¿Alguien puede explicar en detalle el efecto del par inerte y la contracción de los lantánidos?

par inerte Efecto de par inerte.
Los electrones de valencia en un orbital s penetran en el núcleo mejor que los electrones en los orbitales p, y como resultado están más unidos al núcleo y menos capaces de participar en la formación de enlaces. Un par de tales electrones se llama “par inerte”. El efecto de par inerte explica por qué los iones comunes de Pb son Pb4 + y Pb2 +, y no solo Pb4 + como podríamos esperar de la regla del octeto .
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Un efecto que hace que los elementos del sexto período con subcapas llenas de 4f sean más pequeños de lo esperado. La intervención de los lantánidos aumenta la carga nuclear efectiva, lo que compensa el aumento de tamaño esperado al llenar la capa de valencia n = 6. Como consecuencia, los metales de transición del sexto período tienen aproximadamente el mismo tamaño que sus contrapartes del quinto período.

La contracción de los lantánidos se entiende mejor pensando en las líneas del principio de Aufbau (“principio de construcción”) que describe cómo se construye la tabla periódica (PT). Imagine que cada elemento se construye ensamblando primero el núcleo con toda su carga positiva, y luego rellenando los electrones en capas y orbitales con energía creciente. Cada período (línea horizontal) en la tabla representa el llenado de una nueva capa, por lo que, en general, el tamaño atómico aumenta hacia abajo en el PT. El niobio (Nb, radio 0.64 Å), por ejemplo, es más grande que el vanadio (V, radio 0.54 Å) que está justo encima de él en el PT, porque Nb tiene una capa de electrones adicional y 18 electrones más que V.

Sin embargo, continuando por el grupo 5 hasta el tantalio (Ta, radio 0.64 Å), encontramos que su tamaño es exactamente el mismo que para Nb, a pesar de tener otra capa de electrones extra y hasta 32 electrones adicionales. La explicación radica en dónde van estos electrones adicionales: Primero (si imaginamos llenar un electrón a la vez yendo de Nb a Ta), están los 15 electrones necesarios para llenar el resto de los orbitales 4d, los orbitales 5p y 6s. . En este punto estamos en la configuración electrónica de Ba. Los siguientes 14 electrones van a los orbitales 4f, que se comportan de manera un poco diferente de los orbitales d (ys y p): están bastante dispersos en el espacio, por lo que los electrones no pasan gran parte de su tiempo cerca del núcleo. Finalmente, después de haber llenado todos los orbitales 4f, llenamos los tres electrones finales en los orbitales 5d. Los electrones 5d experimentan la atracción de un núcleo con 32 cargas positivas adicionales, en comparación con los electrones 4d de Nb. Sin embargo, estas cargas nucleares adicionales no están completamente protegidas por los electrones adicionales. Se podría pensar que los 14 electrones 4f, que después de todo residen en la capa 4, protegerían la carga nuclear que experimentan los electrones 5d. No lo hacen, debido al hecho de que los orbitales 4f son tan esponjosos y dispersos y, en promedio, lejos del núcleo atómico. El resultado es que los electrones 5d experimentan una carga nuclear efectiva aumentada , lo que tiene el efecto de acercar los electrones al núcleo, lo que lleva a un aumento menor en el tamaño atómico de lo que cabría esperar.

La similitud en el tamaño atómico entre los elementos 4d y 5d, junto con la misma configuración electrónica de la capa externa, conduce a una gran similitud en las propiedades químicas. Por ejemplo, el hafnio (Hf) es una impureza común en el circonio (Zr) y también es bastante difícil de eliminar si desea purificar el metal Zr. La plata (Ag) y el oro (Au) tienen una solubilidad sólida completa entre sí, es decir, se pueden alear en cualquier proporción. También se pueden alear en cierta medida con cobre (Cu), lo que permite crear joyas en una amplia gama de colores que van desde el blanco plateado hasta el amarillo dorado y el rojo cobrizo.