Лантаноидное сжатие: различия между версиями

[отпатрулированная версия]

Содержимое удалено Содержимое добавлено

Линейный

Версия от 18:10, 21 декабря 2019

Лантаноидное сжатие (f-сжатие) — химический термин, используемый для описания явления уменьшения ионных радиусов химических элементов, входящих в группу лантаноидов (атомный номер 58—71), которое приводит к меньшим, по сравнению с ожидаемыми, величинам ионных радиусов последующих элементов, начиная с 72 (гафний)^[1]. Этот термин ввёл в употребление норвежский геохимик Виктор Гольдшмидт в своей известной серии работ «Геохимия элементов» («Geochemische Verteilungsgesetze Der Elemente»)^[2].

Элемент	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
Электронная конфигурация атома	4f¹5d¹6s²	4f³6s²	4f⁴6s²	4f⁵6s²	4f⁶6s²	4f⁷6s²	4f⁷5d¹6s²	4f⁹6s²	4f¹⁰6s²	4f¹¹6s²	4f¹²6s²	4f¹³6s²	4f¹⁴6s²	4f¹⁴5d¹6s²
Ln³⁺ электронная конфигурация	4f¹	4f²	4f³	4f⁴	4f⁵	4f⁶	4f⁷	4f⁸	4f⁹	4f¹⁰	4f¹¹	4f¹²	4f¹³	4f¹⁴
Ln³⁺ радиус (КЧ равно 6), пм	102	99	98,3	97	95,8	94,7	93,8	92,3	91,2	90,1	89	88	86,8	86,1

Причина

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. В атомах, обладающих более чем одним электроном, степень уменьшения атомного радиуса вследствие увеличения заряда ядра ослабляется вследствие увеличения электростатического отталкивания между электронами.

См. также

Примечания

↑ Jolly, William L. (1984), Modern Inorganic Chemistry, McGraw-Hill, p. 22
↑ Goldschmidt, Victor M. «Geochemische Verteilungsgesetze Der Elemente», Part V «Isomorphie Und Polymorphie Der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion Und Ihre Konsequenzen», Oslo, 1925

[1] Jolly, William L. (1984), Modern Inorganic Chemistry, McGraw-Hill, p. 22

[Goldschmidt-2] Goldschmidt, Victor M. «Geochemische Verteilungsgesetze Der Elemente», Part V «Isomorphie Und Polymorphie Der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion Und Ihre Konsequenzen», Oslo, 1925

[1]

[2]

