Lantanoidit

◄    Lantanoidit    ►

Lanthanoide [ lantanoiːdə ] ( "lantaani-like", kreikkalainen : päättyy -ειδἠς ( -eides ) "vastaavan") on ryhmä nimi samankaltaisia elementtejä . Syynä se on lantaanin ja 14 jaksollisen seuraavat elementit cerium , praseodyymi , neodyymi , prometium , samarium , europium , gadolinium , terbium , dysprosium , holmium , erbium , tulium ,Ytterbium ja lutetium . Termin mielessä lantaani ei kuulu lantaanimaisen ryhmään. Tässä kuitenkin IUPAC-nimikkeistö noudattaa käytännön käyttöä. Vanhan lantanidin nimen käyttö on edelleen sallittua. Kaikki lantanidit ovat metalleja, ja niihin viitataan myös lantaanisarjan elementteinä . Ne ovat osa harvinaisten maametallien ryhmää .

57
La 		58
Ce 		59
Pr 		60
Nd 		61
pm 		62
Sm 		63
Eu 		64
Gd 		65
Sivumäärä 		66
Dy 		67
Ho 		68
hän 		69
Tm 		70
Yb 		71
Lu
Kaikki vakaat lantanidit yhdellä silmäyksellä

Esiintyminen

Lantanidit tunnetaan myös harvinaisina maametalleina. Tämä nimi on hämmentävä, koska tämän ryhmän elementit, epävakaata prometiumia lukuun ottamatta, eivät ole missään nimessä niin harvinaisia ​​kuin ehdotetaan. Esimerkiksi cerium on luonteeltaan yleisempi kuin arseeni tai lyijy . Ne ovat mukana rakenteessa maankuoren massafraktiota 0,02%. Kuudennessa jaksossa on yhteensä 15 elementtiä , joista 14 lantaania seuraavat elementit voidaan ymmärtää 3. alaryhmän alaryhmiksi .

Kemiallisen samankaltaisuuden vuoksi lantanidit ovat luonteeltaan enimmäkseen sosiaalisia. Koska yksittäisten lantanidien erottaminen on vaikeaa ja niiden kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samanlaisia, nämä alkuaineet ryhmitellään usein (epävirallisen) kemiallisen symbolin Ln alle (ei pidä sekoittaa La: n kanssa lantaanin suhteen). Monet niistä voidaan saada monasiitista (jota kutsutaan myös toissijaisiksi kerrostumiksi - monasiittihiekka). Yleisimmät ja taloudellisesti tärkeimmät lantanideja sisältävät mineraalit ovat:

Kaavoissa Ln tarkoittaa kaikkia alkuaineita lantaanista lutetiumiin sekä hyvin samanlaista yttriumia (Y).

Lähes kaikissa mineraaleissa on joko kevyitä (Ce) tai raskaita lantanoideja (Y käyttäytyy kuten raskas lantanoidi mineraalikemian kannalta). Esimerkiksi monatsiitti sisältää pääasiassa Ce: tä ja La: ta, kun taas seuraavien lantanoidien pitoisuus pienenee atomiluvun mukana (siksi monasiittikaava annetaan aina nimellä CePO 4 ). Xenotimista löytyy täsmälleen päinvastainen tapaus (siis myös YPO 4 ). Tämä enimmäkseen erittäin tehokas fraktiointi johtuu lantanidin supistumisesta ja käytettävissä olevista kidehila-paikoista, joiden koko vaihtelee mineraaleista mineraaleihin. Muut mineraaliryhmät voivat joskus sisällyttää suuria osia lantanoideja rakenteeseensa (esim. Zirkoni , granaatti ). Lisäksi lantanideja esiintyy kuussa ns. KREEP-malmien muodossa .

ominaisuudet

Lantanidien kiteinen rakenne paitsi cerium, samarium, europium ja ytterbium.

Fyysiset ominaisuudet

Lantanidit ovat kiiltäviä, hopeanhohtoisia, suhteellisen pehmeitä ja reaktiivisia metalleja. Lähes kaikilla niistä on lähinnä metallipakkauksia . Kovuus kasvaa atomiluvun kasvaessa.

Kuten aktinidien , lantanoidit kuuluvat että sisempi siirtyminen elementtien tai f-lohkon osia , koska f orbitaalit näissä rivit ole täysin täytetty elektroneja.

Prometium-isotoopit ovat kaikki epävakaita, ts. Radioaktiivisia.

Kemialliset ominaisuudet

Valenssikuoren samanlaisesta rakenteesta johtuen lantanidit käyttäytyvät kemiallisesti kuten jaksollisen pöydän skandiumin ja yttriumin 3. ryhmän elementit ja muodostavat yhdessä näiden kanssa harvinaisten maametallien ryhmän . Ne hapettavat nopeasti ilmassa ja muuttuvat tylsiksi. Ne reagoivat enemmän tai vähemmän nopeasti veden kanssa muodostaen vetyä .

Ceristä alkaen 4f-kiertorata täyttyy vähitellen. Lutetiumin tapauksessa se on täysin varattu 14 elektronilla. Koska 4f-orbitaalit ovat syvällä atomien sisällä , niillä on vain vähän vaikutusta kemialliseen käyttäytymiseen toisin kuin muiden alaryhmäelementtien d-orbitaalit . Siksi lantanidielementit ovat suhteellisen samankaltaisia ​​kemiallisilta ominaisuuksiltaan. Ne ovat niin samankaltaisia, että kun ytterimaa löydettiin vuonna 1794, niiden uskottiin jopa olevan saman ja saman elementin oksideja . Sama koskee seriitti-maan lukuisia komponentteja. Heillä on yhteistä hapetusluku +3. Lisäksi hapetusluvut +2 ja +4 esiintyvät joillakin elementeillä.

