组3困境

像许多化学我这一代的大学生,我接受了艾伯特棉花和杰弗里·威尔金森的先进的无机化学福音。所以当棉花和威尔金森介绍元素周期表中镧和锕在3组d块,下面钪和钇,那么这就是它。镧系和锕系元素系列f块- - - - - -自由浮动之下,从铈镏和钍铹,插到“简式”表中,由于这样或那样的原因,在某种程度上,不大大迷住我。

但做一个谷歌搜索的图像元素周期表,这不是你会看到什么。几个保留——比如棉花和威尔金森的格式化学和物理的CRC手册。但许多离开的第六个和第七行组3未定义,只有“La-Lu”和“Ac-Lr”的标签。其他分配这两个职位而不是陆和Lr, La和交流现在f块。一些,如皇家化学学会的必威手机登陆组中,保持和Ac 3列,确定只有Sc和Y是真正属于。

周期性异常

到底是怎么回事?一种选择是得出结论,没有明确的元素周期表。每一个化学家都知道氢应该坐的争论,由于它不是想象的延伸舒适的在碱金属。但是是温和而愤怒的辩论一直在争论煽动组3。^{1 - 4}我们应该求同存异?

这似乎并不十分令人满意。元素周期表被广泛认为是化学奖展览:最优雅的冷凝的化学知识,其美丽的想法的适合与自然选择,DNA双螺旋结构和狄拉克方程。多么尴尬,承认它实际上没有确定的形状。

此外,据说是由物理表。它不是任意或经验混合物:它有一个结构定义和用原子的量子理论来解释,控制的电子配置元素。基础理论的出现不仅沃尔夫冈·泡利充填的构造原理的电子轨道,也所谓的马德隆能规则确定的订购周期。这个规定,轨道填充的顺序遵循的顺序增加量子数n+l,在那里n壳牌数量和吗l轨道角动量:l= 0、1、2、3…对应年代,p,d,f轨道等等。元素与平等n + l,最低的n是第一位的。

大多数时候这条规则进行的非常好,但是也有例外:例如,暂停的填充d轨道在最外层年代铬和钼的轨道了。它很容易解释这些异常,但是f阻止事情变得棘手。钍。其电子结构超出了氡闭壳核心是6d²7年代²5:它没有f电子在基态!它是什么做的f块吗?但它会是荒谬的,把其他地方——很容易接受异常。

感叹配置

云类似的不一致的问题,对元素声明的地方在3组,所有元素的候选人(洛杉矶,Ac,陆或Lr)部分填满f轨道。镧和Ac配置(Xe) 5d¹6年代²和(Rn) 6d¹7年代²——所以,部分填满d壳,可能声称d块元素。但等待:陆还声称,与配置(Xe) 4f¹⁴5d¹6年代²!Lr呢?它似乎是不同的;相对论计算表明,其外层电子不进入一个6d轨道,但到7p,最近的实验非常短暂的元素似乎证实了这一点,这表明它有一个令人惊讶的低第一电离作用潜力。⁵不,削弱其声称是d块元素?

有些人这么认为。其他人说,Lr可能而不是仅仅被视为另一个异常:ad没有外块元素d电子。这似乎是诡辩,但不一定。考虑的替代将Lr和交流d块需要:要么f块被放置在d块(破坏原子序数的稳定发展,因此似乎站不住脚的),或f的块必须介于3和其他组d块,这似乎是尴尬的。更重要的是,这样的安排将破坏垂直趋势在一些化学性质,如原子半径和熔点。¹此外,陆有物理力学性质类似的过渡金属⁶——尽管是化学比洛杉矶更类似Sc和Y尚不明朗。⁷

一个任务组,⁸我已经要求成员,旨在解决这个问题。我们希望做一个推荐国际纯粹与应用化学联盟(Iupac)的谘询和讨论后,最受欢迎的评论和建议。

编辑:如果你有任何意见属于组3,在联系chemistryworld@rsc.org——我们会通过他们。