Transcript Bloque_f
BLOQUE F
Veracruz + Jano
• Arminio Ravelo José
Alejandro
• Cano González Lucia
• Díaz Eufracio Bárbara Itzel
• Palomino Hernández Óscar
• Pineda Silva Salomón
Historia, y su orden en la tabla
periódica
Los
lantánidos y actínidos poseen orbitales 4f y
5f parcialmente llenos. Se les conoce
colectivamente como elementos del grupo f.
En
un inicio la existencia de elementos con
una masa atómica entre los 140 a 174 g/mol
generó gran problema ya que éstos
elementos no tenían un lugar en la tabla
periódica original de Mendeléiev.
Lantanoides
Los elementos correspondientes del 57 al 71, del
lantano (La) al lutecio (Lu) se conocen como
lantanoides (Ln).
Cationes
Ln2+
Ln4+
Ln3+
Alta electropositividad.
El potencial Ln3+/Ln varía entre -2.25 V (Lu) y -2.52 V (La).
Blandos y moderadamente densos.
Puntos de fusión de ~1000°C, y de ebullición de ~ 3000°C.
Forman el óxido Ln2O3.
Elementos lantánidos.
Z
Nombre
Símbolo
Configuración
electrónica
Valencia
Radio
M3+ (A)
Calor M3+
21
Escandio
Se
[Ar]3d14s2
3
0.68
Incoloro
39
Itrio
Y
[Kr]4d15s2
3
0.88
Incoloro
57
Lantano
La
[Xe]5d16s2
3
1.06
Incoloro
58
Cerio
Ce
[Xe]4f15d16s2
3,4
1.03
Incoloro
59
Praseodimio
Pr
[Xe]4f36s2
3,4
1.01
Verde
60
Neodimio
Nd
[Xe]4f46s2
3
0.99
Lila
61
Prometio
Pm
[Xe]4f56s2
3
0.98
Rosa
62
Samario
Sm
[Xe]4f66s2
2,3
0.96
Amarillo
63
Europio
Eu
[Xe]4f76s2
2,3
0.95
Rosa pálido
64
Gadolinio
Gd
[Xe]4f75d 6s2
3
0.94
Amarillo
65
Terbio
Tb
[Xe]4f96s2
3,4
0.92
Rosa pálido
66
Disprosio
Dy
[Xe]4f106s2
3
0.91
Amarillo
67
Holmio
Ho
[Xe]4f116s2
3
0.89
Amarillo
68
Erbio
Er
[Xe]4f126s2
3
0.88
Lila
69
Tulio
Tm
[Xe]4f136s2
3
0.87
Verde
70
Iterbio
Yb
[Xe]4f146s2
2,3
0.86
Incoloro
71
Lutecio
Lu
[Xe]4f145d6s2
3
0.85
Incoloro
Estado trivalente
Óxidos
e hidróxidos
•
Absorben H2O y CO2 del ambiente, formando
hidróxidos o carbonatos.
•
Los hidróxidos no son anfotéricos, su basicidad
disminuye conforme aumenta su número atómico.
Haluros
•
Ln3+(ac) + 3 F-(ac) LnF3 (s) [HNO3 3M]
•
Ln3+(ac) + 3 Cl-(ac) LnCl3 (ac)
•
Ln2O3 + 6 NH4Cl 2 LnCl3 + 3H2O + 6 NH3
[300 K]
Aquaiones
y complejos
•
[Ln(OH2)n]3+(ac) + H2O(l) [Ln(OH)(OH2)(n-1)]2+(ac) + H3O+(l)
•
[Nd(OH2)9]3+(ac) + H2O(l) [Nd(OH)(OH2)(n-1)]2+(ac) + H3O+(l)
•
La tendencia de la hidrólisis aumenta de La a Lu,
concordando con la disminución de radios iónicos.
–
3 Ce3+(ac) + 5 H2O(l) ↔ [Ce3(OH)5]4+(ac) + 5 H+(ac)
99%
1%
•
Ln3+(ac) + F-(c) [LnF]2+(ac)
•
Los complejos más comunes y estables los forma con
ligantes quelatantes oxigenados.
Estado tetravalente
El Ce4+ es la única especie que existe en solución acuosa y
en sólidos. Se obtiene por oxidación del Ce3+(ac) con HNO3
o H2SO4 con S2O82-.
• [Ce(H2O)n]4+(ac)
–
•
Tiene características similares al Zr4+ y Ac4+
–
–
•
Ce3(PO4)4(s) [HNO3 4 M]
Ce(IO3)4(s), Ce(Ox)2(s) [HNO3 6 M]
Ce(OH)4(ac) CeO2(s) + 2 H2O(l)
–
Hidroliza con facilidad. Existe sólo en HClO4 concentrado.