@@ Строка 16: / Строка 16: @@
 В атомах, обладающих единственным электроном, среднее расстояние между ядром и электроном определяется [[Электронная орбиталь|электронной орбиталью]], на которой находится электрон, и уменьшается с ростом заряда ядра, тем самым приводя к уменьшению величины [[Радиус атома|атомного радиуса]]. В атомах, обладающих более чем одним электроном, степень уменьшения атомного радиуса вследствие увеличения заряда ядра ослабляется вследствие увеличения электростатического отталкивания между электронами.
-<!--
-In particular, a «[[shielding effect]]» operates: i.e., as electrons are added in outer shells, electrons already present shield the outer electrons from nuclear charge, making them experience a lower effective charge on the nucleus. The shielding effect exerted by the inner electrons decreases in the order ''s'' > ''p'' > ''d'' > ''f''. Usually, as a particular subshell is filled in a period, atomic radius decreases. This effect is particularly pronounced in the case of lanthanides, as the 4''f'' subshell which is filled across these elements is not very effective at shielding the outer shell (n=5 and n=6) electrons. Thus the shielding effect is less able to counter the decrease in radius caused by increasing nuclear charge. This leads to «lanthanide contraction». The ionic radius drops from 102&nbsp;pm for cerium(III) to 86.1&nbsp;pm for lutetium(III).
-About 10 % of the lanthanide contraction has been attributed to [[relativistic effect]]s.<ref>{{cite journal | author = Pekka Pyykko | title = Relativistic effects in structural chemistry | journal = [[Chem. Rev.]] | year = 1988 | volume = 88 | pages = 563–594 | doi = 10.1021/cr00085a006}}</ref>
-== Effects ==
-The results of the increased attraction of the outer shell electrons across the lanthanide period may be divided into effects on the lanthanide series itself including the decrease in ionic radii, and influences on the following or post-lanthanide elements.
-=== Properties of the lanthanides ===
-The [[Ionic radius|ionic radii]] of the lanthanides decrease from 103([[Lanthanum|La]]<sup>3+</sup>) to 86&nbsp;[[picometre|pm]] ([[Lutetium|Lu]]<sup>3+</sup>) in the lanthanide series.
-Across the lanthanide series, electrons are added to the ''4f'' shell. This first ''f'' shell is inside the full ''5s'' and ''5p'' shells (as well as the ''6s'' shell in the neutral atom); the ''4f'' shell is well-localized near the atomic nucleus and has little effect on chemical bonding. The decrease in atomic and ionic radii does affect their chemistry, however. Without the lanthanide contraction, a chemical [[Separation process|separation]] of lanthanides would be extremely difficult. However, this contraction makes the chemical separation of period 5 and period 6 transition metals of the same group rather difficult.
-There is a general trend of increasing [[Vickers hardness]], [[Brinell scale|Brinell hardness]], [[density]] and [[melting point]] from [[cerium]] to [[lutetium]] (with [[ytterbium]] being the most notable exception). [[Lutetium]] is the hardest and densest lanthanide and has the highest melting point.
-=== Influence on the post-lanthanides ===
-The elements following the lanthanides in the periodic table are influenced by the lanthanide contraction. The radii of the period-6 transition metals are smaller than would be expected if there were no lanthanides, and are in fact very similar to the radii of the period-5 transition metals, since the effect of the additional electron shell is almost entirely offset by the lanthanide contraction.<ref name=Cotton/>
-For example, the atomic radii of the metal [[zirconium]], Zr, (a period-5 transition element) is 159&nbsp;pm and that of [[hafnium]], Hf, (the corresponding period-6 element) is 156&nbsp;pm. The ionic radius of Zr<sup>4+</sup> is 79&nbsp;pm and that of Hf<sup>4+</sup> is 78&nbsp;pm. The radii are very similar even though the number of electrons increases from 40 to 72 and the [[atomic mass]] increases from 91.22 to 178.49&nbsp;g/mol. The increase in mass and the unchanged radii lead to a steep increase in [[density]] from 6.51 to 13.35&nbsp;g/cm³.
-Zirconium and hafnium therefore have very similar chemical behaviour, having closely similar radii and electron configurations. Radius-dependent properties such as [[lattice energy|lattice energies]], [[solvation|solvation energies]], and [[stability constants of complexes]] are also similar.<ref name=Housecroft/> Because of this similarity hafnium is found only in association with zirconium, which is much more abundant, and was [[Hafnium#History|discovered]] as a separate element 134 years later (in 1923) than zirconium (discovered in 1789).
-== See also ==
-* [[d-block contraction]] (or scandide contraction)
--->
 == См. также ==

Периодическая таблица
Дмитрий Иванович Менделеев Периодический закон Группы элементов
Форматы	Короткая По блокам Расширенная Длинная Электронные конфигурации Электроотрицательность Альтернативная Изотопы элементов
Списки элементов по	...Названию ...Этимологии ...Времени открытия ...Степени окисления ...Твёрдости ...Распространённости в человеке: микроэлементы макроэлементы Органогены ...Величине стандартных электрохимических потенциалов
Группы	1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Периоды	1 2 3 4 5 6 7 8
Семейства химических элементов	Неметаллы Полуметаллы (металлоиды) Металлы Непереходные элементы Переходные металлы Постпереходные металлы Внутренние переходные металлы Лантаноиды Актиноиды Трансурановые Сверхпереходные металлы Лёгкие металлы Тяжёлые металлы Сверхтяжёлые элементы (трансактиноиды) Тугоплавкие металлы Металлы платиновой группы Благородные металлы Цветные металлы Радиоактивные элементы Искусственные элементы Редкие элементы Редкоземельные элементы Рассеянные элементы Моноизотопные элементы Полиизотопные элементы
Блок периодической таблицы	s-элементы p-элементы d-элементы f-элементы g-элементы
Другое	Лантаноидное сжатие Актиноидное сжатие Предсказанные элементы Символы химических элементов список
Категория:Периодическая система Портал:Химия {{Периодическая система элементов}}

Лантаноидное сжатие: различия между версиями

Версия от 18:10, 21 декабря 2019

Причина

См. также

Примечания

Навигация

Поиск