F элементы

электроны которых с наивысшей энергией занимают f-орбиталь.
В данный блок входят

актиноиды и лантаноиды.
Фактическая электронная конфигурация элементов, входящих в этот блок, может отличаться от истинной и не может не подпадать под определение правила Клечковского. Данный блок делится на две группы:Элементы, у которых электроны находятся на 4f-орбитали, относятся к лантаноидам,
Элементы, у которых электроны находятся на 5f-орбитали, относятся к актиноидам.
Существует давний спор относительно того какие элементы следует относить к данным группам: актиний и лантан, или же лютеций и лоуренсий. Это связано с тем, что количество f-электронов, находящихся на внешнем электронном слое, может быть только 14

следующих за лантаном, у которых к электронной конфигурации лантана последовательно

добавляются 14 4f-электронов.Общая электронная конфигурация лантаноидов – 4f2–145d0–16s2.

У церия на 4f-уровне находятся два электрона – один за счет увеличения порядкового номера по сравнению с лантаном на единицу, а другой переходит с 5d-уровня на 4f. До гадолиния происходит последовательное увеличение числа электронов на 4f-уровне, а уровень 5d остается незанятым. У гадолиния дополнительный электрон занимает 5d-уровень, давая электронную конфигурацию 4f75d16s2, а у следующего за гадолинием тербия происходит, аналогично церию, переход 5d-электрона на 4f-уровень (4f96s2). Далее до иттербия наблюдается монотонное увеличение числа электронов до 4f14, а у завершающего ряд лютеция вновь появляется 5d-электрон (4f145d16s2).

6d у актиноидов

и 6d стабилизируются по мере возрастания атомного ядра несколько иным

способом, чем у лантаноидов: у легких актиноидов более устойчивы 6d-орбитали, а у тяжелых – 5f
Для элементов с атомными номерами 90–95 энергия 5f- и 6d-подуровней примерно одинакова. Этим объясняются различия в химии актиноидов и лантаноидов. У элементов с атомными номерами 91–95 (Th–Am) электронные переходы происходят легко. Эти элементы поливалентны и в этом подобны d-элементам. Более того, для них степень окисления III вообще мало характерна. Получен семивалентный нептуний, уран легко может быть переведен в шестивалентное состояние, протактиний проявляет степень окисления пять, а для тория трудно получить соединения, в которых он имел бы степень окисления ниже четырех.

Однако по мере заполнения 5f-уровней электронные конфигурации атомов стабилизируются, переход 5f-электронов в 6d-состояние становится все более затрудненным. Поэтому элементы Bk–Lr, ведут себя как типичные f-элементы, а по свойствам близки к лантаноидам. Для них основной степенью окисления является III.

AmH2–2,7), но для урана можно получить и стехиометрический гидрид UH3.

В общем случае гидриды этих элементов термически менее устойчивы, чем гидриды 4f-элементов. С кислородом актиноиды образуют оксиды, соответствующие их наиболее устойчивым степеням окисления (ThO2, PaO2, Pa2O5, NpO2 и др.). К исключительно сложным следует отнести систему уран–кислород. Характерными для урана являются оксиды UO2 – UO2,25; U3O8 и UO3, из них наиболее устойчив U3O8 (UO2∙2UO3) – урановая смолка.
Отличительной особенностью кислородсодержащих соединений актиноидов в высших степенях окисления V, VI является наличие катионных группировок и или , . Эти группировки называются иловыми оксоионами. Например, – уранил, – протактинил. Оксоионы устойчивы и сохраняются без изменения в разнообразных химических реакциях:

и кислорода формально можно рассматривать как тройную:

Для ионов прочность

связи увеличивается в ряду Am < Pu < Np.

С галогенами актиноиды образуют многообразные галогениды ЭГn, где n = 3, 4, 5, 6. Фториды элементов в высших степенях окисления летучи, что позволило разделить изотопы урана 235U и 238U. Взаимодействие актиноидов с B, Si, C, N, P, S и Se приводит к образованию соединений нестехиометрического состава вследствие возможного присутствия элемента в разных степенях окисления.

Уменьшение радиусов элементов в ряду Th–Lr приводит к ослаблению основных свойств соединений.

Соединения актиноидов склонны к диспропорционированию.

и кипения. Большое число неспаренных электронов принимают участие в склеивания,

поэтому они имеют очень прочные металлические и следовательно высокую точку плавления и кипения

середине каждого ряда.

Степени окисления

в твердом состоянии и в водном растворе. Обычно элементы/ионов, непарные

электронов производят цветные соединения.

