لانتانیدها و اکتینیدها در کدام گروه هستند و چه ویژگی هایی دارند؟

لانتانیدها و اکتینیدها، دو ردیف از عناصر جدول تناوبی عناصر هستند که به صورت جداگانه و در پایین جدول تناوبی عناصر نوشته می‌شوند. این عناصر عموما پرتوزا بوده و هسته‌های سنگین دارند و در آرایش الکترونی آن‌ها، زیر لایه f نیز الکترون می‌پذیرد. این عناصر پایین و به صورت جداگانه در ادامه گروه سوم جدول تناوبی و پس از عناصر لانناتان (ردیف ۶) و اکتینیوم (ردیف۷) نمایش داده می‌شوند. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم مفهوم لانتانیدها و اکتینیدها چیست و در کدام گروه و ردیف جدول تناوبی قرار دارند.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم مفهوم لانتانیدها و اکتینیدها چیست. سپس به بررسی مکان آن‌ها در جدول تناوبی و شماره گروه آن‌ها می‌پردازیم. در ادامه، خواص و ویژگی این عناصر را بررسی کرده و آرایش الکترونی آن‌ها را بررسی می‌کنیم. در نهایت، تفاوت و مفهوم عناصر واسطه داخلی و خارجی را بررسی کرده و کاربردهای لانتانیدها و اکتینیدها را می‌آموزیم.

مفهوم لانتانیدها و اکتینیدها چیست؟

لانتانیدها و اکتینیدها به دو ردیف از عناصر جدول تناوبی نسبت داده می‌شود که به صورت جداگانه و در پایین جدول تناوبی نوشته می‌شوند. این عناصر عموما پرتوزا بوده و الکترون‌های ظرفیت آن‌ها زیرلایه‌های f و d‌ و p  را پر می‌کنند. این عناصر تنها عناصری هستند که در زیرلایه f الکترون دارند.

ابتدای ردیف لانتانیدها، پس از عنصر لانتانیوم در گروه ۳ و ردیف ۶ و ابتدای ردیف اکتینیدها، پس از عنصر اکتینیوم در ردیف ۷ و گروه ۳ است. این عناصر به دلیل سادگی بیشتر جدول تناوبی و ساختار الکترونی ویژه‌ای که دارند به صورت جداگانه در پایین جدول تناوبی نمایش داده می‌شوند.

در ادامه این عناصر را بررسی می‌کنیم.

یادگیری شیمی دهم با فرادرس

برای درک بهتر این موضوع که لانتانیدها و اکتینیدها چیست، ابتدا باید با مفاهیمی مانند ساختار اتم، اوربیتال‌ها و آرایش الکترونی، تاریخچه جدول تناوبی، نکات جدول تناوبی و قانون دوره‌ای عناصر آشنا شویم. پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس پایه دهم فرادرس، بخش شیمی مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مطالب می‌پردازد.

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه لانتانیدها و اکتینیدها در کنکور دسترسی داشته باشید.

• آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی فرادرس
• آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم رشته علوم تجربی و ریاضی و فیزیک فرادرس
• آموزش علوم تجربی پایه نهم بخش شیمی فرادرس

لانتانیدها

لانتانیدها عناصری با عدد اتمی بین ۵۷ تا ۷۱ در جدول تناوبی هستند. نام این دسته از عناصر فلزی بر حسب نام فلز لانتانیوم انتخاب شده است که در گروه سوم و در ردیف ششم جدول تناوبی قرار دارد و عدد اتمی آن ۵۷ است. این عناصر خواص فیزیکی و شیمیایی مشابهی دارند.

برخی لانتانیوم را جر لانتانیدها در پایین جدول تناوبی می‌نویسند. ما در ساختار بروز شده جدول تناوبی، لانتانیوم در بین سایر عناصر جدول نشوته شده و از سریم به بعد، در پایین جدول تناوبی نوشته می‌شود. در جدول زیر، نام و نماد شیمیایی لانتانیدها مشخص شده است.

این ۱۵ عنصر با نام فلزات واسطه داخلی شناخته شده، رنگی نقره‌ای - سفید دارند و جامدند و معمولا از سنگ‌های معدنی یکسانی به دست می‌آیند. در تصویر زیر، نماد عنصر لانتانیوم مشخص شده است.