Compuesto inerte que sólo se disuelve en los ácidos en
presencia de agentes reductores (H2O2, Sn2+, etc.) formando
soluciones de Ce3+.
Pr4+ y Yb4+ existen solo en óxidos no estequiométricos y en
fluoruros.
Estado divalente
En general
•
LnF3(s) + M(s) MF2(s) + LnF2(s) +… [M = Ca,Ba]
Tanto el Sm, Eu e Yb presentan estados cuasiestables de
oxidación 2+ tanto en sólidos como en solución acuosa.
•
•
•
Eu3+(ac) + Zn (s)/Mg(s) Eu2+(ac) + Zn2+(ac)/Mg2+(ac)
Sm3+(ac)/Yb3+(ac)+ Na(Hg)(s) Sm2+(ac)/Yb2+(ac) + …
Reducción electrolítica acuosa, o en haluros fundidos.
Compuestos de coordinación
Los compuestos de los lantanoides a menudo poseen
números de coordinación elevados y una amplia
variedad de ambientes de coordinación.
La variedad de estructuras de los orbitales f permite
que los compuestos formados tengan sus ligantes en
posiciones con una mínima repulsión, por lo cual sólo
hay pocos compuestos de coordinación coloridos.
Contracción lantánida
El efecto pantalla ejercido por los electrones
internos disminuye en orden s > p > d > f.
Usualmente cuando una subcapa es llenada en un
periodo el radio atómico disminuye. Este efecto es
particularmente marcado en los lantánidos.
Propiedades ópticas y espectros de
los complejos lantanoides
Colores débiles (transiciones f-f). Insensibles a ligantes.
Con excepción del La3+ (f°) y del Lu3+(f14), todos los
lantanoides son luminiscentes.
Eu3+(f6), Tb3+(f8).
•
Numerosos estados excitados.
•
Luminiscencia.
Compuestos iónicos binarios
Los óxidos binarios de lantanoides(III) Ln2O3, poseen
estructuras complejas en la cuales el numero de
coordinación del lantanoide es típicamente 7.
Se conocen muchas estructuras A-, B- y C-Ln2O3, y
muchos de los óxidos son polimórficos, exhibiendo
transiciones entre las distintas estructuras presentes
conforme se modifica la temperatura.
Compuestos ternarios complejos
Los
lantánidos pueden tomar
una o más posiciones catiónicas
en óxidos complejos (ternarios o
mayores).
•
•
Granate [A3B2(SiO4)3]
Itrio
Aplicaciones
Aditivos en aceros de aplicación espacial.
Formación de superconductores: YBa2Cu3O7 (77K).
El Ce4+ es utilizado en laboratorios como titulante rédox,
comúnmente como (NH4)[Ce(NO3)6].
Los óxidos de Neodimio y Praseodimio absorben una buena
parte de la gama amarilla, por lo que es comúnmente ocupado
en filtro de gafas para el sol.
El Eu presente en redes cristalinas de óxido o silicato genera
comportamiento fluorescente o luminiscente por lo que estos
compuestos se utilizan en los tubos de televisión en color.
En redes de tipo CaF2, los lantánidos 2+ muestran actividad láser.
Actinoides
Los primeros actinoides presentan variedad de
estados de oxidación debido a la similitud
energética entre orbitales 5f, 6d, y 7s.
Al igual que los lantanoides pierden primero sus
electrones s y d antes que los del orbital f.
Son radiactivos.
Son muy reactivos
Son muy electropositivos.
Se disuelven en ácidos comunes, HNO3 o HCl.
Estados de oxidación de los elementos actínidos.
N. A.
Estados de Oxidación
Elemento
3
89
Actinio
90
Torio
(3)
4
91
Praseodimio
(3)
4
5
92
Uranio
3
4
5
6
93
Neptunio
3
4
5
6
7
94
Plutonio
3
4
5
6
(7)
95
Americio
(2)
3
4
5
6
¿7?
96
Curio
(2)
3
4
¿5?
¿6?
97
Berkelio
3
4
98
Californio
(2)
3
4
99
Einstenio
(2)
3
(4)
100
Fermio
2
3
¿4?
101
Mendelevio
2
3
102
Nobelio
2
3
103
Laurencio
¿1?
3
¿5?
Iones y colores para actínidos.
