Строение атома лантана схема

Обновлено: 18.09.2024

Электронное строение нейтрального атома лантана в основном состоянии. У атома лантана наблюдается проскок (провал) одного электрона с 4f-орбитали на 5d-орбиталь.

Схема строения электронных оболочек

Распределение электронов по энергетическим уровням (или по электронным слоям) в атоме лантана.

Электронно-графическая схема

Распределение электронов по атомным орбиталям в атоме лантана.

6	↑↓
5	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑
4	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
3	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
1	↑↓
s	p			d

Валентные орбитали атома лантана выделены фиолетовым цветом.

Электронная конфигурация

Полная электронная конфигурация атома лантана.

₅₇La 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 5d 1 6s 2

La (лантан) - элемент с прядковым номером 57 в периодической системе. Находится в VI периоде. Температура плавления: 920 ℃. Плотность: 6.16 г/см 3 .

Порядок заполнения орбиталей электронами в атоме La является исключением из правила Клечковского.
Ожидаемая электронная формула
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 1
Но в реальности происходит проскок одного электрона с орбитали 4f пред-пред-внешнего слоя на орбиталь 5d пред-внешнего слоя:

Электронная формула атома лантана в порядке возрастания энергий орбиталей:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 5d 1

Электронная формула атома лантана в порядке следования уровней:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 5d 1 6s 2

Сокращенная электронная конфигурация La:
[Xe] 5d 1 6s 2

Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме La
1-й уровень (K): 2
2-й уровень (L): 8
3-й уровень (M): 18
4-й уровень (N): 18
5-й уровень (O): 9
6-й уровень (P): 2

Относится к семейству f-элементов. Металл. Обозначение – La. Порядковый номер – 57. Относительная атомная масса – 138,906 а.е.м. Лантан относится к редко земельным металлам. Все они имеют схожее строение, поэтому выделены в отдельную группу элементов, которая носит название лантаноиды.

Электронное строение атома лантана

Атом лантана состоит из положительно заряженного ядра (+57), внутри которого есть 57 протонов и 82 нейтрона, а вокруг, по шести орбитам движутся 57 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома лантана.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

Внешний энергетический уровень атома лантана содержит 3 электрона, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома лантана можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m_l (магнитное) и s (спиновое):

Порядок заполнения оболочек атома лантана (La) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ - до 6, на ‘d’ - до 10 и на ‘f’ до 14

Лантан имеет 57 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

10 электронов на 3d-подуровне

6 электронов на 4p-подуровне

2 электрона на 5s-подуровне

10 электронов на 4d-подуровне

6 электронов на 5p-подуровне

2 электрона на 6s-подуровне

1 электрон на 5d-подуровне

Степень окисления лантана

Атомы лантана в соединениях имеют степени окисления 3, 2.

Степень окисления - это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Ионы лантана

Валентность La

Атомы лантана в соединениях проявляют валентность III, II.

Валентность лантана характеризует способность атома La к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Валентность не имеет знака.

Квантовые числа La

Квантовые числа определяются последним электроном в конфигурации, для атома La эти числа имеют значение N = 5, L = 2, M_l = -2, M_s = ½

Видео заполнения электронной конфигурации (gif):

Результат:

Энергия ионизации

Чем ближе электрон к центру атома - тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать. Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается E_o. Если не указано иное, то энергия ионизации - это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии ионизации для каждого последующего электрона.

Мягкий, ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета

Лантан / Lanthanum (La), 57

1,10 (шкала Полинга)

Ланта́н — элемент побочной подгруппы третьей группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 57. Обозначается символом La (лат. Lanthanum ). Простое вещество лантан (CAS-номер: 7439-91-0) — металл серебристо-белого цвета. Существует в трёх кристаллических модификациях: α-La с гексагональной решёткой, β-La с кубической решёткой типа меди, γ-La с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температуры переходов α↔β 277 °C и β↔γ 861 °C [1] .

