Номер 1, страница 25 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 5. Положение в периодической системе водорода, лантаноидов, актиноидов и искусственно полученных элементов. Глава I. Важнейшие химические понятия и законы - номер 1, страница 25.

Условие.

1. На основе закономерностей размещения электронов по орбиталям объясните, почему лантаноиды и актиноиды обладают сходными химическими свойствами.

Решение.

Решение 2.

Сходство химических свойств элементов внутри семейств лантаноидов и актиноидов объясняется особенностями строения их электронных оболочек, а именно заполнением внутреннего (на два уровня глубже внешнего) f-подуровня при практически неизменной структуре внешних электронных оболочек.

Лантаноиды – это семейство из 14 химических элементов 6-го периода с атомными номерами 58–71, следующих за лантаном (La). У атомов лантаноидов происходит последовательное заполнение электронами глубоко расположенного $4f$-подуровня. При этом на внешнем, шестом, энергетическом уровне ($n=6$) у большинства из них находится одинаковое число электронов – два ($6s^2$). Общая формула валентных электронов для лантаноидов: $4f^{1-14}5d^{0-1}6s^2$.

Поскольку химические свойства элемента определяются в первую очередь строением его внешней электронной оболочки (валентными электронами), а у всех лантаноидов она практически одинакова, то и химические свойства этих элементов очень близки. Все они являются активными металлами, проявляющими наиболее характерную и устойчивую степень окисления +3 (за счет отдачи двух $6s$-электронов и одного $5d$- или $4f$-электрона). Незначительные различия в свойствах монотонно изменяются с ростом порядкового номера из-за эффекта "лантаноидного сжатия" – постепенного уменьшения атомных и ионных радиусов.

Актиноиды – это семейство из 14 химических элементов 7-го периода с атомными номерами 90–103, следующих за актинием (Ac). Аналогично лантаноидам, у атомов актиноидов происходит заполнение внутреннего $5f$-подуровня, в то время как на внешнем, седьмом, энергетическом уровне ($n=7$) также, как правило, находятся два электрона ($7s^2$). Общая формула валентных электронов для актиноидов: $5f^{0-14}6d^{0-2}7s^2$.

По той же причине, что и у лантаноидов, химические свойства актиноидов внутри семейства также обладают большим сходством. Они также являются металлами. Хотя для актиноидов характерно большее разнообразие степеней окисления по сравнению с лантаноидами (из-за меньшей разницы в энергиях $5f$, $6d$ и $7s$ орбиталей), общая тенденция к сходству свойств сохраняется, и степень окисления +3 также является для них характерной.

Таким образом, фундаментальная причина сходства химических свойств элементов внутри каждого из семейств (лантаноидов и актиноидов) заключается в том, что с ростом заряда ядра у них заполняется не внешняя, а глубоко лежащая f-орбиталь, в то время как строение внешней валентной оболочки остается практически неизменным.

Ответ: Сходство химических свойств внутри семейства лантаноидов и внутри семейства актиноидов обусловлено идентичным строением их внешних электронных оболочек (как правило, два электрона на s-орбитали внешнего уровня: $6s^2$ для лантаноидов и $7s^2$ для актиноидов). Различия в электронной конфигурации между соседними элементами в этих рядах заключаются в заполнении глубоко расположенного f-подуровня ($4f$ и $5f$ соответственно), который слабо влияет на химические свойства, определяемые валентными электронами.