科学家们试图解决元素周期表布局的争论

印度的理论化学家使用簇化学来帮助证明将镧和锕放在f区,而不是d区。

哪些元素应该在元素周期表的第3组是a争论的来源在上个世纪;这已经成为一场争论非常激烈的在过去的十年里。d区第一组元素由钪、钇、镧和锕组成,也就是说,这些元素的价层中都有一个d电子。同样地,它们也可以被合成为钪、钇、镥和镧——f14元素镥和镧最好跟在钪和钇之后,因此它们属于同一组-有一个14个元素的f区。前者是最常见的形式,用的是维基百科万博代理.与此同时,IUPAC红皮书将镧系元素定义为从镧到镥的15种元素,锕系元素定义为锕到镧,并将钪、钇与镧系元素组合构成稀土元素。结果,IUPAC官方元素周期表在钇下面有两个空隙,留下镧、锕、镥和lawrence在一个15个元素宽的f区。

元素周期表的图片

来源:©2016 IUPAC,国际纯粹与应用化学联合会

IUPAC版本的元素周期表

现在,来自印度孟买Homi Bhabha国家研究所的Tapan Ghanty和他的同事们利用铅和锡簇来帮助他们计算模拟类镧系元素和类锕系元素的第一个和最后一个元素的化学行为。Zintl离子簇中心的空笼,Pb122-和Sn122-,都大到足以容纳一个镧、锕、镥或镧离子。科学家们之前已经对Zintl离子簇进行了多次研究,因此很好地了解了它们的性质。这些先前的知识使Ghanty的团队能够对含有镧、锕、镥或镧离子的Zintl团簇进行密度泛函理论计算,以预测和比较这四种有争议的元素的化学和电子行为。

镧、镥、锕和镧锌团簇

来源:©英国皇家&#万博代理28595;门万博官网化学学会

研究人员已经制造了锡球烯和铅球烯来封装镥、镧、锕

甘蒂发现,与排在中间的元素(即钚或铀)相比,完全填满的镥和镧的f轨道更稳定,因此也更有屏蔽性。与钚或铀不同,这些被屏蔽的f轨道不参与与笼状原子成键。锕和镧的空f轨道也表现出类似的行为,这使得Ghanty建议这四种元素都属于一个15元素宽的f区,并遵循IUPAC。

物理化学家劳伦斯Lavelle来自美国加州大学洛杉矶分校(University of California Los Angeles)的他不同意15个元素的f区是答案。“考虑到论文中讨论的镧、锕、镥和镧的相似性,它们都表现出18电子过渡金属d区化学,现在的困难是如何在周期表中最好地说明这一点。”把四个元素都放在f区看起来很吸引人,但与周期表的其他部分相反,也与他们论文的发现相反,因为所有四个元素都显示出与d区元素相关的化合物性质。”

星团电子定位函数的彩色图

来源:©英国皇家&#万博代理28595;门万博官网化学学会

(a) Lr@Pb1的电子定位函数(ELF)的二维彩色地图2和Lu@Pb12(b) La@Pb12和Ac@Pb12.ELF是理解组成原子之间成键性质的一个重要参数

Lavelle说:“最好的表示似乎仍然是最初的和广泛使用的周期表的视觉描绘,钪,钇,镧和锕都在第3组作为第一个d区元素,这与它们的三个外价电子和d相一致。1状态。”