Ομοιότητες μεταξύ λανθανιδών και ακτινιδών

Τα στοιχεία στα οποία εισέρχονται πρόσθετα ηλεκτρόνια στο f-τροχιακό ονομάζονται στοιχεία f-block.

Ένα άλλο όνομα για τα στοιχεία f-block είναι στοιχεία μετάβασης. Για να γίνει συμπαγής ο περιοδικός πίνακας, τοποθετούνται στο κάτω μέρος του πίνακα.

Τα λανθανοειδή και τα ακτινοειδή περιλαμβάνουν δύο σειρές στοιχείων f-block ή εσωτερικών μεταβατικών στοιχείων.

Υπάρχουν δύο σειρές στοιχείων f-block: 

1. Λανθανίδες
2. Ακτινίδες 

Λανθανίδες 

Αποτελούνται από 14 στοιχεία της σειράς 4f μεταξύ λανθανίου (La) και αφνίου (Hf). Το τροχιακό 4f γεμίζει διαδοχικά από Ce (Z =58) έως Lu (Z =71).

Φυσική ιδιότητα

Είναι ασημί-λευκά μέταλλα που αμαυρώνουν όταν εκτίθενται στον αέρα. Με την έκθεση στον αέρα, σχηματίζουν τα οξείδια τους. Είναι σχετικά μαλακά μέταλλα. η σκληρότητα του μαλακού μετάλλου μπορεί να αυξηθεί με υψηλότερο ατομικό αριθμό.

Ακτινίδες 

Αποτελούνται από 14 στοιχεία της σειράς 5f μεταξύ ακτινίου και ρουθερφορδίου (Rf). Το τροχιακό 5f γεμίζει διαδοχικά από το Θόριο (Z =90) έως το λαυρένιο (Z =103).

Φυσική ιδιότητα

Οι ακτινίδες είναι ασημί-λευκά μέταλλα, αλλά αμαυρώνονται εύκολα όταν εκτίθενται σε αλκαλικό διάλυμα. Είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου.

Ομοιότητες μεταξύ λανθανιδών και ακτινιδών

Τόσο τα λανθανοειδή όσο και τα ακτινοειδή είναι πολύ αντιδραστικά και παρουσιάζουν μαγνητικές και φασματικές ιδιότητες.

Όσον αφορά τις ατομικές ακτίνες

Στα λανθανίδια, η ατομική ακτίνα σταδιακά μειώνεται από καισίου (187 μ.μ.) σε λουτέτιο (171 μ.μ.) σχεδόν κατά τις 20 μ.μ. (Πικόμετρο). Αυτή η σταδιακή μείωση στις ατομικές ακτίνες στη σειρά των λανθανιδών είναι γνωστή ως συστολή λανθανιδών. Αυτό συμβαίνει επειδή τα επιπλέον τροχιακά ηλεκτρόνια καλύπτονται ατελώς από το άλλο εξωπυρηνικό φορτίο.

Στις ακτινίδες, επί του παρόντος, δεν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα για τις ατομικές ακτίνες επειδή είναι σχετικά με τη σταθερότητα των ιοντικών ακτίνων. Μετά τα ιόντα M3+ και M4+ που σχηματίζονται με λανθανίδες, μειώνεται σταδιακά λόγω της συστολής των ακτινοειδών καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων 5f.

Όσον αφορά τις καταστάσεις οξείδωσης

Στις λανθανίδες, παρατηρείται συνήθως ότι οι καταστάσεις οξείδωσης είναι + 3 εκτός από το Eu (ευρώπιο) ή το Yb (υττέρβιο). Αυτό οφείλεται σε 2 (6s) ηλεκτρόνια και 1 (5d) ηλεκτρόνια. Η σταθερότητα των Eu 2+ και Yb 2+ είναι δύο θετικά λόγω της ηλεκτρονικής τους διαμόρφωσης. Το + 4 εμφανίζεται επίσης μερικές φορές.

Στις ακτινίδες, η πιο κοινή κατάσταση οξείδωσης που εμφανίζεται είναι + 3.

Η μέγιστη κατάσταση οξείδωσης είναι + 7, που εμφανίζεται με Np (νεπτούνιο, ατομικός αριθμός 93) και Pu (πλουτώνιο, ατομικός αριθμός 94).

Τα στοιχεία της σειράς εμφανίζουν επίσης άλλες καταστάσεις οξείδωσης.

