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» 란탄족 수축

란탄족 수축

1925
  • Victor Goldschmidt
무기 화학의 란타나이드 원소에 대한 실험실 실험.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

란탄족 수축이란 란탄족 원소(란탄에서 루테튬까지)의 원자 반지름과 이온 반지름이 원자 번호가 증가함에 따라 꾸준히 감소하는 현상입니다. 이 현상은 4f 전자가 핵전하를 제대로 차폐하지 못하기 때문에 발생합니다. 그 결과, 란탄족 이후의 6주기 원소들은 예상외로 작은 크기를 가지며, 이는 5주기 원소들과 유사한 수준입니다.

란탄족 수축은 무기화학에서 f-블록 원소와 관련된 주기적 경향을 설명하는 기본적인 개념입니다. 세륨에서 루테튬으로 이어지는 란탄족 계열에서, 각 단계마다 핵에 양성자가 하나씩 추가되고 4f 부껍질에 전자가 하나씩 추가됩니다. 4f 오비탈은 크고 퍼져 있어서, 핵의 양전하가 증가함에 따라 바깥쪽 원자가 전자(5d 및 6s 오비탈에 있는 전자)를 효과적으로 차폐하지 못합니다. 결과적으로, 이 바깥쪽 전자들이 경험하는 유효 핵전하는 계열을 따라 크게 증가합니다. 이 강한 인력은 원자가 전자를 핵에 더 가까이 끌어당겨 원자 반지름과 이온 반지름이 점차 감소하게 합니다.

이러한 원자 크기 수축은 주기율표에서 란탄족 다음에 오는 원소들(하프늄, 탄탈륨, 텅스텐과 같은 6주기 전이 금속)의 화학적 성질에 심대한 영향을 미칩니다. 란탄족 계열 전체에 걸쳐 나타나는 원자 크기 감소는 5주기에서 6주기로 내려갈 때 예상되는 원자 크기 증가를 거의 완벽하게 상쇄합니다. 그 결과, 하프늄(159 pm)의 원자 반지름은 바로 위에 있는 지르코늄(160 pm)의 원자 반지름과 거의 같습니다. 이러한 크기와 전자 배치의 유사성으로 인해 두 원소의 화학적 성질이 매우 비슷해지며, 이는 자연에서 두 원소가 함께 존재하게 되는 이유이자 화학에서 이들을 분리하는 것이 가장 어려운 과제 중 하나가 되는 이유입니다. 니오븀/탄탈륨, 몰리브덴/텅스텐과 같은 쌍에서도 동일한 현상이 관찰됩니다. 또한, 증가된 유효 핵전하와 작은 원자 크기는 란탄족 이후 원소들의 높은 핵밀도와 높은 이온화 에너지에 기여합니다.

UNESCO Nomenclature: 2206
무기화학

유형

화학적 성질

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 보어 원자 모형의 발전
  • 란탄족 원소의 발견
  • 양자역학 및 원자궤도 이론의 정립
  • 원자 번호와 X선 스펙트럼의 관계를 나타내는 모즐리의 법칙

응용 프로그램

  • 란탄족 원소들의 화학적 분리
  • 지르코늄과 하프늄의 극도로 유사한 화학적 성질 때문에 분리가 어렵다는 점을 설명합니다.
  • 금과 백금과 같은 란탄족 이후 원소들의 높은 밀도에 기여합니다.
  • 란탄족 화합물의 배위 화학 및 촉매 활성에 영향을 미칩니다.

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

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관련 개념: 란탄족 수축, 원자 반지름, f-블록, 차폐 효과, 란탄족 원소, 주기적 경향, 지구화학, 지르코늄, 하프늄, 빅터 골드슈미트.

역사적 맥락

란탄족 수축

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

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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