에 5D 시리즈의 모든 요소는 채워진 s-shell을 가지고 있습니다. 이온화 에너지는 Hafnium에서 rhenium에 이르기까지 모든 요소에 대해 동일하며, 그 이상의 공유 D- 전자의 수에 따라 Iridium과 Gold가 가장 높은 이온화 에너지를 갖습니다. .
- 복잡한 형성 :3+ 산화 상태를 갖는 란타나데는 반경 비율 대 하전이 더 크며, 따라서 반경 비율이 낮다. D- 블록 요소와 비교할 때, 이는 복합체를 형성하기위한 란타 나이드의 용량을 감소시킨다. 그들은 여전히 EDTA, -Diketones 및 Oxime과 같은 강력한 킬레이트 제로 화합물을 형성합니다. p- 복합체는 그들에 의해 형성되지 않습니다.
란타나이드 전자 구성
원자 번호 61을 갖는 Promethium (PM)은 [XE] 4F1-14 5D 0-16S2의 터미널 전자 구성을 갖는 14 개의 란타니데이드의 유일한 합성 방사성 요소입니다. 4F 및 5D 전자의 에너지는 거의 동일하기 때문에 5D 궤도는 비어 있고 전자는 4F 궤도로 들어갑니다.
예외는 가돌리늄 (Z =64)이며, 여기서 전자는 반으로 채워진 d- 궤도의 존재로 인해 5D 궤도로 들어가고 루테 티움 (Z =71)으로, 전자가 반으로 채워진 d- 조직의 존재로 인해 5D 궤도에 들어갑니다.
.란타나이드 산화 상태
Lanthanide 시리즈의 모든 원소의 산화 상태는 +3입니다. 일부 금속 (사마 리움, 유로움 및 이테르비움)은 이전에 +2 산화 상태를 갖는 것으로 생각되었다. 이 금속과 이들의 유도체에 대한 추가 연구에 따르면 용액에서 란타니 나이드 클래스의 모든 금속은 +2 산화 상태를 갖는 것으로 나타났습니다.
란타나이드 클래스의 일부 금속은 드문 경우에 +4 산화 상태를 가지고 있습니다. 빈, 반 채로 또는 충전 된 F- 서브 쉘의 큰 안정성은 금속들 사이에서 산화 상태의 고르지 않은 분포를 담당합니다.
란타 나이드의 산화 상태는 고귀한 가스 구성을 획득하기 때문에 +4 산화 상태가 선호되는 방식으로 F- 억제 상태의 안정성에 의해 영향을 받지만, +3 산화 상태로 되돌아 가서 산화물이 느리게 될 수있는 강한 산화제 역할을한다.
Europium (원자 번호 63)은 전자 구조 [XE] 4F7 6S2를 갖습니다. 6S 에너지 수준에서 2 개의 전자를 잃고 매우 안정적인 반으로 가득 찬 4F7 구성을 달성하여 EU2+이온을 쉽게 형성 할 수 있습니다. EU2+는 일반적인 란타나이드 산화 상태 (+3)로 산화되고 EU3+를 생성하여 강력한 환원제로 작용합니다.
YB2+ 형태로, Ytterbium (원자 번호 70)은 채워진 F- 궤도를 보유하여 강력한 감소 제이기 만합니다. F- 서브 쉘의 존재는 산화 상태 및 이들 금속의 특성에 중대한 영향을 미칩니다. 발견과 진보는 란타니데이드에 대한 지식의 본문에 계속 추가됩니다.
D- 블록 요소와 달리, 4F와 5D 궤도의 에너지 갭은 상당하며 산화 상태의 수를 제한합니다.
란타나이드의 산화 상태가 왜 변하는가?
란타니데이드에는 광범위한 산화 상태가 있습니다. 또한 +2, +3 및 +4의 산화 상태를 나타냅니다. 반면에 란타나데는 가장 안정적인 산화 상태가 +3입니다. 결과적으로, 다른 주의 요소는 +3 상태에 도달하기 위해 전자를 잃거나 얻으려고합니다. 결과적으로, 이들 이온은 강력한 감소 또는 산화제가된다.
수용액 산화 상태
SM2+, EU2+및 YB2+는 수용액에서 전자를 잃고 산화되어 우수한 감소 제를 만들어냅니다. 반면에 CE4+, PR4+및 TB4+는 전자를 얻고 좋은 산화제입니다. 산화물만이 더 높은 산화 상태 (+4)의 원소를 허용합니다. PR, ND, TB 및 DY는 몇 가지 예입니다.