Gadoliniumin ja terbiumin välisten ionisäteiden aikana tapahtuvaan epäjatkuvuuteen viitataan gadoliniumkatkoksena lantanideissa. Tämä selittää, miksi lantanoidien samankaltaisuudesta huolimatta alkuaineiden kemiallinen käyttäytyminen muuttuu gadoliniumin jälkeen. Kemialliseen käyttäytymiseen voidaan helposti vaikuttaa Gadolinium Breakilla. Amerikiumin jäljet ​​ovat riittäviä, jotta terbiumkompleksi voi ottaa käyttöön kevyempien lantanoidien rakennetyypin.

Lantanidi-ionien värit vesiliuoksessa

hapettumista
numero		 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
+2 Sm 2+
veripunainen 		Eu 2+
väritön 		Tm 2+
violetti punainen 		Yb 2+
keltainen vihreä
+3 La 3+
väritön 		CE 3+
väritön 		Pr 3+
kelta-vihreä 		Nd 3+
violetti 		Pm 3+
violetti vaaleanpunainen 		Sm 3+
syvän keltainen 		Eu 3+
väritön 		Gd 3+
väritön 		Tb 3+
väritön 		Väriaine 3+
kelta-vihreä 		Ho 3+
keltainen 		Hän 3+
syvän vaaleanpunainen 		Tm 3+
vaaleanvihreä 		Yb 3+
väritön 		Lu 3+
väritön
+4 CE 4+
oranssi-keltainen 		Pr 4+
keltainen 		Nd 4+
sininen-violetti 		Tb 4+
punaruskea 		Väriaine 4+
oranssinkeltainen

Lantanidin supistuminen

Lantanidin supistumisen vuoksi atomisäde pienenee  lähes jatkuvasti alueella ceriumista  (183 pm) lutetiumiin (172 pm) (poikkeuksia ovat europium ja ytterbium). Tämä johtuu siitä, että elementit, jotka ovat - atomiluvun perusteella - lantanidien edessä, ovat jo täyttäneet 6- ja 5p-kuoret elektronilla, mutta eivät 4f-kuorta. Lantanidit täyttävät nyt 4f-kuoren elektronilla. Yksinkertaistetussa atomin esityksessä, joka koostuu alueellisesti erotetuista elektronikuorista, elektroninen kuori, spatiaalisesti lähempänä ydintä, on nyt täynnä varauksen kantajia. Lisäksi ydin on tietysti täytetty samalla määrällä protoneja kuin elektronit lisätään 4f-kuoreen. Tuloksena oleva vahvempi vetovoima elektronien ja protonien välillä kutistaa atomisäteen samalla kun atomiluku kasvaa.

Tämä vaikutus ei todellakaan ole poikkeuksellinen, koska säde pienenee aina, kun kulho täytetään tietyn ajan kuluessa. Tällä omaisuudella on kuitenkin joitain seurauksia:

  • Pienentävän koon vuoksi erottaminen ioninvaihtimien avulla on helposti mahdollista.
  • Holmiumissa Ln 3+: n säde on niin pieni, että se vastaa melkein Y 3+: n sädettä ; siksi yttrium löytyy yleensä yhdessä "raskasmaan" kanssa
  • Ryhmän sisällä siirtymäelementeillä 2. ja 3. sijainnilla on hyvin samanlaiset ominaisuudet.

käyttää

On olemassa lukuisia esimerkkejä lantanoidien käytöstä:

Katso myös

Huomautukset

  1. ↑ Ennen ioninvaihtimien käyttöönottoa eri valenssitasoja voitiin käyttää vain ceriumille (kolmiarvoinen ja neliarvoinen) tai europiumille (kaksiarvoinen ja kolmiarvoinen); muiden alkuaineiden kanssa oli kiteytettävä uudelleen satoja kertoja niiden erottamiseksi .

kirjallisuus

nettilinkit

Yksittäiset todisteet

  1. ↑ Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: Epäorgaanisen kemian järjestelmällinen nimikkeistö . Springer-Verlag, Berliini 1999, ISBN 3-540-63097-X .
  2. ^ Epäorgaanisen kemian nimikkeistö, IUPAC: n suositukset 2005 .
  3. ↑ AM Mariano: Harvinaisten maametallien mineraalit . Julkaisussa: BR Lipin, GA McKay (Toim.): Review in Mineralogy , osa 21 - Harvinaisten maametallien alkuaineiden geokemia ja mineralogia (1989). Julkaisija Mineralogical Society of America, ISBN 0-939950-25-1 , s. 309-337.
  4. ↑ Georg Steinhauser : Rakennekemia - kosketus mihinkään. Julkaisussa: News from chemistry. 66, 2018, s.118 , doi : 10.1002 / nadc.20184067855 .
  5. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Epäorgaanisen kemian oppikirja . 102. painos. Walter de Gruyter, Berliini 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s.1937 .
  6. ↑ kemian dtv-atlas . 1981 , osa 1, s.220.
  7. ↑ a b Lanthanide-luentosarja Bayreuthin yliopistosta.