تعريف الاكتنيدات واللانثانيدات والفرق بينها

تعريف الاكتنيدات

سلسلة من العناصر المعدنية المشعة الثقيلة ذات العدد الذري المتزايد والتي تعتبر مماثلة لسلسلة اللانثانيدات وتبدأ بالأكتينيوم (89) أو الثوريوم (90) وتنتهي بعنصر العدد الذري 103.

الأكتينيدات هي مجموعة من 15 عنصرًا موجودة في الجدول الدوري، وإذا نظرت إلى الجدول الدوري، فسترى صفًا ورديًا داكنًا في الأسفل، ويسمى الصف في الجدول الدوري بالفترة، وتوجد الأكتينيدات في الفترة 7، والصف السابع.

هناك طريقة رائعة لتذكر

موقع

الأكتينيدات وهي الانتباه إلى العنصر الأول في هذا الصف، ويحتوي العنصر الأول على رمز ذري لـ Ac، والذي يتطابق مع الحرفين الأولين في Actinide.

وعندما تبحث عن عناصر في عائلة الأكتينيد، فإنّ اكتشاف هذا

الرمز

سيضمن أنك تنظر إلى الفترة المناسبة، وتتكون الأكتينيدات من عائلة مكونة من 15 عنصرًا تتراوح في الأعداد الذرية من 89 إلى 103.

فكر في العدد الذري كطريقة لتحديد عنصر في

جدول

دوري، وتشمل العناصر الخمسة عشر: الأكتينيوم (Ac)، الثوريوم (Th)، البروتكتينيوم (Pa)، اليورانيوم (U)، النبتونيوم (Np)، البلوتونيوم (Pu)، الأميريسيوم (Am)، الكوريوم (Cm)، كاليفورنيوم (Cf)، أينشتينيوم (Es).

حتى عام 1940 تقريبًا  اعتقد العلماء أنّ أثقل ذرة هي اليورانيوم، والذي كان أول أكتينيد تم اكتشافه في أواخر القرن الثامن عشر، وأدى التقدم في العلم إلى الاكتشافات المستقبلية للعديد من العناصر التي نطلق عليها الآن بشكل جماعي الأكتينيدات، وتم العثور على العديد من عناصر الأكتينيد أو إنشاؤها في الفترة ما بين 1955 و 1961.

تم العثور على بعض الأكتينيدات في الطبيعة والبعض الآخر من صنع الإنسان، وتمكن العلماء من العثور على خمسة عناصر من عائلة الأكتينيد في الطبيعة وهي الثوريوم والبروتكتينيوم واليورانيوم والنبتونيوم والبلوتونيوم، وتم اكتشاف العديد من الأكتينيدات أثناء إجراء التجارب العلمية كانت مصنوعة من اليورانيوم. [1]

الخصائص الفيزيائية للأكتينيدات

الأكتينيدات هي عناصر ذات أعداد ذرية تتراوح من 89 إلى 103

تتبع

الأكتينيوم، وهي تشمل عناصر الثوريوم والبروتكتينيوم واليورانيوم التي توجد بشكل

طبيعي

، بالإضافة إلى أحد عشر عنصرًا عبر اليورانيوم تم إنشاؤها بشكل مصطنع من خلال العمليات النووية.

على الرغم من ذلك فإنّ جميع الأكتينيدات مشعة، وتحصل سلسلة الأكتينيد على اسمها من العنصر الأول في السلسلة وهو الأكتينيوم.

جميع العناصر في سلسلة الأكتينيد مشعة بطبيعتها، وتطلق قدرًا كبيرًا من الطاقة أثناء التحلل الإشعاعي، وأكثر الأكتينيدات التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض هي اليورانيوم والثوريوم، بالإضافة إلى تصنيع البلوتونيوم.

