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Contrazione dei lantanidi

1925
  • Victor Goldschmidt
Esperimento di laboratorio sugli elementi lantanidi in chimica inorganica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La contrazione dei lantanidi è la diminuzione costante dei raggi atomici e ionici degli elementi lantanidi (dal lantanio al lutezio) con l'aumentare del numero atomico. Questo effetto è causato dalla scarsa schermatura della carica nucleare da parte degli elettroni 4f. Ciò fa sì che gli elementi del sesto periodo successivi ai lantanidi siano inaspettatamente piccoli, simili alle loro controparti del quinto periodo.

La contrazione dei lantanidi è un concetto fondamentale della chimica inorganica che spiega gli andamenti periodici che coinvolgono gli elementi del blocco f. Muovendosi lungo la serie dei lantanidi, dal cerio al lutezio, un protone viene aggiunto al nucleo e un elettrone al sottolivello 4f a ogni passaggio. Gli orbitali 4f sono grandi e diffusi, il che significa che sono molto poco efficaci nel proteggere gli elettroni di valenza esterni (negli orbitali 5d e 6s) dalla crescente carica positiva del nucleo. Di conseguenza, la carica nucleare effettiva sperimentata da questi elettroni esterni aumenta significativamente lungo la serie. Questa maggiore attrazione attira gli elettroni di valenza più vicini al nucleo, causando una graduale diminuzione sia del raggio atomico che di quello ionico.

Questa contrazione ha profonde conseguenze per la chimica degli elementi che seguono i lantanidi nella tavola periodica (i metalli di transizione del sesto periodo, come afnio, tantalio e tungsteno). La diminuzione totale delle dimensioni lungo la serie dei lantanidi annulla quasi perfettamente l'aumento di dimensioni previsto scendendo di gruppo dal quinto al sesto periodo. Di conseguenza, il raggio atomico dell'afnio (159 µm) è quasi identico a quello dello zirconio (160 µm), l'elemento direttamente superiore. Questa somiglianza nelle dimensioni e nella configurazione elettronica rende le loro proprietà chimiche notevolmente simili, portando alla loro co-occorrenza in natura e rendendo la loro separazione una delle più difficili in chimica. Lo stesso effetto si osserva per coppie come niobio/tantalio e molibdeno/tungsteno. Inoltre, l'aumento della carica nucleare effettiva e le dimensioni ridotte contribuiscono alle elevate densità e alle elevate energie di ionizzazione degli elementi post-lantanidi.

UNESCO Nomenclature: 2206
- Chimica inorganica

Tipo

Proprietà chimiche

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • sviluppo del modello atomico di Bohr
  • scoperta degli elementi lantanidi
  • formulazione della meccanica quantistica e della teoria degli orbitali atomici
  • Legge di Moseley che mette in relazione il numero atomico con lo spettro dei raggi X

Applicazioni

  • separazione chimica dei lantanidi l'uno dall'altro
  • spiega l'estrema somiglianza chimica dello zirconio e dell'afnio, rendendo difficile la loro separazione
  • contribuisce all'elevata densità di elementi post-lantanidi come oro e platino
  • influenza la chimica di coordinazione e l'attività catalitica dei composti lantanidi

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Contesto storico

Contrazione dei lantanidi

1921
1924
1924
1925
1926
1927
1927
1921
1922
1924
1925
1926
1926
1927
1930

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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