تعريف الاكتنيدات واللانثانيدات والفرق بينها

تعريف الاكتنيدات

تتألف سلسلة الأكتينيدات من مجموعة من العناصر المعدنية الثقيلة المشعة التي تتزايد في العدد الذري، وتشبه في ذلك سلسلة اللانثانيدات، وتبدأ بالأكتينيوم (89) أو الثوريوم (90) وتنتهي بعنصر بعدده الذري 103.

تتألف الأكتينيدات من مجموعة 15 عنصرًا موجودة في الجدول الدوري، حيث يمكن ملاحظة صف وردي داكن في الأسفل عند النظر إلى الجدول الدوري، ويُعرف هذا الصف بالفترة السابعة، وتتواجد الأكتينيدات في هذه الفترة والصف السابع.

هناك طريقة جيدة لتذكر موقع الأكتينيدات وهي الانتباه إلى العنصر الأول في هذا الصف، والذي يحتوي على رمز ذري للأكتينيدات وهو الحرفان الأولان في Actinide.

عند البحث عن عناصر في عائلة الأكتينيد، يضمن اكتشاف هذا الرمز النظر إلى الفترة المناسبة، وتتكون الأكتينيدات من عائلة تتألف من 15 عنصرا تتراوح في الأعداد الذرية من 89 إلى 103.

: يعني التفكير في العدد الذري كطريقة لتحديد العنصر في الجدول الدوري، ويشمل العناصر الخمسة عشرة التالية: الأكتينيوم (Ac)، الثوريوم (Th)، البروتكتينيوم (Pa)، اليورانيوم (U)، النبتونيوم (Np)، البلوتونيوم (Pu)، الأميريسيوم (Am)، الكوريوم (Cm)، كاليفورنيوم (Cf)، وأينشتاينيوم (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.

الخصائص الفيزيائية للأكتينيدات

الأكتينيدات هي عناصر تتبع الأكتينيوم والتي يتراوح أعدادها الذرية بين 89 و 103، وتشمل الثوريوم والبروتكتينيوم واليورانيوم التي توجد بشكل طبيعي، بالإضافة إلى 11 عنصرا تم إنشاؤها بشكل اصطناعي من خلال العمليات النووية عبر اليورانيوم.

على الرغم من ذلك، فجميع الأكتينيدات مشعة، وتأخذ سلسلة الأكتينيد اسمها من العنصر الأول في السلسلة وهو الأكتينيوم.

جميع العناصر التي تتبع سلسلة الأكتينيد مشعة بطبيعتها، وتطلق كمياتكبيرة من الطاقة أثناء التحلل الإشعاعي. وتشمل الأكتينيدات التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض اليورانيوم والثوريوم، بالإضافة إلى تصنيع البلوتونيوم.

ومن الخصائص الفيزيائية للأكتينيدات ما يلي:

• جميع العناصر مشعة، ولا توجد نظائر مستقرة لهذه العناصر.
• للأكتينيدات شحنة موجبة كهربائية قوية.
• المعادن تتلاشى بسرعة في الهواء، وهذه العناصر قابلة للاشتعال وتشتعل تلقائيا في الهواء، خاصة إذا كانت على شكل مسحوق ناعم.
• الأكتينيدات هي معادن شديدة الكثافة وتتميز بهياكل مختلفة، ويمكن تشكيل العديد من المتآصلات، حيث يحتوي البلوتونيوم على ستة متآصلات على الأقل، باستثناء الأكتينوم الذي يحتوي على عدد أقل من الأطوار البلورية.
• غالبًا ما تكون معادن الأكتينيد لينة، ويمكن قطع بعضها باستخدام السكين.
• هذه العناصر لها طبيعة مرنة ودقيقة.
• الأكتينيدات كلها مغناطيسية.
• يتم إنتاج غاز الهيدروجين عند تفاعله مع الماء الساخن أو عند تخفيف الحمض.
• تتكون كل هذه العناصر، التي هي عبارة عن معادن فضية اللون وصلبة، في درجة حرارة الغرفة وضغطها.
• تتفاعل معظم الفلزات على الفور مع الأكتينيدات.

الخواص الكيميائية للأكتينيدات

يُستخدم الرمز An للإشارة إلى أي من عناصر سلسلة الأكتينيدات، وتشتمل الخواص الكيميائية لها على ما يلي:

• تتفاعل جميع الأكتينيدات، مثل اللانثانيدات، بشكل قوي مع الهالوجينات والكالكوجينات، ومع ذلك، فإن التفاعل مع الأكتينيدات يحدث بسهولة أكبر.
• تكون المركبات الأكتينيدية، وخاصة تلك التي تحتوي على عدد منخفض من الإلكترونات 5f، عرضة للتهجين.
• يترابط الأكتينيوم واللانثانوم كيميائيًا، وذلك يظهر من خلال أنصاف الأقطار الأيونية المتشابهة والهياكل الإلكترونية.
• تتميز الأكتينيوم مثل اللانثانم بحالة أكسدة +3 في المركبات، ولكنه أقل تفاعلية وله خصائص أساسية أقوى.
• الثوريوم عنصر نشط كيميائيًا، وتكون مركبات الثوريوم رباعية التكافؤ عديمة اللون نظرًا لنقص الإلكترونات في مدارات 6d و 5f، والمعروفة بنقص الإلكترونات فيهما.

تعريف اللانثانيدات

تُعد اللانثانيدات 15 عنصرًا كيميائيًا معدنيًا طبيعيًا، يقع أعدادها الذرية بين 57 (اللانثانيوم) و71 (اللوتيتيوم)، وتتمتع هذه العناصر بمستوى فرعي 4f ممتلئ.

تتشابه اللانثانيدات في خواصها الفيزيائية والكيميائية ولها العديد من الأغراض الصناعية والعلمية.

يتم تمثيل أي عنصر من عناصر اللانثانيد بشكل عام بالرمز Ln، والذي يستخدم للإشارة إلى أي عنصر في السلسلة، وتشمل اللانثانيدات الفردية:

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

تتكون اللانثانيدات من 14 عنصراً من عناصر f-block، والعنصر الخامس عشر هو اللوتيتيوم، وهو عنصر d-block، ولكنه يعتبر جزءًا من اللانثانيدات نظرًا لتشابه خواصه الكيميائية مع العناصر الأربعة عشر الأخرى.

تم الحصول على العناصر من المعادن الطبيعية، ويحتوي أي معدن من لانثانيدات على جميع العناصر، ومع ذلك، يمكن أن يختلف تركيز العناصر الفردية اعتمادًا على نوع المعدن، وعادةً ما لا يتم استخدام معظم اللانثانيدات بشكلها النقي ولكن يتم استخدامها مع مواد أخرى أو سبائك.

الخصائص العامة لللانثانيدات

تشترك اللانثانيدات في الخصائص العامة التالية:

• معادن ذات لون فضي بيضاء.
• تكون هذه العناصر نسبيًا ناعمة، وتزداد صلابتها إلى حد ما مع زيادة العدد الذري، وعند الانتقال من اليسار إلى اليمين في الجدول الدوري يزداد العدد الذري ويتناقص نصف قطر أيون ثلاثي الإيونات اللانثانيد بشكل ثابت، ويشار إلى هذا الظاهرة بانكماش اللانثانيد.
• نقاط انصهارها عالية ودرجات غليانها عالية.
• تتفاعل اللانثانيدات مع الماء لتحرير الهيدروجين (H2)، وتكون حركتها بطيئة في البرودة وأسرع عند التسخين، وعادة ما ترتبط اللانثانيدات بالماء.
• تتفاعل مع H+، المعروف بأنه حمض مخفف لإطلاق H2 ويحدث ذلك بسرعة عند درجة حرارة الغرفة.
• تتفاعل مع H2 في تفاعل طارد للحرارة.
• تحترق بسهولة في الهواء.
• تعتبر عوامل اختزال قوية.
• مركباتها أيونية بشكل عام.
• عند درجات الحرارة العالية، تشتعل العديد من العناصر الأرضية النادرة وتحترق بشدة.
• معظم المركبات الأرضية النادرة لها خصائص مغناطيسية قوية.
• تتألق العديد من المركبات الأرضية النادرة بشدة تحت الضوء البنفسجي.
• تتميز أيونات اللانثانيد بأنها تكون غالبًا بألوان باهتة نتيجة التحولات البصرية الضيقة والمحدودة والممنوعة.
• تتفاعل اللانثانيدات بسهولة مع معظم اللافلزات وتشكل ثنائيات عند التسخين مع معظم اللافلزات.

أوجه التشابه بين اللانثانيدات والأكتينيدات

تعد كل من اللانثانيدات والأكتينيدات عناصرًا، وتشابه استخدامات هذه العناصر الانتقالية في استخدام الطبقة الفرعية (n-2) f لملء ووصف جميع اللانثانيدات والأكتينيدات، ولها تكوينات كهربائية شبيهة جدًا.

فيما يلي بعض القواسم المشتركة الهامة بين هذين:

• تتميز اللانثانيدات والأكتينيدات بحالة أكسدة عالية تبلغ +3.
• – يتضمن ملء هذه العناصر (ن – 2) والمدارات.
• كلا اللانثانيدات والأكتينيدات تتفاعل كيميائيًا وكهربائيًا على حد سواء.
• كلما زاد العدد الذري لهذه العناصر، زاد حجمها الأيوني والذري بشكل متزايد.
• كل من اللانثانيدات والأكتينيدات لها خصائص مغناطيسية قوية.

الاختلافات بين اللانثانيدات والأكتينيدات

تعتبر الاكتنيدات واللانثانيدات عناصر انتقالية، وتتشابه في العديد من الخصائص، ولكن هناك بعض الاختلافات بينهما، بما في ذلك:

• تحتوي سلسلة اللانثانيدات على 4 f-orbitals، في حين تحتوي سلسلة الأكتينيدات على 5f-orbitals.
• تكون الطاقة المرتبطة بذرة 4F أقل من تلك الموجودة في الأكتينيدات، وتتمثل في إلكترونات 5F.
• تكون حماية إلكترونات 5F أقل بالنسبة لإلكترونات 4F.
• توضح الخصائص المغناطيسية للأنثانيدات بشكل سهل إلى حد ما، ومع ذلك، فإنه في حالة الأكتينيدات يصعب شرح جميع الخصائص المغناطيسية لها.
• باستثناء البروميثيوم، فإن غالبية اللانثانيدات غير مشعة، وجميع العناصر في سلسلة الأكتينيد مشعة.
• توجد تأكسدات متعددة للعناصر في فئة الأكتينيدات، ولكن لا يوجدأي منها في اللانثانيدات.
• بالمقابل للمركبات الكيميائية اللانثانيدية، تتميز المركبات الأكتينيدية بأنها ضرورية جدًا بطبيعتها.