Lantanide si actinide

Grupa III-b a sistemului periodic cuprinde elementele Sc, Y, La ºi Ac. Dintre acestea, lantanul ºi actiniul sunt aparent “elemente colective”, deoarece cãsuþele corespunzãtoare lor în Tabelul Sistemului Periodic încorporeazã de fapt 14 elemente, denumite, dupã capul de serie, lantanide respectiv actinide. Aceste elemente tranziþionale f nu prezintã o periodicitate a proprietãþilor fizice ºi chimice (întâlnite la elementele din grupele principale sau din grupele secundare) fapt care se datoreazã unor particularitãþi în structura lor electronicã.


Lantinide

Istoric. În anul 1787 a fost descoperitã accidental, în localitatea Ytterby (lângã Stockholm) un mineral negru, din care chimistul finlandez Gadolin a separat, 7 ani mai târziu, un “pãmânt” (denumire folositã pentru oxizi în terminologia mai veche) nou. În cinstea chimistului finlandez, acest metal a fost numit gandonilitã, iar “pãmântul”, Yttria. Mai târziu (Klaptroth ºi Berzelius,1803) dintr-un metal asemãnãtor (cerita) s-a izolat un nou “pãmânt” numit ceria (de la cel mai recent asteroid descoperit în acea vreme Ceres). Din aceasta Berzelius a separat, în 1814 fuseserã izolare, prin lucrãrile lui Lecoq de Boisbaudrea, Marignac Cleve ºi alþii, 14 pãmânturi rare (inclusiv elementele din gruparea III-b).
Europiul a fost izolat printr-o mai bunã funcþionare a samariului. Aeur von Welsbach ºi G. Urbein au izolat concomitent (1907) prin cristalizãri fracþionate din Yterbiul lui Marignac un element nou, numit de Welsbach casiopeium, ºi de Urbain, luteþiu. Ultimul nume a fost adoptat internaþional. Studii intense care s-au întins pe aproape 100 de ani au dovedit cã cele douã “pãmânturi” erau de fapt un amestec complex de oxizi ai unor elemente cu proprietãþi extraordinar de asemãnãtoare. Deoarece lantanidele nu prezintã fenomenul periodicitãþii proprietãþilor, nu li se putea atribui un loc definit în Sistemul Periodic, fiind încadrate într-o singurã cãsuþã. Dupã formularea legii lui Moseley s-a putut stabili, în mod cert, cã între elementul cu numãrul atomic 56 (Bariu) ºi cel cu numãr atomic 73 (Tantalul) existã 16 elemente.











LANTINIDE

ELEMENT SIMBOL NUMÃR ATOMIC Z
Ceriul Ce 58
Praseodim Pr 59
Neodim Nd 60
Prometiu Pm 61
Samariu Sm 62
Europiu Eu 63
Gadoliniu Gd 64
Terbiu Tb 65
Disprosiu Dy 66
Holniu Ho 67
Erbiu Er 68
Tuliu Tm 69
Yterbiu Yb 70
Luteþiu Lu 71

ACTINIDE

ELEMENT SIMBOL NUMÃR ATOMIC Z
Toriu Th 90
Protactiniu Pa 91
Uraniu U 92
Neptuniu Np 93
Plutoniu Pu 94
Americiu Ae 95
Curiu Cm 96
Berkeliu Bk 97
Californiu Cf 98
Einsteiniu Es 99
Fermiu Fm 100
Mendeleviu Md 101
Nobeliu No 102
Lawrentiu Lr 103


Caracterul Metalic. Ca ºi elementele din grupa III-b, Lantanidele sunt puternic electropozitive, formând din soluþia apoasã ioni pozitivi.
Configuraþia electronicã. Toate lantanidele au orbitalul 6s complet ocupat ºi 2 pânã la 14 electroni în orbitalii 4f; gandoliniul ºi luteþiu au câte un electron într-un orbital 5d.
Stãri de oxidare. Starea de oxidare a lantanidelor este +3. La unele elemente pot exista însã ºi stãri de oxidare +2 ºi +4, dar acestea sunt întotdeauna mai instabile decât starea +3. Apariþia acestor stãri de oxidare “anormale” se explicã în unele cazuri (Eu2+, Yb2+, Ce4+) prin realizarea unor configuraþii electronice f0, f4 sau f14 cu stabilitate deosebitã. Aceasta nu este singura cauzã deoarece unele lantanide care formeazã ioni în stãrile de oxidare +2 sau +4, nu au vre-una din aceste configuraþii stabilizate.
Contracþia lantanidelor. Dupã cum se ºtie razele ionice sunt, ca ºi cele atomice proprietãþi ale elementelor care variazã periodic cu numãrul atomic. În seria lantanidelor se observã însã o descreºtere continuã, aproape liniarã a razelor ionice de la ceriu pânã la luteþiu. Fenomenul este cunoscut sub denumirea de contracþia lantanidelor.
Proprietãþi magnetice. Ionii Lu, Ce ºi Ib sunt diamagnetici. Ceilalþi ioni sunt paramagnetici.
Proprietãþi spectrale. Cu excepþia ionilor Ce3+, Gd3+, Yb3+ ºi Lu3+, ionii lantanidelor sunt frumos coloraþi, având spectre caracteristici în regiunea vizibilã ºi ultravioletã. De aceea spectrele sunt adesea folosite pentru identificare, succesiunea de culori a primelor 7 elemente se repetã, în ordine inversã, la ultimele 7 ionii Ln3+ cu acelaºi numãr de electroni necuplaþi au aceeaºi culoare.
Totuºi faptul cã speciile electronice, Ce4+(roºu orange) – La3+(incolor); Gd3+(incolor) – Eu2+(galben pai); Lu3+(incolor) – Ib2+(verde) au culori diferite sugereazã cã repetarea culorii este un fenomen mai complex.
Separarea lantanidelor. Lantanidele au proprietãþi fizice ºi chimice atât de asemãnãtoare, încât izolarea de elementele în stare purã a constituit una din cele mai grele probleme ale chimiei analitice. Pentru a separa lantanidele de elementele însoþitoare, mineralul respectiv se dizolvã în acizi soluþia se trateazã cu oxalat de amoniu. Odatã cu oxalaþii, lantanidelor, greu solubile în soluþii slab acidã, se precipitã ºi oxalaþii de torin ºi zicorniu care însã se îndepãrteazã uºor, datoritã solubilitãþii lor într-un exces de oxalat de amoniu. Oxalanþii lantanidelor se transformã în oxizi Ln2O3 prin calcinare iar din oxizi se obþin sulfaþi. În continuare, amestecul de lantanide este separat în pãmânturi cerice ºi pãmânturi ytrice, pe baza diferenþei de solubilitate a sulfaþilor dublii.

Actinidele

Caractere generale. Radioactivitatea. Toate actinidele sunt radioactive. În timp ce douã din aceste elemente, torul si uraniul, sunt de mult cunoscute ºi relativ abundente în naturã datoritã timpului de înjumãtãþire mare al unora dintre izotopii lor (109-1010 ani). Majoritatea celorlalte provin fie din dezintegrãri nucleare ale unor elemente radioactive naturale, fie au fost obþinute numai pe cale artificialã prin reacþii nucleare.
Configuraþia electronicã. Din elementul actiniu (Z=89) care face parte din a IV-a serie tranziþionalã d, urmeazã în Sistemul Periodic, conform teoriei structurii înveliºului de electroni ai atomilor, o serie de 14 elemente analogã lantanidelor, actinidele. În aceste elemente este în curs de completare substratul 5f care cuprinde 7 orbitali ºi deci este complet ocupat când conþine 14 electroni. Configuraþia Electronicã a actinidelor se abate de la forma “idealã” [Rn]5fn6d17s2 corespunzãtoare completãrii cu electroni ai orbitalilor f ai actinidului.
Stãri de oxidare. Actinidele se împart, în ce priveºte proprietãþile fizice, în 2 grupe:
- actinidele uºoare (cu numerele atomice 90-95)
- actinidele grele (Z=96-103)
Starea de oxidare predominantã este +3.
Proctactinitul ºi uraniul pot folosi toþi electronii din orbitalii 5f, 6d ºi 7s ºi de aceea ating stãrile de oxidare maxime +5, respectiv +6. Starea de oxidare +6 este cea mai stabilã la uraniu; ea pierde din stabilitate la neptuniu ºi plutoniu iar la americiu cea mai stabilã stare de oxidare este +3.
Toriul – principala sursã de Toriu este monazita, mineralul pãmânturilor rare, un amestec de fosfaþi care conþin toriul sub forma unui silicat.
Uraniu – principalul mineral de uraniu este pehblenda, cu forma aproximativã U3 O8 , care conþin întotdeauna oxizi de fer, plumb, toriu, radiu ºi lantanide.