خواص فیزیکی و شیمیایی لانتانیدها

برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی لانتایدها در ادامه آورده شده است.

• این عناصر دمای ذوب بسیار بالایی دارند.
• در دوره لانتانیدها با افزایش عدد اتمی، شعاع اتمی و یونی کاهش می‌یابد که به این پدیده انقباض لانتانیدی گفته می‌شود.
• کاهش شعاع اتمی با افزایش عدد اتمی، در این عناصر بیشتر از سایر عناصر اصلی جدول تناوبی است.
• بسیاری از لانتانیدها خواص مغناطیسی بسیار قوی دارند.
• حالت اکسایش در این عناصر عمدتا ۳+ است.
• این عناصر واکنش‌پذیری بالایی دارند.

دانلود PDF با کیفیت جدول تناوبی

در ادامه این مطلب، لینک‌های دانلود عکس و PDF جدول تناوبی عناصر با کیفیت بالا قرار گرفته است. می‌توانید با کلیک بر روی لینک‌های زیر فایل PDF جدول تناوبی عناصر و عکس جدول تناوبی عناصر را دانلود کنید.

فایل‌ PDF جدول تناوبی فارسی به همراه تقلب‌نامه جدول تناوبی از لینک‌های زیر قابل دانلود هستند. برای دانلود این فایل‌ها، روی آن‌ها کلیک کنید.

• • دانلود PDF جدول تناوبی عناصر (تقلب‌نامه جدول تناوبی عناصر)
  • دانلود فایل PDF جدول تناوبی فارسی به همراه اسم فارسی عناصر
  • دانلود عکس سیاه و سفید جدول تناوبی فارسی برای پرینت سیاه و سفید

اکتینیدها

اکتینیدها عناصری با عدد اتمی ۸۹ (اکتینیوم) تا ۱۰۳ (لارنسیم) هستند. این عناصر دارای زیرلایه‌ها f و d نیمه‌پر و دارای ۷ لایه الکترونی هستند. نام این دسته از عناصر فلزی بر حسب نام فلز اکتینیوم انتخاب شده است که در گروه سوم و در ردیف هفتم جدول تناوبی قرار دارد و عدد اتمی آن ۸۹ است.

فیلم لانتانید و اکتینید در جدول تناوبی + تعریف، کاربرد و خواص (فیلم آموزش رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

در جدول زیر، نام و نماد شیمیایی اکتینیدها مشخص شده است. این عناصر عموما پرتوزا هستند.

خواص فیزیکی و شیمیایی اکتینیدها

در ادامه، برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر اکتینیدها را بررسی می‌کنیم.

• این عناصر عموما پرتوزا هستند و نیمه عمر کوتاهی دارند.
• حالت اکسایش در این عناصر متنوع است و حالت اکسایش بین ۲+ تا ۷+ را می‌پذیرند.
• این عناصر فلزاتی نرم و بسیار واکنش‌پذیر هستند.
• الکترون‌های ظرفیت در این عناصر دردسترس‌تر هستند و راحت‌تر در واکنش‌ها شرکت می‌کنند.

لانتانیدها و اکتینیدها در کدام گروه قرار دارند؟

لانتانیدها و اکیتیندها آرایش الکترونی ویژه‌ای دارند. در بررسی گروه و ردیف جدول تناوبی می‌آموزیم عناصر موجود در یک گروه از جدول تناوبی عناصر، باید تعداد برابری الکترون ظرفیت داشته باشند و آرایش الکترونی لایه آخر آن‌ها مشابه باشد. اما در مورد لانتانیدها می‌تواند اوربیتال نیمه پر f و d و p وجود داشته باشد به همین دلیل قرار دادن آن‌ها در یک ردیف از جدول تناوبی ممکن نیست.

اما برای عناصر لانتانیوم و اکتینیوم، آرایش الکترونی ساده و مشخص است. عناصر لانتانیوم در ردیف ششم جدول تناوبی و در گروه سوم قرار دارد. عنصر اکتینیوم نیز در ردیف هفتم و گروه سوم قرار دارد. به همین دلیل، باقی عناصر لانتانیدها و اکیتینیدها به صورت دو ردیف جداگانه در پایین این گروه و در ادامه آن به صورت جداگانه به ترتیب افزایش عدد اتمی نوشته می‌شوند.

