Общие свойства лантаноидов

Лантаноиды – это 14 элементов, следующих за лантаном, у которых к электронной конфигурации лантана последовательно добавляются 14 4f-электронов. В табл. 2.1 приведены электронные конфигурации лантаноидов и их наиболее устойчивые степени окисления. Общая электронная конфигурация лантаноидов – 4f2–145d0–16s2.

У церия на 4f-уровне находятся два электрона – один за счет увеличения порядкового номера по сравнению с лантаном на единицу, а другой переходит с 5d-уровня на 4f. До гадолиния происходит последовательное увеличение числа электронов на 4f-уровне, а уровень 5d остается незанятым. У гадолиния дополнительный электрон занимает 5d-уровень, давая электронную конфигурацию 4f75d16s2, а у следующего за гадолинием тербия происходит, аналогично церию, переход 5d-электрона на 4f-уровень (4f96s2). Далее до иттербия наблюдается монотонное увеличение числа электронов до 4f14, а у завершающего ряд лютеция вновь появляется 5d-электрон (4f145d16s2).

Таблица 2.1

Электронная конфигурация и степени окисления лантаноидов
Элемент		Электронная конфигурация	Степень окисления
Церий	Ce	4f26s2	+3, +4
Празеодим	Pr	4f36s2	+3, +4
Неодим	Nd	4f46s2	+3
Прометий	Pm	4f56s2	+3
Самарий	Sm	4f66s2	+2, +3
Европий	Eu	4f76s2	+2, +3
Гадолиний	Gd	4f75d16s2	+3
Тербий	Tb	4f96s2	+3, +4
Диспрозий	Dy	4f106s2	+3, +4
Гольмий	Ho	4f116s2	+3
Эрбий	Er	4f126s2	+3
Тулий	Tm	4f136s2	+2, +3
Иттербий	Yb	4f146s2	+2, +3
Лютеций	Lu	4f145d16s2	+3

Периодический характер заполнения 4f-орбиталей сначала по одному, а потом по два электрона предопределяет внутреннюю периодичность свойств лантаноидов. Периодически изменяются металлические радиусы, степени окисления, температуры плавления и кипения, величины магнитных моментов, окраска и другие свойства (Рис. 2.1).

Вторичная периодическая зависимость металлических радиусов, температуры плавления и магнитного момента

Рис. 2.1

Участие 4f-электронов в образовании химической связи обусловлено предварительным возбуждением на уровень 5d. Энергия возбуждения одного электрона невелика, поэтому обычно лантаноиды проявляют степень окисления +3. Однако некоторые из них проявляют так называемые аномальные степени окисления – +2, +4. Эти состояния окисления связывают с образованием наиболее устойчивых электронных конфигураций 4f0, 4f7, 4f14. Так, Ce и Tb приобретают конфигурации f0 и f7, переходя в состояние окисления +4, тогда как Eu и Yb имеют соответственно конфигурации – f7 и f14 в состоянии окисления +2. Однако существование Pr (IV), Sm (II), Dy (IV) и Tm (II) свидетельствует об относительности критерия особой устойчивости электронных конфигураций 4f0, 4f7 и 4f14. Как и для d-элементов, стабильность состояния окисления наряду с этим фактором характеризуется термодинамическими параметрами реального соединения.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru