Актиноиды (или акт и н и д ы) — это семейство четырна­дцати /-элементов с порядковыми номерами от 90 до 103, следую­щее в периодической системе после актиния.

220. Подгруппа скандия. В побочную подгруппу третьей группы входят элементы скандий, иттрий, лантан и актиний. Их атомы содержат по два электрона в наружном электронном слое и по 9 электронов в следующем за ним слое; строение этих двух электронных слоев можно выразить формулой (п — l)s²(n — 1)р⁶(я—1)d^xns². Каждый из этих элементов открывает собой соответствующую декаду d-элементов. Некоторые их свойства приведены в табл. 36. Степень окисленности элементов подгруппы скандия в большин­стве их соединений равна +3.

Таблица 36. Некоторые свойства элементов побочной подгруппы третьей группы

	Sc	Y	La	Ac
Строение внешнего и пред-	3s^23p^63rf'4s^2	4s^24p^64n!^l5s^2	-Si-V'Sd'es^2	6s^26p^66d'7s^2
внешнего электронных
слоев атома
Радиус атома, нм	0,164	0,181	0,187	0,203
Энергия ионизации
Э-^Э+, эВ	' 6,56	6,22	5,58	5,1
Э+->Э^2+, эВ	12,8	12,24	11,06	12,1
Э^2+ -»- Э^3+, эВ	24,75	20,5	19,17
Радиус иона Э^3+, им	0,083	0,097	0,104	0,111
Плотность, г/см^3	3,02	4,48	6,16	10,1
Температура плавления, °С				1040 ±50
Температура кипения, °С	Примерно	Примерно	Примерно	Примерно

Скандий, иттрий и лантан содержатся в земной коре в количествах по­рядка 10~³ % (масс.). Дктиний содержится в значительно меньшем количестве [порядка Ю^-9 % (масс.)], так как оба его природные изотопа — ²²⁷Ас и ²²⁸Ас — радиоактивны.

В свободном состоянии элементы подгруппы скандия представляют собой серебристо-белые металлы е высокими температурами плавления. Металличе­ские свойства выражены у них резче, чем у элементов главной подгруппы. Они растворяются в разбавленных соляной, азотной и серной кислотах, а при нагревании реагируют с большинством неметаллов.

Оксиды элементов этой подгруппы представляют собой тугоплавкие бе­лые вещества. Гидроксиды проявляют основные свойства, усиливающиеся в ряду Sc — Y — La. Так, соли скандия гидролизуются в значительной сте- Ьени, а соли лантана практически не подвергаются гидролизу: La(OH)₃—< сильное основание.

Области применения скандия ограничены. Но в настоящее время намеча­ется пути использования соединений скандия в электронике. В частности, ^некоторые ферриты (см. стр. 671), содержащие небольшие количества оксида Скандия, применяются в быстродействующих счетно-решающих устройствах.

Металлический скандий используется в электровакуумной технике как хороший геттер (нераспыляющнйся поглотитель газов).

Оксид иттрия также применяется в производстве ферритов. Ферриты, со­держащие иттрий, используются в слуховых приборах, в ячейках памяти счетно-решающих устройств. Изотоп иттрия ⁹⁰Y применяется в медицине.

Лантан применяется главным образом в смеси с лантаноидами (см. §221),

221. Лантаноиды. К семейству лантаноидов принадлежат че­тырнадцать /-элементов, следующих в периодической системе после лантана:

68 Церий Се ...4f ^z5s^25r/6s'	Празеодим Рг ...4P5s^!5p"6s'	Неодим Nd ... 4f5s^25p<^!6s'	Прометий Р.-я ... 4f^5s''5p^s0s^2	Самарий Sm ...4/^s5s*5p«es>
Европий	Гадолиний	Тербий	Диспрозий	Гольмий
Ей	Gd	ТЪ	Dy	Но
...4f5s^2Sp"6s^s	...4f'5s^!5p^e5ci^,6s»	...4f^95s^25p^e6s^!	...4f^loas^!5o'^I6s"	...4f^M5s^25p^66s^2

68 69 70 71 Эрбий i Тулий Иттербий Лютеций Ег Тш Yb Lu ...4f^l!5s^!5p^eas^!...4f^п5з'5р'№...4f^,'5s'5p⁶Bs'... 4f^1,Ds4p⁶5d^l6s^!

С возрастанием порядкового номера элементов этого семейства происходит заполнение электронами подуровня третьего снаружи электронного слоя (4/-подуровня), строение же наружного, а у большинства элементов и следующего за ним слоев остается неиз­менным. По этой причине все лантаноиды очень близки друг к другу по химическим свойствам.

Электроны заполняют 4/-, а не 5^-подуровень потому, что в этом случае они обладают меньшей энергией. Однако разница в энергиях 4f- и 5с?-состояний очень мала. Благодаря этому один из 4/-электронов (а в некоторых случаях, например, у церия, два 4/-электрона) легко возбуждается, переходя на 5а!-подуровень, и становится, таким образом, валентным электроном. Поэтому в большинстве своих соединений лантаноиды имеют степень окис­ленности +3, а не +2. Это обстоятельство объясняет близость свойств лантаноидов к свойствам элементов подгруппы скандия.

В § 34 говорилось, что в пределах одного периода с возрастанием поряд­кового номера размеры атомов элементов уменьшаются. Подобная закономер­ность наблюдается не только для элементов главных подгрупп, но, за немно­гими исключениями, и для элементов побочных подгрупп. Такое же уменьше­ние радиусов атомов имеет место и в случае лантаноидов (лантаноидное сжатие).

Это явление имеет одно важное следствие. В результате лантаноидного сжатия размеры атомов и ионов элементов шестого периода, расположенных сразу после лантаноидов (Hf, Та, W и далее), очень близки к размерам ато­мов и ионов соответствующих элементов пятого периода (2r, Nb, Mo и т. д.); в то же время для элементов четвертого и пятого периодов эти характера--., стики заметно различаются (табл, 37).

Таблица 37. Радиусы атомов (в нм) некоторых элементов побочных подгрупп

Периоды	Группы
IV	V	VI	VII	VIII	I
IV	Ti 0,146	V 0,134	Cr 0,127	Mn 0,130	Fe 0,126	Co 0,125	Ni 0,124	Cu 0,128
V	Zr 0,160	Nb 0,145	Mo 0,139	Tc 0,136	Ru 0,134	Rh 0,134	Pd 0,137	Ag 0,144
VI	Hf 0,159	Та 0,146	W 0,140	Re 0,137	Os 0,135	Ir 0,135	Pt 0,138	Au 0,144

Благодаря тому, что атомы и ионы аналогичных элементов побочных подгрупп пятого и шестого периодов имеют не только сходное электронное строение, но и практически совпадающие размеры, в их химических свойствах наблюдается гораздо более близкое сходство, чем в случае элементов чет­вертого и пятого периодов. Так, цирконий по своим свойствам значительно ближе к гафнию, чем к титану, ниобий сходен с танталом в большей степени, чем с ванадием и т. д.

В свободном состоянии лантаноиды представляют собою ти­пичные металлы, сходные с лантаном или с иттрием. Их оксиды нерастворимы в воде, но легко присоединяют воду с образо- нием гидроксидов. Последние лишь незначительно растворяются в воде и имеют основной характер. Соли лантаноидов по своей растворимости подобны соответствующим солям лантана или иттрия.

Дата добавления: 2015-08-21