Elementi f-bloka

Josić Irena

Kadribašić Lejla

Elementi f-bloka

U elemente f-bloka spadaju dvije grupe elemenata, lantanidi i aktinidi. U periodnom sistemu ovi elementi se nalaze u IIIB grupi. Lantanidi su smješteni na mjesto koje zauzima i La, elemenat sa atomskim brojem 57. Aktinidi su smješteni na mjesto koje zauzima i Ac, sa atomskim brojem 89.

Lantanidi

Lantanidi (Ln) koji se nazivaju i lantanoidi, su elementi sa atomskim brojem od 58 do 71 i šripadaju 6-toj periodi. Sa sukcesivnim povecanjem atomskog broja elemenata ove periode, u atominma lantanida sukcesivno se povecava broj 4f elektrona, koji se nalaze u drugom energetskom nivou ispod najvišeg. Kako je na ovom energetskom nivou moguće da 14 elektrona formira 7 f-orbitala, to seriju lantanida čini 14 elemenata. Elektronske konfiguracije ovih elemenata nisu sa sigurnošću utvrđene.

Opšte osobineIz elektronskih konfiguracija atoma Ln može se vidjeti da u nizu La-Lu, sa porastom atomskog broja, povećava se broj elektrona ne u najvišem energetskom nivou, već u jednom bližem nukleusu, odnosno povećava se broj 4f-elektrona. Zbog velikog uticaja naelektrisanja nukleusa na 4f-elektrone, radijusi atoma se u ovom nizu smanjuju. Ovome doprinosi i manji zaštitni efekat f-elektrona na naelektrisanje nukleusa(zaš, usljed čega dolazi do jačeg privlačenja perifernih elektrona i smanjenje atoma. Smanjenje radijusa atoma atoma i jona u nizu lantanida naziva se kontrakcija lantanida.

Zbog kontrakcije lantanida, prelazni elementi u 6-oj periodi dolaze poslije lantanida, imaju atome približno iste veličine kao i prelalazni elementi 5-te periode, što uslovljava veliku sličnost njihovih osobina.Tačke topljenja u nizu La-Lu uglavnom rastu, izuzev kod Eu i It. Ovo se objašnjava činjenicom da kod lantanida u građenju metalne veze učestvuju tri elektrona (5s1 6s2), dok kod Eu i Yu samo dva (6s2).Treba napomenuti da 4f-elektroni ne učestvuju u građenju metalnih ni drugih veza (jer ih štite 5s- i 5p-elektroni), tako da od njih ne zavise hemijske osobine ovih elemenata.

S obzirom da su el. konfiguracije najvišeg energetskog nivoa atoma lantanida iste, oni pokazuju veliku sličnost u hemijskim osobinama.Ovi elementi su reaktivni metali. Enegrije jonizacije imaju niske vrijednosti, što ukazuje na jonski karakter njihovih jedinjenja, u kojima su ovi elementi uglavnom zastupljeni sa M3+-jonima. Da se ovi elementi javljaju pretežno kao joni, govore i niske vrijednosti za elektronegativnost a visoke vrijednosti vrijednosti za standardni redukcioni potencijal o lakoći kojom se grade M3+ joni. Najstabilnije oksidaciono stanje lantanida je +3.

Mnoga jedinjenja lantanida su obojena, što se tumači prisustvom nesparenih f-elektrona.

Joni M3+ lantanida zbog relativno velikih radijusa u odnosu na druge prelazne elemente nemaju izraženije sklonosti za građenje kompleksnih jedinjenja.

Zbog male zastupljenosti ovih elemenata u Zemljinoj kori oni se nazivaju i rijetke zemlje.

Lantanidi sa parnim atomskim brojem najrasprostranjeniji su, imaju više izotopa i više stabilnijih izotopa, od lantanida sa neparnim atomskim brojem.

Lantanidi Redni broj Kemijski element Kemijski simbol

57 Lantan La

58 Cerij Ce

59 Praseodimij Pr

60 Neodimij Nd

61 Prometij Pm

62 Samarij Sm

63 Europij Eu

64 Gadolinij Gd

65 Terbij Tb

66 Disprozij Dy

67 Holmij Ho

68 Erbij Er

69 Tulij Tm

70 Iterbij Yb

71 Lutecij Lu

Hemijske osobine

Mada je za lantanide karakteristično oksidaciono stanje +3, pojedini elementi u nekim jedinjenjima imaju stepen oksidacije +2 i +4. Jedinjenja sa ovim oksidacionim stanjima su uglavnom nestabilna.

Metali ove grupe su srebrnasto bijeli i veoma su reaktivni. Pri zagrijavanju reaguju sa vodom dajući hidrokside:

2M(s) + 6H2O (l) →2M(OH)3(s)+ 3H2(g)Zagrijavanjem na vazduhu daju okside M2O3:

4M(s) + 3O2(g) → 2M2O3(s)Izuzetak je cerijum koji daje oksid CrO2. Oksidi su jonska jedinjenja i imaju bazni karakter.Zagrijavanjem metala sa halogenim elementima nastaju trihalogenidi:

2M(s) + 3X2(g) → 2MX3(s) od kojih su jedino trifluoridi nerastvorljivi u

vodi.

