Συστολή λανθανίδης (Συστολή λανθανοειδούς)
Συστολή λανθανίδης ή λανθανοειδή συστολή είναι η μεγαλύτερη από την αναμενόμενη μείωση της ιοντικής ακτίνας των στοιχείων της σειράς λανθανιδών (ατομικός αριθμός 57-71) και των επόμενων στοιχείων (ξεκινώντας από τον ατομικό αριθμό 72, άφνιο), όπως ο υδράργυρος. Ο Νορβηγός χημικός Victor Goldschmidt επινόησε τον όρο «συστολή λανθανιδίου» στη δημοσίευσή του το 1925 σχετικά με τους νόμους γεωχημικής κατανομής των στοιχείων.
Ακολουθεί μια ματιά στο τι είναι η συστολή λανθανιδών, γιατί συμβαίνει και αν συμβαίνει παρόμοια συστολή σε άλλες σειρές στοιχείων.
Συστολή λανθανίδης
Η μείωση του μεγέθους της ατομικής και ιοντικής ακτίνας που μετακινείται από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο στοιχείων είναι μία από τις τάσεις του περιοδικού πίνακα. Ο λόγος είναι ότι ο αριθμός των πρωτονίων αυξάνεται κινούμενος σε μια περίοδο, ενώ ο αριθμός των φλοιών ηλεκτρονίων παραμένει σταθερός. Το μεγαλύτερο αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο έλκει τα ηλεκτρόνια πιο σφιχτά, συρρικνώνοντας τα άτομα. Επομένως, υπάρχει μια αναμενόμενη μείωση στην ιοντική ακτίνα, αλλά η συστολή των λανθανιδών σημαίνει ότι η ιοντική ακτίνα είναι πολύ μικρότερη από ό,τι θα περιμένατε, με βάση αποκλειστικά τον αριθμό των πρωτονίων στον ατομικό πυρήνα.
Λόγοι συστολής της λανθανίδης
Μερικοί παράγοντες ευθύνονται για τη συστολή της λανθανίδης. Πρώτον, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων των στοιχείων έχει ένα γεμάτο 4f υποκέλυφος. Η γεωμετρία του 4f Το κέλυφος προστατεύει ελάχιστα τα ηλεκτρόνια σθένους από το θετικό πυρηνικό φορτίο. Ουσιαστικά, τα ηλεκτρόνια 6s περνούν χρόνο πιο κοντά στον ατομικό πυρήνα από τα ηλεκτρόνια 4f. Οι σχετικιστικές επιδράσεις αντιπροσωπεύουν περίπου το 10% της συστολής των λανθανιδών. Τα άτομα λανθανίδης είναι τόσο μεγάλα που τα ηλεκτρόνια κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες περιφέροντας γύρω από τον πυρήνα. Αυτό τους κάνει να ενεργούν σαν να ήταν πολύ πιο ογκώδεις, γεγονός που τους φέρνει πιο κοντά στον πυρήνα.
| Στοιχείο | Διαμόρφωση ηλεκτρονίων | Ln Radius (pm) |
|---|---|---|
| La | [Xe]5d6s | 103 |
| Ε | [Xe]4f5d6s | 102 |
| Pr | [Xe]4f6s | 99 |
| Δ | [Xe]4f6s | 98.3 |
| ΜΜ | [Xe]4f6s | 97 |
| Σμ | [Xe]4f6s | 95,8 |
| Ευ | [Xe]4f6s | 94,7 |
| Gd | [Xe]4f5d6s | 93,8 |
| Tb | [Xe]4f6s | 92.3 |
| Dy | [Xe]4f6s | 91.2 |
| Ho | [Xe]4f6s | 90.1 |
| Ε | [Xe]4f6s | 89 |
| Τμ | [Xe]4f6s | 88 |
| Yb | [Xe]4f6s | 86,8 |
| Λου | [Xe]4f5d6s | 86.1 |
Συστολή ακτινίδης
Παρομοίως, οι ακτινίδες παρουσιάζουν συστολή ακτινιδών. Η συστολή της ακτινίδης είναι ακόμη μεγαλύτερη από τη συστολή της λανθανίδης. Η ιοντική ακτίνα των ακτινιδών μειώνεται σταθερά από το θόριο στο λαυρένιο επειδή το 5f Τα ηλεκτρόνια θωρακίζουν πολύ ελάχιστα τα ηλεκτρόνια σθένους και λόγω των ακόμη πιο έντονων σχετικιστικών επιδράσεων.