شماره گروه لانتانیدها و اکتینیدها

در قسمت قبل آموختیم تعیین یک گروه از جدول تناوبی برای دسته‌بندی تمامی عناصر لانتانیدها و اکتینیدها کاری دشوار است. اما به دلیل قرار داشتن دو عنصر لانتانیوم و اکتینینوم در گروه سوم جدول تناوبی، معمولا گروه این عناصر، گروه سوم در نظر گرفته می‌شود.

در نمایش‌های قدیمی‌تر جدول تناوبی، عناصر لانتانیوم و اکتینیوم نیز به همراه سایر عناصر این دوره‌ها به صورت جداگانه در پایین جدول نوشته می‌شدند. اما در نمایش جدید و به روز شده جدول تناوبی، این دو عنصر در گروه سوم بین سایر عناصر قرار گرفته و باقی عناصر لانتانید و اکتینید، در پایین جدول تناوبی نوشته می‌شوند. این تفاوت در تصویر زیر مشخص شده است.

پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر لانتانیدها و اکتینیدها در جدول تناوبی و ویژگی‌های دوره‌ای آن‌ها، فیلم آموزش جدول تناوبی فرادرس که در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

فیلم جدول تناوبی یا Periodic Groups + خواص عناصر جدول مندلیف به زبان ساده در فرادرس

کلیک کنید

ویژگی لانتانیدها و اکتینیدها

لانتانیدها و اکتینیدها عموما پرتوزا هستند. این اتم‌های پرتوزا همگی فلز بوده و به آن‌ها عناصر فلزات واسطه داخلی گفته می‌شود. در هسته این عناصر، تعداد نوترون بسیار زیاد است و به همین دلیل برخی از این اتم‌ها با واپاشی پرتوزا به ایزوتوپ‌های پایدارتر تبدیل می‌شوند.

پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر این نوع واکنش‌ها و پرتوزایی اتم‌ها، مطلب واکنش هسته‌ای مجله فرادرس را مطالعه کنید. برخی از عناصر مهم که برای تولید انرژی مورد استفاده می‌گیرند، جزو این دسته از فلزات هستند. در ادامه، خواص لانتانیدها و اکتینیدها را بررسی می‌کنیم.

آرایش الکترونی لانتانیدها و اکتینیدها

در لانتانیدها و اکتینیدها، الکترون‌های ظرفیت در زیرلایه f نیز قرار دارند. هرچند، آرایش الکترونی این اتم‌ها مانند سایر گروه‌ها از الگوی خاصی پیروی نمی‌کند، در برخی از این اتم‌ها، زیرلایه‌های f و d پر نشده وجود دارد.

فرم کلی آرایش الکترونی لانتاندها و اکتینیدها به شکل زیر است.

برای مثال، آرایش الکترونی برخی از اتم‌های گروه لانتانیدها و اکتینیدها در ادامه آورده شده است.

سریم: $$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^2\,4p^6\,4d^{10}\,4f^1\,5s^2\,5p^6\,5d^1\textcolor{red}{\,6s^2}$$

نپتونیوم: $$1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 4s^2 \, 3d^{10} \, 4p^6 \, 5s^2 \, 4d^{10} \, 5p^6 \, 6s^2 \, 4f^{14} \, 5d^{10} \, 6p^6 \, 7s^2 \, 5f^4 \, 6d^1$$

لانتانیدها و اکتینیدها در جدول تناوبی

لانتانیدها و اکتینیدها در جدول تناوبی امروزی در پایین جدول و به صورت جداکانه نوشته می‌شوند. در این مدل، که فرم خلاصه جدول تناوبی نام دارد، این کروه‌ها با دو خط در کروه سوم جدول، از عنصر لانتانیوم و اکتینیوم به سمت وایین کشیده می‌شوند. این نمایش در تصویر زیر نشان داده شده است.

