d ブロック要素と f ブロック要素の違い

主な違い - d と f ブロック要素

化学元素とは、化学的手段によって分解または変化できない物質です。 118 の既知の化学元素があります。これらの化学元素は、物質の構成要素です。すべての化学元素は、原子番号の昇順で元素の周期表に配置されます。周期表には、s ブロック、p ブロック、d ブロック、f ブロックの 4 つのグループの元素もあります。元素は、電子配置に基づいてこれらのグループに分類されます。たとえば、s ブロック要素は、s 軌道に最も外側の電子を持っています。 pブロック要素は、p軌道に最も外側の電子を持っています。 d ブロック要素と f ブロック要素の主な違いは、d ブロック要素は d 軌道に電子が満たされた化学要素であるのに対し、f ブロック要素は f 軌道に電子が満たされた化学要素です。

対象となる主な分野

1. dブロック要素とは
– 定義、化学的性質
2. f ブロック要素とは
– 定義、化学的性質、ランタニドおよびアクチノイド
3. d ブロック要素と f ブロック要素の違いは何ですか
– 主な違いの比較

重要な用語:アクチノイド、アウフバウ原理、d ブロック、電子配置、f ブロック、内部遷移元素、ランタニド、軌道、周期表

d ブロック要素とは

d ブロック元素は、d 軌道に電子が満たされた化学元素です。要素が d ブロック要素になるための最初の要件は、d 軌道の存在です。 d 軌道に少なくとも 1 つの電子を持つ要素は、d ブロック要素として分類されます。周期表の d ブロックは、s ブロックと p ブロックの間にあります。

d ブロック要素に関する重要な事実の 1 つは、電子で部分的または完全に満たされた d 軌道を持っていることです。アウフバウの原理によれば、電子は軌道のエネルギーの昇順に従って軌道を満たします。つまり、電子は (n-1) d 軌道を満たす前に ns 軌道を満たします。これは、ns 軌道のエネルギーが (n-1) d 軌道よりも低いためです。周期表の最初の行の元素では、電子は 3d 軌道を満たす前に最初に 4s 軌道を満たします。

図 1:周期表の 4 つの主なグループ

ただし、いくつかの例外もあります。エネルギー準位は低くなりますが、電子が最も安定した電子配置で軌道を満たすことがあります。たとえば、nsnd 構成は nsnd よりも安定しています。これは、d 軌道の完全な充填の安定性によるものです。そのような 2 つの例を以下に示します。

クロム（Cr） =[Ar]3d 4 秒

銅（Cu） =[Ar]3d 4 秒

すべての d ブロック要素は金属です。金属結合が強いため、非常に高い融点と沸点を示します。原子半径の減少は、s および p ブロック要素の減少と比較してわずかです。さらに、金属の性質により、密度が非常に高くなります。 d 電子の存在により、d ブロック要素はさまざまな酸化状態を示します。

f ブロック要素とは

f ブロック元素は、f 軌道に電子が満たされた化学元素です。 f ブロックは、周期表の下部に別のグループとして周期表に表示されます。これは、他の軌道によって保護されているf軌道を電子が満たすためです。したがって、f ブロック要素は「内部遷移要素」として知られています。 」。周期表における f ブロックの本当の位置は、s ブロックと d ブロックの間にあります。これらの元素のほとんどは地球上でめったに見つからないため、これらの元素は希少元素として知られています。

• ランタニド系列 (元素はランタニドとして知られています)
• アクチニド系列 (元素はアクチニドとして知られています)

これら 2 つのシリーズは、シリーズの開始要素に応じて名前が付けられています。ランタニド系列はランタン (La) の直後から始まり、アクチノイド系列はアクチニウム (Ac) から始まります。ランタニドとアクチニドはすべて金属です。

図 2:ランタニドとアクチニド

ランタニド シリーズ

ランタニド系列には、ランタンの直後に始まる 14 の要素が含まれます。したがって、このシリーズにはランタンと合わせて合計 15 の元素が含まれています。系列の原子番号は 57 から 71 までです。それらは「第 1 内部遷移系列」として知られています。ランタニドは、これらの元素の電子が 4f 軌道に満たされているため、4f シリーズに属します。ただし、ランタンには完全に空の f サブシェルがあります。したがって、セリウム (Ce) からルテチウム (Lu) までの元素がランタニドと見なされます。

