Bloque_f

Report
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.

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