Συστολή σε άλλες σειρές στοιχείων
Αν και η συστολή είναι πιο εμφανής στις λανθανίδες και τις ακτινίδες, εμφανίζεται επίσης και στα μέταλλα μετάπτωσης. Το φαινόμενο δεν είναι τόσο έντονο επειδή οι ατομικοί πυρήνες είναι μικρότεροι, αλλά εξακολουθούν να έχουν σχετικιστικά φαινόμενα.
Συνέπειες της συστολής της λανθανίδης
Τόσο για τις λανθανίδες όσο και για τις ακτινίδες, τα μεγέθη ιόντων των στοιχείων σε κάθε σειρά είναι συγκρίσιμα σε μέγεθος. Αυτό σημαίνει ότι καθεμία από τις λανθανίδες αντιδρά χημικά όπως και άλλες λανθανίδες. Οι ακτινίδες παρομοίως υποκαθιστούν εύκολα σε αντιδράσεις άλλες ακτινίδες. Αυτό καθιστά τις λανθανίδες ή τις σπάνιες γαίες δύσκολο να απομονωθούν το ένα από το άλλο.
Ωστόσο, η ηλεκτραρνητικότητα και η ομοιοπολικότητα της λανθανίδης και της ακτινίδης αυξάνονται κινούμενοι από αριστερά προς τα δεξιά κατά τη διάρκεια της περιόδου. Για παράδειγμα, οι ενώσεις του λανθανίου είναι λιγότερο ομοιοπολικές από τις ενώσεις του ευρωπίου. Οι ενώσεις καλιφορνίου είναι πιο ομοιοπολικές από τις ενώσεις ακτινίου.
Η επίδραση του μικρού μεγέθους ιόντων με την αύξηση του πυρηνικού φορτίου σημαίνει ότι η τάση για σχηματισμό συμπλεγμάτων συντεταγμένων αυξάνεται διασχίζοντας την ομάδα. Έτσι, το La σχηματίζει λιγότερα συμπλέγματα συντονισμού από το Lu.
Καθώς αυξάνεται η ομοιοπολικότητα, η βασικότητα μειώνεται. Για παράδειγμα, La(OH)3 είναι πιο βασικό από το Eu(OH)3 . Ac(OH)3 είναι πιο βασικό από το Cf(OH)3 .
Όλοι αυτοί οι παράγοντες επηρεάζουν τις φυσικές ιδιότητες των λανθανιδών. Η πυκνότητα, το σημείο τήξης, η σκληρότητα Vickers και η σκληρότητα Brinell αυξάνονται από λανθάνιο σε λουτέτιο. Έτσι, το λουτέτιο είναι το πιο πυκνό λανθανίδιο και έχει το υψηλότερο σημείο τήξης.
Αναφορές
- Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988). Προηγμένη Ανόργανη Χημεία (5η έκδ.). Νέα Υόρκη:Wiley-Interscience. ISBN 0-471-84997-9.
- Goldschmidt, Victor M. (1925). «Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente», Μέρος V «Isomorphie und Polymorphie der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion und ihre Konsequenzen». Όσλο.
- Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Ανόργανη Χημεία (2η έκδ.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-039913-7.
- Pekka Pyykko (1988). «Σχετικιστικά αποτελέσματα στη δομική χημεία». Chem. Αναθ . 88 (3):563–594. doi:10.1021/cr00085a006
- Tatewaki, H.; Yamamoto, S.; Hatano, Y. (2017). «Σχετικά Επιδράσεις στην Ηλεκτρονική Δομή των Ατόμων». ACS Omega 2(9):6072-6080. doi:10.1021/acsomega.7b00802
