f ブロック要素は、軌道が常に満たされている 4f 要素と 5f 要素で構成されます。グループ 3 の要素は、f ブロック要素のメンバーです。
それらは、ランタニドとアクチニドの 2 つのシリーズで構成されています。ランタニドは、酸化状態が 1 つしかないため、系列の他のどの遷移元素よりも互いに似ています。サイズと核電荷の小さな変化の影響をあいまいにする絶好の機会は、それらの化学的性質と類似の元素によって提供されます。
ランタノイドとは対照的に、アクチノイドははるかに複雑な元素であり、いくつかの酸化状態の存在とそれらの放射性によって複雑さが生じます.
ランタニド (4f シリーズ)
このセクションの元素では、最後の電子が 4f 軌道に入ります。
一般的な特徴
- 電子構成
ランタノイドの一般的な構成
[Xe] 4f¹⁻¹⁴ 5dº⁻¹ 6s²
3 つの不完全なシェルが含まれています
- 酸化状態
- ランタニド系列のすべての元素の酸化状態は +3 です。一部の金属 (サマリウム、ユウロピウム、イッテルビウム) は、以前は +2 の酸化状態を持つと考えられていました。これらの金属とその誘導体に関するさらなる研究により、ランタニド クラスのすべての金属が溶液中で +2 の酸化状態を持っていることが明らかになりました。
- 2 つの最も外側の電子 (6s²) と 1 つの内側の電子の使用。使用される内部電子は 5d 電子ですが、存在しない場合は 4f 電子を使用できます。
- +4 の酸化状態を含むセリウム、プラセオジム、テルビウムを除いて、すべてのランタニドは +3 の酸化を持っています。
- +2 および +4 の酸化状態は、次の場合にのみ発生します:
- 希ガス構成、例:Ce⁴⁺(f⁰)
- Eu²⁺、Tb⁴⁺(f⁷) など、半分満たされた f 軌道
- 完全に満たされた f 軌道、例:Yb²⁺(f¹⁴)
したがって、それらはより高い酸化状態では酸化剤として作用し、より低い状態では還元剤として作用します。
- Pr、Nd、Dy、および Tb は +4 の酸化状態を示しますが、酸化物のみです
例外:一部の元素は、fº、f⁷、f¹⁴ 配置なしで +2 および +4 の酸化状態を示します。たとえば、Pr⁴⁺、Nd²、Nd⁺⁴、Sm⁺² Dy⁺⁴、Tm⁺²⁺
- 磁気特性
3 陽イオンでは、4f サブシェルで、不対電子の数がランタンからガドリニウムまで増加し続けます。したがって、ランタンとルテチウムは反磁性であり、その他は常磁性です。
- 色
不完全な 4f 軌道のために、ランタニド イオンは不対電子を持つため、光の可視領域のエネルギーを吸収し、f-f 遷移を起こし、色を示します。色の範囲は、4f 領域の不対電子に依存します。
- その他のプロパティ
- このグループは、融点が高く高密度の金属で構成されています。
- イオン化エネルギー – 1 つ目は 600 KJ/mole、2 つ目は 1200 KJ/mole、3 つ目は空、半分満たされた、または完全に満たされた軌道の安定につながる場合は低くなります。これが、la、gd、lu の 3 番目の I.E. が低い理由です。
- i.pが低いため、陽性特性が高い
- サイズが大きいため電荷が低く、複合体を形成する傾向があまりありません。
- 優れた還元剤
- 化学的挙動
このシリーズの初期のメンバーはかなり反応的です。原子番号が増加するにつれて、アルミニウムのように振る舞います。
Ln³⁺ (aq) + 3e⁻ → Ln(s)
O2 中の Ln 燃焼は Ln2O3 になります
Sで加熱されたLnはLn2S3になります
用途
それらは、プレートおよびパイプ用の合金鋼の製造に使用されます。たとえば、ミッシュメタルは、弾丸や砲弾を生成するために mg ベースの合金で使用されるランタニド金属の合金です。
ランタノイド収縮
核電荷の増加と内部 (n-2) f 軌道に入る電子により、ランタニド三価イオンのイオン半径の原子サイズは、La から Lu に連続的に低下します。ランタニドの収縮は、原子番号が増加するにつれてサイズが漸進的に減少することです。
ランタニド収縮の結果
<オール>ランタニドの用途
- セリウムはランタノイドの中で最も有用な元素です。
CeO、La2O3、Nd2O3、Pr2P3 はガラスの脱色剤として使用
- モリブデン酸セリウムやタングステン酸セリウムなどのランタノイド化合物は、塗料や染料として使用されています
アクチノイド
アクチニドは、最後の電子が反最後から 2 番目のシェルの 5f 軌道に入る元素です。天然のアクチノイド - Th、Pa、および U、残りの 11 は人工です。
一般的な特徴
- 電子構成
一般的な構成 – [Rn] 5f¹⁻¹⁴ 6d⁰⁻¹ 7s²
- 酸化状態
- 標準的な酸化状態 – 原子番号が増加するにつれて +3 になり、酸化状態はより安定します。
- ランタニドよりも有意な数の O.S を示します。
- その他の特徴
- 外観が銀色で、さまざまな構造があります
- 細かく分割すると反応性が高くなります
- 磁気特性はランタニドよりも複雑です。つまり、5f 電子は対応するランタニドの 4f 電子よりも効果的に核電荷から保護されるため、初期のランタニドよりも低くなります。
結論
- ランタニドは 4f 系元素で、アクチニドは 5f 系元素です。
- ランタニドの一般的な配置は [Xe] 4f¹⁻¹⁴ 5dº⁻¹ 6s² です。
- 一方、アクチニドの一般的な配置は [Rn] 5f¹⁻¹⁴ 6d⁰⁻¹ 7s² です。
- ランタニドの最も一般的な酸化状態は +3 で、アクチニドは +3 です。
- ランタニドは不対電子のためにさまざまな色を持ちますが、アクチニドは銀色です。
