¿Alguien puede explicar en detalle por qué los lantánidos no tienen números de oxidación estables como 2, 4, 5, 6 o 7?

Si alguien dice que sabe la respuesta a esto, sospecho que está usando alguna justificación informal para llenar los libros de texto de química. La mejor respuesta es “no sabemos”.

Los lantánidos tienen una característica muy interesante porque muchos, si no todos, se comportan de manera similar a los otros elementos del grupo 3. La mejor explicación está en Wikipedia:

Algunas tablas, incluida la tabla oficial de IUPAC, se refieren a todos los lantánidos y actínidos por un marcador en el grupo 3. Esto a veces se cree que es la inclusión de los 30 elementos de lantánidos y actínidos incluidos en el grupo 3. Los lantánidos, como metales trivalentes electropositivos, todos tienen una química estrechamente relacionada, y todos muestran muchas similitudes con el escandio y el itrio, pero también muestran propiedades adicionales características de sus orbitales f parcialmente llenos que no son comunes al escandio y al itrio.

Si observa de cerca, los lantánidos adoptan más comúnmente un estado de oxidación +3, una característica que es compartida por todos ( ambos ) de los otros tres elementos del grupo, (escandio e itrio). Sin embargo, algunos también adoptan estados +2 y +4, al igual que Scandium e Yttrium también adoptan +2. … Pero a diferencia de los lantánidos, Sc e Y también adoptan +1 también. Debido a los orbitales F parcialmente llenos, los lantánidos también tienen algunos otros estados, y hay desviaciones en las predicciones del principio de Aufbau (que, recuerden, tienen una base en QM no relativista, y son un hecho heurístico, no científico). Cuando hablo de los electrones de bloque F, sospecho que estos electrones están sujetos a fuerzas de tipo relativista y podrían moverse a velocidades cercanas a la de la luz.

La tabla periódica es un sistema de clasificación, es solo una forma de enumerarlos en una cuadrícula, en lugar de una lista 1D. No se puede leer demasiado en eso. Definitivamente puede obtener generalizaciones y predicciones, pero no tienen la precisión numérica de modelos y predicciones como las “leyes”, de la gravedad y demás, que se pueden determinar con precisión dentro de un par de decimales.

La relativa escasez de escandio e itrio plantea la pregunta: ¿por qué ellos también tienen estados de oxidación distintos de +3? Todos los elementos del grupo 2 tienen un número de oxidación bastante definitivo que es (con una rara excepción) +2, pero los metales alcalinotérreos son comunes y están bien estudiados.

La respuesta más probable es que los lantánidos tienen aproximadamente 2 electrones S y 1 D, y es por eso que tienen la química que tienen, pero bajo la influencia de las estructuras cristalinas y el medio ambiente, estos electrones de capa de “valencia” se intercambian o se llenan con el carácter de otros orbitales No son los miembros perfectamente ordenados que el principio de Aufbau te llevaría a creer.

Además, su existencia relativamente poco común los convierte en una curiosidad costosa para estudiar. No es que pueda salir y pedir un montón de escandio. ¡La tabla anterior muestra que el uranio es más abundante que el escandio, y los elementos de “tierras raras” son más comunes que muchos miembros del grupo Boro! En todo caso, debemos esperar que nuestro conocimiento de estos elementos sea escaso, y cualquier generalización, especialmente la mía, debe tomarse con un grano de sal. Sal de itrio, eso es.