3.მე-3 ჯგუფის ელემენეტები

3.1.f-ელემენტები - ლანთანოიდები და აქტინოიდები

კითხვა:

დაახასიათეთ ლანთანოიდების ელექტრონული კონფიგურაცია? რატომ არის მათი 4f-მდგომარეობა ენერგეტიკულად ბევრად უფრო მომგებიანი?

პასუხი:

ლანთანოიდების ატომების ელექტრონული კონფიგურაცია შემდეგი ზოგადი ფორმულით გამოისახება: 4f^2-145s²sp⁶5d^0-16s². მიუხედავად 4f და 5d-ორბიტალების ენერგიების სიახლოვისა, ქიმიური და სპექტროსკოპიული მეთოდებით დადგინდა, რომ 4f-მდგომარეობა ენერგეტიკულად ბევრად უფრო მომგებიანია. 4f-ორბიტალების შეკრების წესის მიხედვით, ლანთანოიდები იყოფა ქვეჯგუფებად. პირველი შვიდი ელემენტი (Ce-Gd) წარმოადგენს ცერიუმის ქვეჯგუფს, დანარჩენი შვიდი კი - ტერბიუმის ქვეჯგუფს (Tb-Lu).

მდგრადი ელექტრონული კონფიგურაციის მქონე Gd-სა და Lu-ს, 5d-ქვედონეზე f⁷ და f¹⁴ დამატებითი ელექტრონი აქვთ. უმნიშვნელო აღგზნებისას, 4f-ქვედონიდან ერთი (იშვიათად - ორი) გადადის 5d ქვედონეზე.

ლანთანოიდების თვისებებს ძირითადად განაპირობებს 5d¹6s²-ელექტრონები. რადგანაც ლანთანოიდების სავალენტო ელექტრონებს ძირითადად წარმოადგენენ 5d¹6s²-ელექტრონები, მათი მდგრადი ჟანგვითი რიცხვი +3-ის ტოლია. ლანთანთან (4f⁰), გადოლინიუმთან (4f⁷) და ლუტეციუმთან (4f¹⁴) ახლოს მდგომ ელემენტებს ცვალებადი ჟანგვითი რიცხვი აქვთ. მაგალითად, ცერიუმისთვის (4f²6s²) +3-ის ტოლ ჟანგვით რიცხვთან ერთად დამახასიათებელია +4-ის ტოლი ჟანგვითი რიცხვი. ეს დაკავშირებულია ორი 4f-ელექტრონის გადასვლასთან 5d-მდგომარეობაში. ამავე მიზეზით, +4-ის ტოლი ჟანგვითი რიცხვი შეიძლება გამოავლინოს პრაზეოდიმიუმმაც (4f³6s²), თუმცა მისთვის ეს უფრო ნაკლებადაა დამახასიათებელი, ვიდრე ცერიუმისთვის. ევროპიუმი, რომელსაც შვიდი 4f-ელექტრონი აქვს (4f7³6s²), პირიქით, ავლენს +2-ის ტოლ ჟანგვით რიცხვს. ანალოგიურ თანაფარდობას აქვს ადგილი ტერბიუმის ქვეჯგუფის ელემენტებისთვის (თუმცა, ნაკლებად მკვეთრად არის გამოხატული). ტერბიუმი (4f⁹6s²) და დისპროზიუმი (4f¹⁰6s²) ავლენენ +4-ის ტოლ ჟანგვით რიცხვს, ხოლო იტერბიუმი (4f¹⁴6s²)და თულმიუმი (4f¹³6s²)- +2-ის ტოლ ჟანგვით რიცხვს. ტიპური ჟანგვითი რიცხვის ცვლილების პერიოდული ხასიათი კარგად ჩანს შემდეგი ცხრილიდან: