La contracción del lantánido es la disminución mayor de lo esperado en los radios iónicos de los elementos de la serie de lantánidos desde el número atómico 57, lantano , al 71, lutecio , lo que da como resultado radios iónicos más pequeños de lo esperado para los elementos subsiguientes que comienzan con 72, hafnio . [1] [2] [3] El término fue acuñado por el geoquímico noruego Victor Goldschmidt en su serie "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente" (Leyes de distribución geoquímica de los elementos). [4]
| Elemento | Configuración de electrones atómicos (todos comienzan con [Xe]) | Configuración de electrones Ln 3+ | Ln 3+ radio (pm) (6 coordenadas) |
|---|---|---|---|
| La | 5d 1 6s 2 | 4f 0 | 103 |
| Ce | 4f 1 5d 1 6s 2 | 4f 1 | 102 |
| Pr | 4f 3 6s 2 | 4f 2 | 99 |
| Dakota del Norte | 4f 4 6s 2 | 4f 3 | 98,3 |
| Pm | 4f 5 6s 2 | 4f 4 | 97 |
| Sm | 4f 6 6s 2 | 4f 5 | 95,8 |
| UE | 4f 7 6s 2 | 4f 6 | 94,7 |
| Di-s | 4f 7 5d 1 6s 2 | 4f 7 | 93,8 |
| Tuberculosis | 4f 9 6s 2 | 4f 8 | 92,3 |
| Dy | 4f 10 6s 2 | 4f 9 | 91,2 |
| Ho | 4f 11 6s 2 | 4f 10 | 90,1 |
| Er | 4f 12 6s 2 | 4f 11 | 89 |
| Tm | 4f 13 6s 2 | 4f 12 | 88 |
| Yb | 4f 14 6s 2 | 4f 13 | 86,8 |
| Lu | 4f 14 5d 1 6s 2 | 4f 14 | 86,1 |
Porque [ editar ]
El efecto resulta de un mal blindaje de la carga nuclear (fuerza de atracción nuclear sobre los electrones) por 4f electrones; los electrones 6s se atraen hacia el núcleo, lo que resulta en un radio atómico más pequeño.
En los átomos de un solo electrón, la separación promedio de un electrón del núcleo está determinada por la subcapa a la que pertenece, y disminuye al aumentar la carga en el núcleo; esto, a su vez, conduce a una disminución del radio atómico . En los átomos de múltiples electrones, la disminución del radio provocada por un aumento de la carga nuclear se compensa parcialmente al aumentar la repulsión electrostática entre los electrones.
En particular, opera un " efecto de protección ": es decir, a medida que se agregan electrones en las capas externas, los electrones ya presentes protegen a los electrones externos de la carga nuclear, haciéndolos experimentar una carga efectiva más baja en el núcleo. El efecto de blindaje ejercido por los electrones internos disminuye en el orden s > p > d > f .
Por lo general, a medida que se llena una subcapa particular en un período, el radio atómico disminuye. Este efecto es particularmente pronunciado en el caso de los lantánidos, ya que la subcapa 4 f que se llena a través de estos elementos no es muy eficaz para proteger los electrones de la capa externa (n = 5 yn = 6). Por lo tanto, el efecto de blindaje es menos capaz de contrarrestar la disminución del radio causada por el aumento de la carga nuclear. Esto conduce a la "contracción de los lantánidos". El radio iónico desciende de 103 pm para el lantano (III) a 86,1 pm para el lutecio (III).
Aproximadamente el 10% de la contracción de los lantánidos se ha atribuido a efectos relativistas . [5]
Efectos [ editar ]
Los resultados de la mayor atracción de los electrones de la capa exterior a lo largo del período de lantánidos pueden dividirse en efectos sobre la propia serie de lantánidos, incluida la disminución de los radios iónicos, e influencias sobre los elementos siguientes o posteriores a los lantánidos.
Propiedades de los lantánidos [ editar ]
Los radios iónicos de los lantánidos disminuyen de 103 pm ( La 3+ ) a 86 pm ( Lu 3+ ) en la serie de los lantánidos.
A lo largo de la serie de lantánidos, se agregan electrones a la capa 4f . Esta primera capa f está dentro de las capas 5s y 5p completas (así como la capa 6s en el átomo neutro); la capa 4f está bien localizada cerca del núcleo atómico y tiene poco efecto sobre los enlaces químicos. Sin embargo, la disminución de los radios atómico e iónico sí afecta su química. Sin la contracción de los lantánidos, una separación química de los lantánidos sería extremadamente difícil. Sin embargo, esta contracción dificulta bastante la separación química de los metales de transición del período 5 y del período 6 del mismo grupo.
Existe una tendencia general a aumentar la dureza Vickers , la dureza Brinell , la densidad y el punto de fusión del lantano al lutecio (siendo el europio y el iterbio las excepciones más notables; en el estado metálico, son divalentes en lugar de trivalentes). El lutecio es el lantánido más duro y denso y tiene el punto de fusión más alto.
| Elemento | Dureza Vickers (MPa) | Dureza Brinell (MPa) | Densidad (g / cm 3 ) | Punto de fusión ( K ) | Radio atómico (pm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Lantano | 491 | 363 | 6.162 | 1193 | 187 |
| Cerio | 270 | 412 | 6.770 | 1068 | 181,8 |
| Praseodimio | 400 | 481 | 6,77 | 1208 | 182 |
| Neodimio | 343 | 265 | 7.01 | 1297 | 181 |
| Prometeo | ? | ? | 7.26 | 1315 | 183 |
| Samario | 412 | 441 | 7.52 | 1345 | 180 |
| Europio | 167 | ? | 5.264 | 1099 | 180 |
| Gadolinio | 570 | ? | 7,90 | 1585 | 180 |
| Terbio | 863 | 677 | 8.23 | 1629 | 177 |
| Disprosio | 540 | 500 | 8.540 | 1680 | 178 |
| Holmio | 481 | 746 | 8,79 | 1734 | 176 |
| Erbio | 589 | 814 | 9.066 | 1802 | 176 |
| Tulio | 520 | 471 | 9.32 | 1818 | 176 |
| Iterbio | 206 | 343 | 6,90 | 1097 | 176 |
| Lutecio | 1160 | 893 | 9.841 | 1925 | 174 |
Influencia en los post-lantánidos [ editar ]
Esta sección necesita expansión . Puede ayudar agregando más . ( Septiembre de 2020 ) |
Los elementos que siguen a los lantánidos en la tabla periódica están influenciados por la contracción de los lantánidos. Los radios de los metales de transición del período 6 son más pequeños de lo que se esperaría si no hubiera lantánidos y, de hecho, son muy similares a los radios de los metales de transición del período 5, ya que el efecto de la capa de electrones adicional se compensa casi por completo con la contracción del lantánido. [2]
Por ejemplo, el radio atómico del circonio metálico , Zr, (un elemento de transición del período 5) es 155 pm [6] ( valor empírico ) y el del hafnio , Hf, (el elemento correspondiente del período 6) es de 159 pm. [7] El radio iónico de Zr 4+ es 79 pm y el de Hf 4+ es 78 pm [ cita requerida ] . Los radios son muy similares aunque el número de electrones aumenta de 40 a 72 y la masa atómica aumenta de 91,22 a 178,49 g / mol. El aumento de masa y los radios inalterados conducen a un fuerte aumento de la densidad de 6,51 a 13,35 g / cm 3 .
El circonio y el hafnio, por lo tanto, tienen un comportamiento químico muy similar, con radios y configuraciones electrónicas muy similares. Las propiedades que dependen del radio, como las energías de celosía , las energías de solvatación y las constantes de estabilidad de los complejos , también son similares. [1] Debido a esta similitud, el hafnio se encuentra solo en asociación con el circonio, que es mucho más abundante. Esto también significó que el hafnio fue descubierto como un elemento separado en 1923, 134 años después del descubrimiento del circonio en 1789. El titanio , por otro lado, está en el mismo grupo, pero difiere lo suficiente de esos dos metales que rara vez se encuentra con ellos. .
Ver también [ editar ]
- contracción del bloque d (o contracción escandida [8] )
Referencias [ editar ]
- ^ a b Housecroft, CE; Sharpe, AG (2004). Química inorgánica (2ª ed.). Prentice Hall. págs. 536, 649, 743. ISBN 978-0-13-039913-7.
- ^ a b Algodón, F. Albert ; Wilkinson, Geoffrey (1988), Química inorgánica avanzada (5.a ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, págs. 776, 955, ISBN 0-471-84997-9
- ^ Jolly, William L. Química inorgánica moderna , McGraw-Hill 1984, p. 22
- ^ Goldschmidt, Victor M. "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente", Parte V "Isomorphie und Polymorphie der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion und ihre Konsequenzen", Oslo, 1925
- ^ Pekka Pyykko (1988). "Efectos relativistas en química estructural". Chem. Rev. 88 (3): 563–594. doi : 10.1021 / cr00085a006 .
- ^ https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/element/Zirconium
- ^ https://www.gordonengland.co.uk/elements/hf.htm
- ^ https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/Modules_and_Websites_(Inorganic_Chemistry)/Descriptive_Chemistry/Elements_Organized_by_Block/4_f-Block_Elements/The_Lanthanides/aLanthanides%3A_RideProperties_and_Lanthanides
Enlaces externos [ editar ]
- Página de referencia, consulte la Figura 2 para obtener más detalles
- Definición compleja