Содержание

История

Лантан, как химический элемент, не удавалось открыть на протяжении 36 лет. В 1803 г. 24-летний шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус исследовал минерал, известный теперь под названием церита. В этом минерале была обнаружена иттриевая земля и ещё одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Её назвали цериевой. В 1826 г. Карл Мозандер исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится ещё один новый элемент. Доказать сложность цериевой земли Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Он сумел выделить новый элемент, когда в его распоряжении оказалось большее количество церита.

Происхождение названия

Нахождение в природе

Содержание в земной коре порядка 18 — 30 г/т, в воде океанов 0,012 мкг/л [2] .

Месторождения

Получение

Получение лантана связано с разделением исходного сырья на фракции. Лантан концентрируется вместе с церием, празеодимом и неодимом. Сначала из смеси отделяют церий, затем оставшиеся элементы разделяют экстракцией.

Стоимость

Цены на металлический лантан чистотой 99-99,9 составляют около 2 — 4 долл за 1 г.

Применение

Производство стекла

Оксид лантана (от 5 до 40 %) применяется для варки оптического стекла (лантановое стекло), для изготовления линз и призм используемых в кино и фотоаппаратуре, а также для астрономических целей.

Производство керамических электронагревателей

Хромит лантана, легированный кальцием, стронцием, магнием, используется для производства высокотемпературных печных нагревателей (температура плавления ― 2453 °C, раб.темп. — около 1780 градусов в атмосфере кислорода). С ростом температуры электрическое сопротивление хромита лантана резко уменьшается. Коэффициент термического расширения хромита лантана очень низкий и это предопределяет долговечность электронагревателей.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Оксид лантана применяется для синтеза высокотемпературных сверхпроводников на основе оксидов лантана, иттрия, бария, стронция, меди и др.

Металлотермия

Изредка лантан применяют в металлотермии для восстановления редких элементов.

Специальные покрытия стекла

На основе соединений лантана производятся покрытия для оконного стекла позволяющие понижать температуру в помещении на 5-7 градусов.

Термоэлектрические материалы

Монотеллурид лантана имеет очень высокую термо-э.д.с (834 мкВ/К) и применяется в термоэлектрогенераторах с высоким кпд.

Производство металлогидридных накопителей водорода

Лантан-никелевый гидрид широко употребляется как емкий аккумулятор водорода (металлогидридное хранение водорода) для автомобилей.

Ядерная энергетика

Важное значение металлический лантан высокой чистоты имеет в атомной промышленности, и конкретно, в технологии переработки ядерного топлива с целью извлечения плутония. В расплавленный металлический уран, имеющий в качестве примеси металлический плутоний, добавляют расплавленный лантан. Расплавленный лантан полностью извлекает изотопы плутония из урана и всплывает над ним, не смешиваясь с ураном. Полученный сплав сливают и перерабатывают методами химической технологии.

На текущий момент данный способ не используется. Последний плутониевый (промышленный) реактор был закрыт в Железногорске в 2010—2011 гг. Для извлечения плутония использовался экстракционный передел.

Электроника

В последние годы [когда?] в значительной степени возрос интерес к молибдату лантана, обладающему высокой проводимостью.

Электронная микроскопия

Применение катодов из LaB₆ (Гексаборид лантана) в электронных микроскопах позволило повысить разрешающую способность за счёт увеличения плотности тока в 6 раз и одновременно увеличить ресурс катода в 5 раз (до 500 часов) по сравнению с вольфрамовыми катодами.

Химические источники тока

Весьма значительный интерес промышленности и электроники вызывают производство и исследования в области аккумуляторов с твёрдым электролитом. В этой области очень большое значение приобрёл фторид лантана в качестве электролита и с металлическим лантаном в качестве анода, катодом обычно является фторид висмута, свинца или меди. Привлекательная сторона таких источников тока — это очень высокая удельная энергоёмкость по объёму (3000 Вт·ч/дм³, практически достигнутая — 1500—2300 Вт·ч/дм³), длительный срок сохранности энергии, прочность, долговечность; в этой связи многие ведущие специалисты [кто?] видят в них альтернативу любым другим видам аккумуляторов.