ЦВЕТНЫЕ ИОНЫ

(II)
Кристаллогидрат сульфата цинка
Тетрагидрат хлорида магния
Хлорид Co(II)
CuSO4 *
5H2O

р-элементы

d-элементы

VII

VI

V

HClO4

H2SO4

HPO3 (HNO3)

HMnO4

H2CrO4

HVO3

VI
VB
V: II, III, IV, V
Nb Ta
(III,IV), V
Устойчивость высшей степени окисления

в В-подгруппах

В отличии от s- и p-элементов у d-элементов устойчивость высшей СО возрастает вниз по подгруппе:

основные
Cr2O3
Cr(OH)3
CrO3
H2CrO4
амфотерные
кислотные
Низшие СО
Высшие СО
Кислотные свойства

Na[Cr(OH)4]
тетрагидроксохромит натрия
Cr2O3 + NaOH = NaCrO2 + H2O
хромит натрия
t
СrO3
-

кислотный оксид

CrO3 + KOH = K2CrO4 + H2O

хромат калия

В кислой среде хроматы переходят в дихроматы:

СrO42- + H+ = Cr2O72- + H2O

HCl = FeCl3 + H2O
Fe2O3 + KOH = KFeO2 +

H2O

феррит калия

t

Ферриты - соли
железистой кислоты HFeO2

Zn + HCl = ZnCl2 + H2

Амфотерными являются оксид и гидроксид цинка: ZnO, Zn(OH)2

Zn + NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

ZnO + NaOH = Na2[Zn(OH)4]

Mn2+ Fe2+

… Ni2+ …Zn2+

Восстановительные свойства

Изменение восстановительных свойств d-элементов

Восстановителем
не является

VV CrVI

MnVII FeVI

Усиление окислительных свойств

K2Cr2O7+H2O2+H2SO4 = CrO5+ K2SO4+…

KMnO4+H2O2+H2SO4 = MnSO4 + O2 +…

эфир

пероксид хрома

K2FeO4 + Mn(NO3)2 + HNO3 Fe(NO3)3 + KMnO4 + …

хрома являются сильными восстановителями:
Cоли Fe(II) легко окисляются и переходят в

Fe(III)

FeSO4 + Cl2 = FeCl3 + Fe2(SO4)3

Окисление солей железа (III) в щелочной среде приводит к образованию ферратов - соединений железа (VI)

Fe2O3 + Cl2 + KOH = K2FeO4 + KCl + H2O

t

окислительно-щелочное плавление

= J2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
Перманганаты - сильнейшие

окислители:

MnO4-

Mn2+
MnO2
MnO42-

(pH  7)

(pH  7)

(pH  7)

Ферраты - сильнейшие окислители

очистки d-элементов от примесей
Ni + 4CO = [Ni(CO)4]
Тетракарбонил никель
Для d-элементов

характерно образование комплексных соединений.

Карбонилы являются особым типом комплексных соединений.

[Fe(CO)5]

[Co(CO)4]

тетракарбонил кобальта

пентакарбонил железа

Ni Pb H2 Cu Ag Hg Au
Усиление восстановительной способности атомов
Усиление

окислительной способности ионов

Li+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Ni2+Pb2+H+Cu2+Ag+Hg2+Au3+

HBr…
Zn + HCl = H2 + ZnCl2
2. Кислоты окислители: HNO3,

H2SO4конц, …

Hg + HNO3изб = Hg(NO3)2 + NO + H2O

Cd + H2SO4конц = CdSO4 + SO2 + H2O

Sn + HNO3конц = H2SnO3 + NO2 + H2O

Fe + HCl = H2+ FeCl2

 - оловянная кислота

HF
Nb + HNO3 + HF = H2[NbF7] + NO +

H2O

4. Взаимодействие с щелочами:

Zn + NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Ge + O2 + 2NaOH + 2H2O = Na2[Ge(OH)6]

Ag + HNO3 + HCl = H[AgCl2] + NO + H2O

+ H2↑
Cd + O2 + NH3· H2O = [Cd(NH3)4](OH)2 +

H2O

6. Окислительное щелочное плавление (V,Nb, Ta, Cr, MO, W…):

V + O2 + Na2CO3 = Na3VO4 + CO2 

Cr + O2 + NaOH = Na2 Cr O4 + H2O

Полученные соли легко растворяются в воде

оксидов при высокой температуре.
Fe2O3 + CO
Fe + CO2
FeS2 +

O2 = Fe2O3 + SO2

Cпособы получения металлов

Определяются характером сырья (рудой)

2. Электрометаллургия - электролиз расплавов или растворов солей

ZnSO4 + H2O Zn + O2  + H2SO4

электролиз

более активными металлами
CdSO4 + Zn
Cd+ ZnSO4
цементация

KOH
K[Au(CN)2] + Zn = K2[Zn(CN)4] + Au
цементация золота
Гидрометаллургический способ извлечения

золота

1.

2. Растворение золота в ртути с последующей разгонкой амальгамы.

Амальгама – сплав Hg с металлами (Zn, Cu, щелочные металлы).

(1,7-5%)

Fe + 5CO =

Fe(CO)5
Порошок желтая жидкость
пентакарбонил железо

Pt, t

Получение металла высокой чистоты

[Fe(CO)5] Fe + 5CO

160-200оС

Железо высокой чистоты

2. Иодидное рафинирование.

3. Электролиз водных растворов солей.