ومن الخصائص الفيزيائية للأكتينيدات ما يلي:

• كلها مشعة، ولا توجد نظائر مستقرة لهذه العناصر.
• الأكتينيدات لها
  
  شحنة
  
  موجبة كهربائية قوية.
• تتلاشى
  
  المعادن
  
  بسرعة في الهواء، وهذه العناصر قابلة للاشتعال فهي تشتعل تلقائيًا في الهواء، خاصةً كمسحوق ناعم.
• الأكتينيدات هي معادن شديدة الكثافة ولها هياكل مختلفة، وهناك العديد من المتآصلات التي يمكن أن تتشكل، حيث يحتوي البلوتونيوم على ستة متآصلات على الأقل، بينما الأكتينيوم هو استثناء لأنه يحتوي على عدد أقل من الأطوار البلورية.
• غالبًا ما تكون معادن الأكتينيد ناعمة، كما يمكن تقطيع بعضها بالسكين.
• هذه العناصر لها طبيعة مرنة ودقيقة.
• الأكتينيدات كلها مغناطيسية.
• تنتج غاز الهيدروجين عندما تتفاعل مع
  
  الماء
  
  الساخن أو تخفف الحمض.
• في درجة حرارة الغرفة وضغطها كل هذه العناصر عبارة عن معادن فضية اللون وصلبة.
• تختلط معظم اللافلزات على الفور مع الأكتينيدات.

الخواص الكيميائية للأكتينيدات

يستخدم الرمز An للإشارة إلى أي عنصر من عناصر سلسلة الأكتينيدات، ومن الخواص الكيميائية لها، ما يلي:

• جميع الأكتينيدات مثل اللانثانيدات شديدة التفاعل مع الهالوجينات والكالكوجينات؛ ومع ذلك تتفاعل الأكتينيدات بسهولة أكبر.
• الأكتينيدات خاصة تلك التي تحتوي على عدد منخفض من الإلكترونات 5f تكون عرضة للتهجين.
• الأكتينيوم واللانثانوم مرتبطان كيميائياً ،كما يتضح من أنصاف أقطارهما الأيونية المتشابهة والهياكل الإلكترونية.
• الأكتينيوم مثل اللانثانم عادة ما يكون له حالة أكسدة +3 في المركبات، لكنه أقل تفاعلًا وله خصائص أساسية أقوى.
• الثوريوم عنصر نشط كيميائيًا، وتكون مركبات الثوريوم رباعية التكافؤ عديمة اللون بسبب نقص الإلكترونات في مداري 6d و 5 f، المعروف بنقص الالكترونات فيهما. [2]

تعريف اللانثانيدات

اللانثانيدات هي 15 عنصرًا كيميائيًا معدنيًا طبيعيًا، والتي تقع أعدادها الذرية بين 57 (لانثانوم) و 71 (لوتيتيوم)، وهذه العناصر لها المستوى الفرعي 4f ممتلئة.

اللانثانيدات لها أوجه تشابه في خواصها الفيزيائية والكيميائية ولها العديد من الاستخدامات الصناعية والعلمية.

يتم تمثيل أي لانثانيد بشكل عام بالرمز Ln، والذي يستخدم للإشارة إلى أي عنصر في السلسلة، واللانثانيدات الفردية هي:

• اللانثانم.
• السيريوم.
• البراسيوديميوم.
• نيوديميوم (Nd)
• بروميثيوم (PM)
• السماريوم.
  
  اليوروبيوم.
• الجادولينيوم (Gd)
• تيربيوم.
• الديسبروسيوم.
• هولميوم (Ho)
• الإربيوم.
• الثوليوم.
• الإيتربيوم (Yb)
• اللوتيتيوم.

وهناك أربعة عشر من اللانثينيدات عبارة عن عناصر f-block، والعنصر الخامس عشر Lutetium، هو عنصر d-block، ولكنه يعتبر لانثيد نظرًا لأن خواصه الكيميائية مماثلة للعناصر الأربعة عشر الأخرى.

يتم الحصول على العناصر من المعادن الطبيعية، ويحتوي أي معدن لانثانيد على جميع العناصر، ومع ذلك قد يختلف تركيز العناصر الفردية اعتمادًا على نوع المعدن، ولا يتم استخدام معظم اللانثانيدات في شكلها النقي بل تستخدم عادة مع مواد أخرى أو سبائك. [3]

الخصائص العامة لللانثانيدات

تشترك اللانثانيدات في الخصائص العامة التالية:

• معادن ذات لون فضي بيضاء.
• لينة نسبيا، وتزداد صلابة إلى حد ما مع زيادة العدد الذري، وبالانتقال من اليسار إلى اليمين عبر الفترة يزداد العدد الذري، ويتناقص نصف قطر كل لانثانيد 3+ أيون بثبات، ويشار إلى هذا باسم انكماش اللانثانيد.
• نقاط انصهارها عالية ودرجات غليانها عالية.
• تتفاعل مع الماء لتحرير الهيدروجين (H2)، وتكون حركتها بطيئة في البرودة، وأسرع عند التسخين، وعادة ما ترتبط اللانثانيدات بالماء.
• تتفاعل مع H +  وهو حمض مخفف لإطلاق H2 ويكون بسرعة في درجة حرارة الغرفة.
• تتفاعل في تفاعل طارد للحرارة مع H2.
• تحترق بسهولة في الهواء.
• تعتبر عوامل اختزال قوية.
• مركباتها أيونية بشكل عام.
• في درجات الحرارة المرتفعة، تشتعل العديد من العناصر الأرضية النادرة وتحترق بشدة.
• معظم المركبات الأرضية النادرة ذات مغنطيسية قوية.
• تتألق العديد من المركبات الأرضية النادرة بشدة تحت الضوء فوق البنفسجي.
• تميل أيونات اللانثانيد إلى أن تكون بألوان باهتة، وناتجة عن التحولات البصرية الضعيفة والضيقة والممنوعة.
• تتفاعل اللانثانيدات بسهولة مع معظم اللافلزات وتشكل ثنائيات عند التسخين مع معظم اللافلزات. [4]

أوجه التشابه بين اللانثانيدات والأكتينيدات

تعتبر كل من اللانثانيدات والأكتينيدات عناصر، وتتشابه استخدامات العناصر الانتقالية هذه في استخدام الطبقة الفرعية (n-2) f لملء وتوصيف جميع اللانثانيدات والأكتينيدات، ولها تكوينات كهربائية متشابهة جدًا.

فيما يلي بعض القواسم المشتركة الهامة بين هذين:

• اللانثانيدات والأكتينيدات لها حالة أكسدة عالية تبلغ +3.
• يتضمن ملء هذه العناصر (ن – 2) و المدارات.
• اللانثانيدات والأكتينيدات على حد سواء تفاعلية وكهربائية.
• كلما زاد العدد الذري لهذه العناصر ، يزداد حجمها الأيوني والذري.
• كل من اللانثانيدات والأكتينيدات لها خصائص مغناطيسية قوية.

الاختلافات بين اللانثانيدات والأكتينيدات

تعتبر كل من الاكتنيدات واللانثانيدات عناصر انتقالية، وتتشابه في كثير من الخصائص ولكن هناك مجموعة من الاختلافات بينهما تتمثل في:

• يتضمن ملء اللانثانيدات 4 f-orbitals، في حين أن ملء الأكتينيدات يتضمن 5f-orbitals.
• الطاقة التي تربط ذرة 4F هذه أصغر من تلك الموجودة في الأكتينيدات، وهي إلكترونات 5F.
• إن حماية إلكترونات 5F أقل أيضًا من إلكترونات 4F.
• الخصائص البارا مغناطيسية للانثانيدات سهلة الشرح إلى حد ما، ومع ذلك في حالة الأكتينيدات من الصعب شرح جميع الميزات البارا مغناطيسية.
• باستثناء البروميثيوم فإنّ غالبية اللانثانيدات غير مشعة، وجميع العناصر في سلسلة الأكتينيد مشعة.
• توجد تأكسدات متعددة للعناصر في فئة الأكتينيدات، ولكن لا يوجد أي منها في اللانثانيدات.
• على عكس المواد الكيميائية الموجودة في اللانثانيدات، فإنّ المركبات الناتجة عن الأكتينيدات أساسية للغاية في طبيعتها. [2]