Биологическая роль

В середине 30-х годов советский ученый А. А. Дробков исследовал влияние редкоземельных металлов на разные растения. Он экспериментировал с горохом, репой и другими культурами, вводил редкоземельные металлы вместе с бором, марганцем или без них. Результаты опытов говорили, что редкоземельные металлы нужны для нормального развития растений… Но прошла четверть века, прежде чем эти элементы стали относительно доступны. Окончательный ответ на вопрос о биологической роли лантана предстоит ещё дать. [источник не указан 307 дней]

В медицине карбонат лантана используется при гиперфосфатемии как препарат, препятствующий всасыванию фосфатов из пищи.

Изотопы

В природе лантан встречается в виде смеси двух изотопов: стабильного 139 La и радиоактивного 138 La (период полураспада 2·10 11 лет). Доля наиболее распространённого изотопа 139 La в смеси составляет 99,911 % [3] . Искусственно получены 39 неустойчивых изотопов с массовыми числами 117—155 и 12 ядерных изомеров лантана [4] [5] . Наиболее устойчивым из них является лантан-137 с периодом полураспада около 60 тыс. лет. Остальные изотопы имеют периоды полураспада от нескольких миллисекунд до нескольких часов.

См. также

— сплав лантана с другими редкоземельными элементами.

Примечания

Ссылки

Химические элементы
Соединения лантана
Лантаноиды

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Лантан" в других словарях:

ЛАНТАН — (лат., от греч. lanthano быть скрытым, спрятанным). Металл, открытый в 1840 г. Мозандером в церите. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛАНТАН лат., от греч. lanthano, быть скрытым, спрятанным. Металл,… … Словарь иностранных слов русского языка

ЛАНТАН — (лат. Lanthanum) La, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055, относится к редкоземельным элементам. Назван от греческого lanthano скрываюсь, в связи с трудностями получения. Металл. Плотность… … Большой Энциклопедический словарь

ЛАНТАН — (символ La), серебристо белый металлический элемент группы ЛАНТАНИДЛОВ, впервые обнаружен в 1839 г. Основные руды, в которых он содержится, это монациты и бастнезиты. Мягкий, ковкий и вязкий, лантан применяется как КАТАЛИЗАТОР при КРЕКИНГЕ… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЛАНТАН — (Lanthanum), La, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055; относится к редкоземельным элементам; металл. Открыт шведским химиком К. Мосандером в 1839 … Современная энциклопедия

Лантан — La (от греч. lanthano скрываюсь * a. lanthanum; н. Lanthan; ф. lanthane; и. lantano), хим. элемент III группы периодич. системы Менделеева, относится к редкоземельным элементам, ат. н. 57, ат. м. 138,9. Природный Л. состоит из двух… … Геологическая энциклопедия

ЛАНТАН — (Lanthanum), La, хим. элемент III группы периодич. системы элементов, ат. номер 57, ат. масса 138,9055, относится к редкоземельным элементам. Природный Л. состоит из смеси стабильного 139La (99,911%) и слаборадиоактивного 138La распад и К захват … Физическая энциклопедия

лантан — сущ., кол во синонимов: 2 • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Лантан — (хим.) один из металлов церитовой группы , по способунахождения в природе; по химическим отношениям, по способностиобразовать La2H3 его должно отнести к более основной подгруппе 3 йгруппы периодической системы (La=138,2, Б. Браунер),… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

лантанід — іменник чоловічого роду … Орфографічний словник української мови

ЛАНТАН — хим. элемент, символ La (лат. Lanthanum), ат. н. 57, ат. м. 138,90; ковкий и тягучий серебристо белый металл, плотность 6170 кг/м3, tпл = 920°С. Л. применяют в производстве оптических стёкол, как лазерные материалы, в керамических… … Большая политехническая энциклопедия

Читайте также: