Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Рис. 10. Будущему химику рекомендуем внимательно изучить эту упрощенную схему довольно сложного атома. Это атом лантана. На первый взгляд у него очень сложная формула, но это только так кажется. Обратите внимание: на всех энер­гетических уровнях обязательно по 2 s-электрона, по 6 p-электронов. В оболочках М и N, кроме этих электронов, есть еще по 10 d-электронов. Заметьте, что подуровень, где должны быть f-электроны, пустой, на нем ни одного электрона нет. Затем у лантана только один 5 d-электрон и, наконец, есть еще два 6 s-электрона. Возможный подуровень 4/ тоже пус­той. Всего у лантана, как это и должно быть, 57 электро­нов. Он занимает клетку 57. Это первый элемент из семей­ства редких земель. У последующих элементов, по мере уве­личения заряда атомного ядра, электроны будут постепенно заполнять свободный, глубоко скрытый уровень 4/, на кото­ром может поместиться 14 электронов. Пустой подуровень 5/ начнет заполняться только у трансурановых элементов. Пока еще неизвестно точно, как построен последний, седь­мой, период менделеевской таблицы. Поэтому химики всего мира с нетерпением ждут результаты изучения недавно от­крытого советскими учеными элемента 104.

Все попытки найти разумное решение проблемы редких земель были безуспешными. Она каза­лась неразрешимой.

Только квантовая теория строения атома помогла решить окончательно эту большую за­гадку химии. Детальное изучение спектраль­ных характеристик у редкоземельных элементов показало, что строение их атомов очень своеоб­разно. Все они «внешне» совершенно сходны между собой. Их наружные электронные обо­лочки, у всех без исключения, построены совер­шенно одинаково (рис. 10).

У всех у них в самой наружной Р-оболочке по два s-электрона, поэтому все они — металлы. Глубже расположенный d-подуровень, принад­лежащий к O-оболочке, в атомах редкоземельных элементов еще не заполнен — в нем всего лишь

один электрон, который тоже может принимать участие в химических превращениях. Поэтому редкоземельные элементы преимущественно трехвалентны. Но это разные элементы, заря­ды их атомов различны, и потому у них должно быть различным и число электронов. Определе­ние порядкового номера установило, сколько же всего этих элементов, а изучение спектров помогло выяснить их строение. Оказалось, что они отличаются друг от друга числом f-электронов на оставшейся незаполненной, глубоко скрытой в недрах атома N-оболочке. Эти элек­троны защищены снаружи «броней» устойчивой оболочки 5s25p6, той самой, которая обеспечи­вает благородному газу ксенону (элемент 54) его свойства. Эти электроны почти совершенно блокированы и не могут проявлять себя в хи­мических свойствах.

Правда, не все ученые с этим согласны. Мно­гие считают, что строение редкоземельных эле­ментов значительно сложнее: 5d-электрон, утверждают они, есть только у лантана, гадоли­ния и лютеция, у остальных лантаноидов на 4/-уровне на один электрон больше. Изучение лантаноидов еще не завершено до конца.

Зная теперь законы построения внешних электронных оболочек атома, любой из вас, будущих химиков, сможет сам решить пробле­му, над которой химики прошлого бились более 160 лет, считая с открытия первой «редкой зем­ли»,— сколько редкоземельных элементов су­ществует в природе.

Очевидно, ровно столько, сколько их соот­ветствует постепенному заполнению всех орбит с этими электронами. Обозначение f заменяет квантовое число l=3. Мы уже знаем, что таких орбит может быть 2x3+1=7. А на каждой может быть не больше двух электронов. Следо­вательно, таких элементов в природе может быть четырнадцать. Всего же в природе должно су­ществовать ровно пятнадцать элементов-близ­нецов, . считая и лантан, свойствами близкий к лантаноидам. Столько их в действительности и оказалось: начиная с 57-го — лантана до 71-го — лютеция. Правда, в природе все-таки оказался пробел: 61-го элемента найти пока не удалось. Пришлось ученым самим его изгото­вить. Его назвали прометием.

Итак, можно ли сказать, что в одной клет­ке периодической таблицы размещаются пят­надцать элементов? Этот вопрос обсуждается часто и в наши дни. Периодический закон Мен­делеева — это всеобщий закон природы. В есте­ственной системе элементов каждый элемент занимает одно место, и, следовательно, в табли-

332