Elemento
M3+
M4+
MO2+
MO22+
MO53-
Actínido
Incoloro
-
-
-
-
Torio
-
Incoloro
-
-
-
Protactinio
-
Incoloro
Incoloro
-
-
Uranio
Rojo
Verde
-
Amarillo
-
Neptunio
Azul a
purpura
amarillo –
verde
Verde
Rojo a rosa
Verde
oscuro
Plutonio
Azula a
violeta
Canela a
Café anaranjado
Rojizo purpura
Amarillo a
rosa naranja
Verde
oscuro
Americio
Rosa a
amarillo
-
Amarillo
Ron
-
Curio
-
-
-
-
-
Berkelio
Verde
Amarillo
-
-
-
Californio
Verde
-
-
-
-
Obtención
Los elementos 100 - 104 se obtiene por bombardeo de
Pu, Am o Cm con iones acelerados de B, C o N.
Los de los elementos siguientes al Pu se obtienen por
captura sucesiva
de neutrones por el 239Pu en
reactores nucleares.
El Th se encuentra en la monacita, fosfato complejo
que también contiene lantánidos.
Los metales se preparan por reducción de fluoruros,
cloruros u óxidos anhidros por el Li, Mg, o Ca a
temperaturas entre 1000°C y 1400°C. Son de color
blanco plateado.
Reacciones importantes
Los actínidos (Ac) sólo reaccionan con agua
caliente para formar hidróxidos y liberar
hidrógeno gaseoso
Hidrolisis: Los cationes en disolución acuosa, en
especial los +3 y +4, tienden a actuar como
ácidos de Brönsted en solución
[Ac(OH2)x]+n(ac) + H2O(l) [Ac(OH)(OH2)(x-1)](n-1)+(ac) + H3O+(l)
Uranio
Nombre
Uranio
Número atómico
92
Valencia
3+,4+,5+,6+
Electronegatividad
1,7
Radio covalente (Å)
1,42
Radio iónico (Å)
1,11
Radio atómico (Å)
1,56
Configuración electrónica
[Rn]5f36d17s2
Primer potencial de ionización (eV)
4
Masa atómica (g/mol)
238,03
Densidad (g/ml)
19,07
Punto de ebullición (ºC)
3818
Punto de fusión (ºC)
1132
Descubridor
Martin Klaproth 1789
Características
De color plateado-grisáceo.
Metal
muy
denso,
fuertemente
electropositivo
y
reactivo,
dúctil
y
maleable, pero mal conductor de la
electricidad.
Posee 92 protones , con una valencia de 6
en general. Su núcleo puede contener
entre 142 y 146 neutrones, sus isótopos más
abundantes son el 238U que posee 146
neutrones y el 235U con 143 neutrones.
Se extrae de la uranitita.
El uranio tiene un decaimiento alfa muy
lento. La vida media del uranio-238 es
aproximadamente 4.470 millones de años y
el del uranio-235 es 704 millones de años.
Obtención de Uranio
Para extraer uranio usualmente se usa óxido de uranio
(IV), UO2, extraído de minas con el nombre común de
pechblenda.
UO2(s) + H2O(l) + 2 Fe3+(ac) UO3(s) + 2 H+(ac) + 2 Fe2+(ac)
UO3(s) + H2SO4(ac) UO2SO4(ac) + H2O(l)
UO2SO4(ac) + 3 H2O(l) + 6NH3(ac) (NH4)2U2O7(s) + 2 (NH4)2SO4(ac)
El (NH4)2U2O7(s) es la forma comercial del uranio
conocida como torta amarilla
Obtención de uranio para reactores
En los reactores nucleares es necesario separar los
isótopos de uranio 238 y 235, y esto se logra a partir
del fluoruro de uranio (VI) gaseoso, haciéndolo
pasar por una membrana, donde sólo las moléculas
más ligeras, las del isotopo 235 la atraviesan.
9 (NH4)2U2O7(s) 6 U3O8(s) + 15 H2O(l) + NH3(g) + N2(g)
U3O8(s) + H2(g) 3 UO2(g) + 2 H2O(g)
UO2(s) + 4 HF(g) 3UF4(s) + 2 H2O(l)
UF4(s) + F2(g) UF6(g)
Se utiliza el UF6 debido a su bajo de sublimación, ya
que se comparamos los fluoruros de uranio (IV) y (VI)
vemos que el primero tiene un punto de fusión de
960°C, mientras que el segundo sublima a los 56°C.
Aplicaciones:
Algunos químicos fotográficos
(nitrato de uranio).
El uranio en estado metálico es
usado para los blancos de rayos
X y para hacer rayos X de alta
energía.
Su alto peso atómico hace al
eficaz para la protección
contra la radiación.
238U
También en contenedores para
almacenamiento y transporte
de materiales radiactivos
Elementos transuránicos
Hechos
por el hombre, la realización del
sueño de la transmutación de la alquimia.
Producir estos elementos fue el disparador
de una serie de eventos que sacudieron al
mundo.
Elementos transuránicos completan la
serie de los actínidos.
Neptunio
Descubierto
por E.M. McMillan y P.H.