در فرم دیکری از جدول تناوبی که به آن فرم گسترده جدول تناوبی گفته می‌شود، عناصر لانتانید و اکتینید، در بین گروه دوم و گروه سوم، نمایش داده می‌شوند. این نمایش در تصویر زیر مشخص شده است.

دوره لانتانیدها و اکتینیدها

لانتانیدها در دوره ششم جدول تناوبی و اکتینیدها در دوره هفتم جدول تناوبی قرار دارند. در واقع، هر دوره جدول تناوبی، تعداد لایه‌های الکترونی عناصر را مشخص می‌کند. برای مثال، عناصر موجود در دوره سوم جدول تناوبی، سه لایه الکترونی دارند.

بنابراین، لانتانیدها که در دوره ششم جدول تناوبی هستند، ۶ لایه الکترونی و اکتینیدها که در دوره هفتم جدول تناوبی هستند، ۷ لایه الکترونی دارند. دوره لانتانیدها و اکتینیدها همراه ۶ و ۷ و گروه آن‌ها معمولا گروه سوم معرفی می‌شود.

فلزات واسطه داخلی

لانتانیدها و اکتینیدها معمولا با نام فلزات واسطه داخلی شناخته می‌شوند. این نام‌گذاری به این دلیل است که در این عناصر، لایه‌های الکترونی درونی مانند زیر لایه f و d پر می‌شود. لایه ظرفیت این عناصر دارای الکترون در زیرلایه f است.

تفاوت فلزات واسطه داخلی و خارجی

فلزات واسطه خارجی فلزاتی هستند که در گروه سوم تا یازدهم جدول تناوبی قرار دارند و با نام عمومی فلزات واسطه شناخته می‌شوند. این فلزات دارای الکترون‌های ظرفیت در زیرلایه d و s هستند. به همین دلیل به آن‌ها فلزات واسطه خارجی گفته می‌شود. برای مثال، آرایش الکترونی فلز مس به شکل زیر است.

$$([ A r ] 4 s ^ 1 3 d ^ {1 0 })$$

کاربرد لانتانیدها و اکتینیدها

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم مفهوم لانتانیدها و اکتینیدها چیست. این عناصر در زمینه‌های بسیاری مانند تولید انرژی کاربرد دارند. در ادامه، کاربردهای این عناصر را بررسی می‌کنیم.

کاربرد لانتانیدها

لانتانیدها در صنایعی مانند شیشه و سرامیک، فلورسانس‌ها، کاتالیزورها و آهنرباها کاربرد دارند. در ادامه این کاربردها را می‌شناسیم.

• شیشه و سرامیک: عناصری مانند لانتان و سریم برای تولید شیشه و سرامیک با خواص نوری و مکانیکی بهتر استفاده می‌شوند.
• فلورسانس‌ها: عناصری مانند یوروپیم، تربیوم و ایتریوم برای ساخت فلورسانس‌ها و لامپ LED استفاده می‌شوند.
• کاتالیزورها: از عناصری مانند سریم و لانتان به عنوان کاتالیزور در پرتوشیمی و خودروسازی استفاده می‌شود.
• آهنربا: موادی مانند نئودمیوم و ساماریوم در تولید آهنرباهای قوی در ساخت موتور الکتریکی و توربین بادی کاربرد دارند.

کاربرد اکتینیدها

اکتینیدها پرتوزا هستند و می‌توان از آن‌ها برای تولید انرژی و در صنعت پزشکی برای تصویربرداری و درمان استفاده کرد. در ادامه این کاربردها را می‌شناسیم.

• انرژی هسته‌ای: از عناصر اورانیوم و پلوتونیوم برای تولید انرژی هسته‌ای و تولید برق استفاده می‌شود.
• پزشکی هسته‌ای: از ایزوتوپ‌های پرتوزای عناصری مانند تکنسیوم در تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود.
• رادیوتراپی: در برخی از روش‌های درمان سرطان، از کالیفرنیوم در پرتودرمانی استفاده می‌شود.
• باتری اتمی: از عناصری مانند پلوتونیوم در ساخت باتری اتمی فضاپیما استفاده می‌شود.

از این عناصر در بسیاری از صنایع مختلف برای تولید انرژی اولیه برای تبدیل انرژی و تولید برق استفاده می‌شود.