란타나이드 화학 반응성
모든 란타나이드의 반응성은 유사하지만, 전이 요소의 반응성보다 높다. 300-400 ℃에서 수소와 상호 작용하여 고체 수 소화물을 생성하는 CEO2를 제외하고, 산소로 쉽게 변색
.물은 히드 라이드가 분해됩니다. 할라이드는 할로겐 또는 암모늄 할라이드로 금속 또는 산화물을 가열하여 생성됩니다. 불소는 불용성이지만 염화물은 주류입니다. 물에서 질산염, 아세테이트 및 황산염은 가용성이지만 탄산염, 포스페이트, 크로메이트 및 옥살산물은 그렇지 않습니다.
란타나이드 이온화 에너지
이온화 에너지는 원자/이온에서 원자가 전자를 제거하는 데 필요한 에너지의 양이며, 전자의 인력에 비례합니다. 결과적으로, 핵 전하 및 전자 반경이 감소함에 따라 이온화 에너지가 증가한다 (즉). 또한 반으로 채워진 궤도에 대한 이온화 에너지가 더 높아질 것입니다.
란타나 겐 물리적 특성
- 밀도 : 밀도는 물질의 질량과 부피의 비율이기 때문에 D- 블록 요소는 S- 블록 구성 요소보다 밀도가 높을 것입니다. 내부 전이 시리즈의 밀도 추세는 원자 반경의 역전이 될 것이며, 즉 시간이 지남에 따라 원자 수가 증가함에 따라 밀도가 증가합니다. 이들의 밀도는 6.77에서 9.74g CM-3 범위입니다. 핵의 원자 수가 상승함에 따라 상승합니다.
- 용융 및 끓는점 : 란타 나이드는 녹는 점이 매우 높지만 용융점과 끓는점은 눈에 띄는 경향을 나타내지 않습니다.
- 자기 특성 : 재료는 자기장과 상호 작용하는 방법에 따라 다음과 같이 분류됩니다.
-
- 회전하면 diamagnetic
- 유인하면 상자성이됩니다.
궤도에서 짝을 이루지 않은 전자로 인해, F0 및 F14 이외의 란타 나이드 원자/이온은 상자성이다. 결과적으로, diamagnetic 요소 lu3+, yb2+및 ce4+가 존재합니다.
"궤도 자기 모멘트"와 "스핀 자기 모멘트"는 모두 짝을 이루지 않은 전자의 영향을받습니다. 총 자기 모멘트는 전자의 궤도 각 모멘트와 스핀 자기 모멘트를 사용하여 계산됩니다.
[4S (S+1)+L (L+1)] M =[4S (S+1)+L (L+1)] BM은 Bohr Magneton의 의미이며, 그 장치는 Bohr Magneton (BM)
입니다.컬러 이온의 생산
D- 블록 요소와 마찬가지로, 란타니데이드 이온은 빈 궤도뿐만 아니라 F- 궤도에 전자를 가질 수 있습니다. 빛의 주파수가 흡수 될 때, 전달 된 광은 흡수 주파수에 상보적인 색상을 갖는다. 내부 전이 요소 이온은 가시 주파수를 흡수하고 F-F 전자 전이에이를 활용하여 가시 색상을 초래할 수 있습니다.
란타나이드 응용
- 야금 적용 :일부 란타니드 요소 합금은 야금 과정에서 감소 제로 사용됩니다. 예를 들어 (CE-30 ~ 35 %)
- CE (III) 및 CE (IV) 산화물은 유리 연마 파우더에 사용되는 반면, ND 및 PR 산화물은 유리 색소와 표준 광 필터의 제조에 널리 사용됩니다.
- 촉매 용도 :란타나이드 화합물은 다양한 응용 분야에서 촉매로서 사용된다. 예를 들어, 세륨 포스페이트는 석유 크래킹에서 촉매로 사용됩니다.
결론 :-
주기 테이블에서 란타늄을 따르는 원자 번호 58에서 71의 14 개 요소는 란타니드 시리즈로 알려져 있습니다. 각 그룹을 정의하는 기능의 유사성으로 인해이 14는 액티 나이드 (원자 번호 90 ~ 103)와 함께 주기율표에서 제외됩니다.