Abelson
Universidad de California en Berkeley,
1939.
Plutonio
Segundo elemento transuránico descubierto.
Su síntesis fue realizada en la Universidad de California
en Berkeley por G.T. Seaborg, McMillan, J.W. Kennedy
y A.C. Wahl.
En 1941 se sintetizó un nuevo isotopo de Plutonio, el
239.
Glenn T. Seaborg
Nagasaki, 1945
Curio
Un
nuevo nucleído emisor de partículas
alfa fue producido en el verano de 1944.
Fue un trabajo conjunto de Seaborg, R.A.
James, L.O. Morgan, y A. Ghiorso.
Curio en la
oscuridad
Marie SkłodowskaCurie
Americio
La
identificación de un isotopo del
elemento 95, se llevó a cabo entre 1944 y
1945. Las reacciones de la producción
son:
Ciclotrón de 60
pulgadas
Berquelio y Californio
El elemento 97 fue descubierto por S.G.
Thompson, Ghiorso y Seaborg en diciembre
de 1949. La reacción nuclear fue:
El
elemento
98 fue
producido e
identificado por Thompson, K. Street, Jr.,
Ghiorso y Seaborg, en febrero de 1950 en
Berkeley.
Berkeley
California
Einstenio y Fermio
Los elementos 99 y 100 fueron descubiertos en los
escombros de la explosión termonuclear “MIKE” , en
noviembre de 1952.
Los isotopos 253 y 255 de los elementos 99 y 100
respectivamente se pueden sintetizar en laboratorio.
Prueba nuclear Ivy Mike
Albert Einstein.
Enrico Fermi.
Mendelevio
La
síntesis del elemento 101 fue planeada
de forma muy exhaustiva por los
científicos de Berkeley.
Mendelevio
Dmitri Ivánovich
Mendeléyev
Nobelio
Reportado
inicialmente
por
científicos
del
Laboratorio Nacional Argón, el Instituto de
investigación de energía atómica de Harwell y por
el Instituto Nobel de Física de Estocolmo.
Los experimentos realizados en Berkeley y en el
instituto Kurchatov en Moscú no pudieron confirmar
estos descubrimientos.
En 1958, Ghiorso, T. Sikkeland, J.R. Walton, y Seaborg
anunció la identificación de No-254 usando el
acelerador linear de iones pesados de Berkeley
(HILAC).
Una
línea de investigación separada en
el instituto Kurchatov reporto en 1958 la
síntesis del No-256, y el isotopo 254 no fue
identificado hasta 1966.
Instituto Nobel de
Noruega
Alfred Bernhard
Nobel
Laurencio
La síntesis del elemento fue realizada por
Ghiorso, Sikkeland, A.E. Larsh y R.M. Latimer en
1961 en Berkeley:
Una subsecuente identificación fue hecha por
Dones, Schegolev, y Ermakov en Dubna, Rusia.
La reacción nuclear que ellos usaron fue:
Lawrence Berkeley
National Laboratory
Ernest Orlando
Lawrence
Aplicaciones
El ThO2, mezclado con 1% de CeO2, convierte la corriente
térmica de la combustión del gas natural en una luz intensa.
Las cerámicas de óxido de torio se utiliza en crisoles ya que
tiene una alta resistencia a altas temperaturas (3300°C).
Uranio, se usa como combustible en reactores nucleares, en
los que se forman por captura de neutrones producidos en la
fisión del combustible 235U.
El único que se encuentra en hogares es el americio-241, ya
que éste es ocupado en detectores de incendio.
237Pu
237Np
combustible o en armas nucleares.
se emplea en la preparación de 238Pu que se utiliza
como fuente de energía para los satélites.
Lantanoides vs. Actinoides
Semejanzas
Ambos forman parte del
bloque f.
Los puntos de fusión están
a ~1000°C y su punto de
ebullición a ~3000 °C
Pierden
primero
sus
electrones s y d antes que
los del orbital f.
Diferencias
Las propiedades químicas de
los actinoides son menos
uniformes a lo largo de la serie
que las de los lantanoides
A
diferencia
de
los
lantanoides, los actinoides no
son tan reactivos, los dos
reaccionan con agua, pero
los
actinoides
sólo
en
caliente.
A
diferencia
de
los
lantanoides, los actinoides
presentan una gama de
estados
diferentes
de
oxidación.
Datos curiosos
El uranio es posible de encontrar en depósitos
minerales de todo el mundo, además de que se
encuentra en el agua de mar a razón de 0.003
ppm, que parece poco pero que en suma
¡forman unas 5 109 toneladas!.
El La es el elemento más común de las tierras
raras, y sorprendentemente la cantidad de Ce
en el planeta es aproximadamente la misma
que la de Cu.