AktinidiAktinidi koji se nazivaju i aktinoidi, a označavaju se i kao postprelazni ili unutrašnji prelazni elementi. Aktinidi pripadaju 7-oj periodi i imaju atomske brojeve od 90 do 103. Iz elektronskih konfiguracija njihovih atoma može se vidjeti da se pri sukcesivnom špvećanju atomskog broja ovih elemenata, u njihovim atomima sukcesivno povećava broj 5f-elektrona. Kako ovaj podsloj može da primi 14 elektrona, to aktinidi sadrže 14 elemenata. Aktinidi su u tablici Periodnog sistema elemenata smješteni na mjesto gdje se nalazi aktinijum, elemenat sa atomskim brojem 89.

Elektronske konfguracije aktinida nisu sa sigurnošću potvrđene.

O osobinama ovih elemenata postoji samo malo broj podataka.

Redni broj Kemijski element Kemijski simbol

89 Aktinij Ac

90 Torij Th

91 Protaktinij Pa

92 Uranij U

93 Neptunij Np

94 Plutonij Pu

95 Americij Am

96 Kurij Cm

97 Berkelij Bk

98 Kalifornij Cf

99 Einsteinij Es

100 Fermij Fm

101 Mendelevij Md

102 Nobelij No

103 Lavrencij Lr

Opšte osobineAktinidi su metali čije su tačke topljenja visoke, ali ipak znatno niže od onih koje imaju prelazni elementi. Gustine su im velike.Veličina jona ovih elemenata opada sa porastom njihovog atomskog broja. Sa porastom naelektrisanja nukleusa u nizu aktinida raste broj elektrona u istom energetskom nivou, odnosno raste broj f-elektroma koje nukleus velikog naelektrisanja snažno povlači, te dolazi do kontrakcije atoma (kontrakcije aktinida). Ovome doprinosi i mali zaštitni efekat f-elektrona, tako da nukleusi privlače elektrone najvišeg energetskog nivoa, što utiče na veličinu atoma.

Aktinidi su reaktivni metali, po osobinama slični lantanidima. Veličine jona M3+ aktinida su bliske veličinama jona M3+ lantanida, što uslovljava i sličnost u hemijskim osobinama. U svojim jedinjenjima aktinidi imaju stepen oksidacije od +3 do +6. Osim Th, Pa i U, koji se u Zemljinoj kori nalaze u rudama, svi aktinidi su dobijeni vještačkim putem, u laboratoriji, u nuklearnim reakcijama.

Dobijanje aktinida

Što je veći atomski broj aktinida, veći je broj nestabilnih izotopa, odnosno sve je veći broj radioaktivnih izotopa sa kratkim vremenom poluraspada.Prelazni elementi koji u 7-oj periodi dolaze poslije aktinida,atomskog broja 104 i 105, su ustvari elementi d-bloka. Elemenat sa atomskim brojem 104 prvo je nazvan karhatovijum,Kh, a zatim rezerfordijum,Rf. Elemenat sa atomskim brojem 105 nazvan je hahnijum,Ha.Ovi teški elementi 7-me periode dobijeni su svojim nestabilnim izotopima. Ispitivanje ovih nestabilnih izotopa, ili dobijanje stabilnijih zahtijeva nove tehnologije i dok se one ne ostvare,ispitivanje ovih i drugih,novih članova 7-me periode nije moguće.

Aktinidi

Uran Plutonijum Americijum

Hemijske osobine

Svi aktinidi daju jedinjenja sa oksidacionim stanjem metala +3, mada su za prva četiri elementa ove grupe takva jedinjenja od manjeg značaja. Elementi od urana do kirijuma grade sva četiri trihalogenida, MX3.

Oksidi tipa M2O3 i odgovarajući hidroksidi M(OH)3 poznati su tek od plutonijuma.

Jedinjenja u kojima metali imaju oksidaciono stanje +4 javljaju se od torijuma do berklijuma.Torijum i uran grade sve tetrahalogenide, dok elementi od neptunijuma do kirijuma daju samo tetrafluoride.Od pentahalogenida su poznati samo uran(V)-fluorid i uran(V)-hlorid. Inače jedinjenja sa oksidacionim stanjem metala +5 grade elementi od protaktinijuma do americijuma.

Neki od aktinida (U, Np, Pu i Am) grade kompleksne katjone MO2

+, od kojih su stabilbni NpO2

+ i AmO2+.

Oksidaciono stanje +6 imaju samo U, Np, Pu i Am. Osim Am ovi elementi grade heksafluoride, a svi daju kompleksne katjone MO2

2+.

Od ovih katojna stabilni su UO22+ i

PuO22+.

Oksidacijsko stanje aktinidaOksidacijsko stanje aktinida

Oksidacijsko stanje

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

+3 Ac3+

Th3

+ Pa3+ U3+ Np3+ Pu3+ Am3+ Cm3+ Bk3+ Cf3+ Es3+

+4 Th4

+ Pa4+ U4+ Np4+ Pu4+ Am4+ Cm4+ Bk4+ Cf4+

+5 PaO2+ UO2

+ NpO2+ PuO2

+ AmO2+

+6 UO22+ NpO2

2+ PuO22+ AmO2

2+

+7 NpO23+ PuO2