これらの元素の 4f 電子は他の軌道によって完全に遮蔽されており、化学結合には関与していません。ランタニドは銀白色の金属で、熱の良導体です。完全または半分満たされた f 軌道を持つ要素は、シリーズの他の要素よりも安定しています。

ランタニドが示す最も安定した酸化状態は +3 です。 +2 および +4 の酸化状態を示す元素もありますが、+3 の酸化状態では安定しません。ランタニドは反応性が高く、水素、酸素、炭素などの元素と反応します。

ランタニドによって形成されるほとんどすべてのイオンは無色です。ランタニドは陽性元素です。したがって、彼らは電気陰性元素で分子を形成することを好みます。ただし、シリーズ全体を通して、化学的および物理的特性の変化は非常に少ないです。

アクチニド シリーズ

アクチニドは、元素周期表の f ブロックのアクチニド系列に含まれる化学元素です。すべてのアクチニドは、その不安定な性質のために放射性元素です。これらの元素は非常に大きな原子で構成されています。アクチノイドは 5f 軌道に価電子を持っています。アクチニド系列は、原子番号 89 から 103 の化学元素で構成されています。

地球上で最も一般的で豊富なアクチニドはウランとトリウムです。それらは放射性が弱く、放射性崩壊中に高エネルギーを放出します。アクチニドの中で顕著な酸化状態は +3 です。さらに、アクチニドは +4、+5、+6 などの酸化状態を示します。

アクチニドは塩基性酸化物と水酸化物を形成します。それらは、塩化物、硫酸塩などの配位子と錯体を形成する能力を持っています。アクチニドのほとんどの錯体はカラフルです。しかし、放射能と重金属の性質から、アクチニドは有毒化合物と見なされています。

d ブロック要素と f ブロック要素の違い

定義

d ブロック要素: d ブロック要素は、d 軌道に電子が満たされた化学要素です。

f ブロック要素: f ブロック要素は、f 軌道に電子が満たされた化学要素です。

別名

d ブロック要素: d ブロック要素は「遷移要素」として知られています。

f ブロック要素: f ブロック要素は「内部遷移要素」として知られています。

酸化状態

d ブロック要素: d ブロック元素は、電子配置に応じて幅広い酸化状態を示します。

f ブロック要素: f ブロック要素の最も安定した酸化状態は +3 であり、他の酸化状態も存在する可能性があります。

安定性

d ブロック要素: d ブロックのほとんどすべての要素が安定しています。

f ブロック要素: ほとんどの f ブロック要素は放射性です。

グループ

d ブロック要素: d ブロック要素は、遷移要素または非遷移要素のいずれかです。

f ブロック要素: f ブロック元素は、ランタニドとアクチニドの 2 つの系列にあります。

電子配置

d ブロック要素: d ブロック要素は、最も外側の d 軌道を部分的または完全に埋めています。

f ブロック要素: f ブロック要素は、f 軌道に 1 つ以上の最も外側の電子を持つことによって統合されます。

結論

元素の周期表は、原子番号に従ってすべての既知の化学元素の配置を示しています。各グループのメンバー間で同様の化学的および物理的特性を持つ化学元素の 4 つの主要なグループがあります。 d ブロックと f ブロックは、その 4 つのグループのうちの 2 つのグループです。 d ブロック要素と f ブロック要素の主な違いは、d ブロック要素は d 軌道に電子が満たされた化学要素であるのに対し、f ブロック要素は f 軌道に電子が満たされた化学要素であることです。

参照:

1.「アクチノイドの一般的な性質と反応」。
2. Chemistry LibreTexts、Libretexts、2017 年 8 月 21 日、こちらから入手可能。 「ランタニド：特性と反応」。 Chemistry LibreTexts、Libretexts、2017 年 8 月 20 日、こちらから入手可能。
3. 「f-Block Elements:知っておくべきすべてのこと!」 Toppr Bytes、2017 年 7 月 30 日、こちらから入手可能。

画像提供:

1.「周期表構造」Sch0013r – ファイル:PTable structure.png (CC BY-SA 3.0)、コモンズ ウィキメディア経由
2. 「Periodic table simple ca」László Németh 著 – Commons Wikimedia 経由の自作 (CC0) [Cropped]