Όσον αφορά τις μαγνητικές ιδιότητες

Στα λανθανίδια από καίσιο (Cs) 3+ έως γαδολίνιο (Gd) 3+, η μαγνητική συμπεριφορά αυξάνεται, μετά μειώνεται και τελικά γίνεται διαμαγνητική από Lu 3+.

Τα ιόντα χρωματίζονται λόγω της μετάβασης f-f.

Οι ακτινίδες είναι παραμαγνητικές ή διαμαγνητικές ανάλογα με τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων, όπως φαίνεται από την ηλεκτρονική τους διαμόρφωση.

Γενικά, οι ακτινίδες είναι έγχρωμες εκτός εάν είναι διαμαγνητικές.

Εν ολίγοις, οι ομοιότητες μεταξύ των λανθανοειδών και των ακτινοειδών είναι-

1. Τόσο τα λανθανοειδή όσο και τα ακτινοειδή είναι ηλεκτροθετικά και αναγωγικά στη φύση τους.
2. Η σταθερή κατάσταση οξείδωσης είναι + 3.
3. Τα ιόντα χρωματίζονται λόγω της μετάβασης f-f.
4. Οι ιοντικές ακτίνες μειώνονται σταδιακά και στα δύο (λανθανίδη και ακτινίδη).

Ορισμένες άλλες ιδιότητες των λανθανιδών είναι–

• Οι ενώσεις που σχηματίζονται είναι ιοντικές και τρισθενείς.
• Οι ενέργειες ιονισμού είναι αρκετά χαμηλές σε σύγκριση με τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών. Ως εκ τούτου, είναι επίσης καλοί αναγωγικοί παράγοντες.
• Οι τάσεις σχηματισμού συμπλόκου των λανθανιδών είναι μικρότερες. ωστόσο, το λουτέτιο σχηματίζει αρκετά σύμπλοκα λόγω του μικρού του μεγέθους.
• Σχηματίζουν καρβίδια τύπου MC2, τα οποία κατά την υδρόλυση παράγουν C2H2.
• Η βασική τους φύση μειώνεται σταδιακά από το Ce(OH)3 λόγω της υψηλής πόλωσης που προκαλείται από τη σταδιακή μείωση του μεγέθους των ιόντων M3+. Τα υδροξείδια του λανθανιδίου LnOH (Ln =La-Lu) είναι λιγότερο βασικά από το Ca(OH)2 και πιο βασικά από το Al(OH)3.

Ορισμένες άλλες ιδιότητες των ακτινιδών είναι–

• Όλες οι ακτινίδες είναι ραδιενεργές (με χρόνο ημιζωής που κυμαίνεται από μία ημέρα για τα προηγούμενα μέλη έως 3 λεπτά για το Lr).
• Λόγω της υψηλής ραδιενέργειας, οι μελέτες των ιδιοτήτων τους γίνονται δύσκολες.
• Τα τροχιακά 5f εκτείνονται στο διάστημα πέρα ​​από τα τροχιακά 6s και 6p και συμμετέχουν στη σύνδεση.
• Το ουράνιο είναι το βαρύτερο φυσικό στοιχείο. Μετά το ουράνιο, άλλα 12 στοιχεία έχουν συντεθεί τεχνητά, με ατομικούς αριθμούς περισσότερους από 92, και μερικές φορές ονομάζονται στοιχεία υπερουρανίου.

Συμπέρασμα 

Τα λανθανοειδή και τα ακτινοειδή αποτελούν μια μοναδική ενότητα στον περιοδικό πίνακα. Αυτά περιλαμβάνουν στοιχεία που έχουν μερικώς γεμάτα f-τροχιακά. Εκτός από τις ομοιότητες μεταξύ των λανθανοειδών και των ακτινοειδών, υπάρχουν και ορισμένες διαφορές. Οι λανθανίδες δεν σχηματίζουν οξο κατιόντα, αλλά το ακτίνιο μπορεί να σχηματίσει οξο κατιόντα. Στις λανθανίδες, τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στα τροχιακά 4f, ενώ στα ακτινοειδή, τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στα τροχιακά 5f. Η ενέργεια δέσμευσης του τροχιακού 4f είναι υψηλότερη, ενώ η ενέργεια δέσμευσης του τροχιακού 5f είναι χαμηλότερη.