1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 1. 3 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
1 | H | Hei | |||||||||||||||||
2 | Li | Være | B | VS | IKKE | O | F | Født | |||||||||||
3 | Ikke relevant | Mg | Al | Ja | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
4 | K | Den | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Eller | Cu | Zn | Ga | Ge | Ess | Se | Br | Kr | |
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | I | Sn | Sb | Du | Jeg | Xe | |
6 | Cs | Ba |
* |
Lese | Hf | Din | W | Re | Bein | Ir | Pt | På | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | På | Rn |
7 | Fr | Ra |
* * |
Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
* |
De | Dette | Pr | Nd | Pm | Sm | Hadde | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
* * |
Ac | Th | Pa | U | Np | Kunne | Er | Cm | Bk | Jf | Er | Fm | Md | Nei | |||||
Li | Alkalimetaller | ||||||||||||||||||
Være | Jordalkalimetaller | ||||||||||||||||||
De | Lanthanides | ||||||||||||||||||
Ac | Actinides | ||||||||||||||||||
Sc | Overgangsmetaller | ||||||||||||||||||
Al | Dårlige metaller | ||||||||||||||||||
B | Metalloider | ||||||||||||||||||
H | Ikke-metaller | ||||||||||||||||||
F | Halogen | ||||||||||||||||||
Hei | Edelgasser | ||||||||||||||||||
Mt | Ukjent kjemisk natur |
De lantanider er en familie av det periodiske system som omfatter de 15 elementer som strekker seg fra lantan ( n o 57) til lutetium ( n o 71). Sammen med skandium og yttrium er disse elementene sjeldne jordarter . De får navnet sitt fra lanthanum, den første i familien, på grunn av deres kjemiske egenskaper som ligner sistnevnte, i det minste for de letteste av dem. Noen ganger refereres de til det kollektive kjemiske symbolet Ln, som deretter representerer ethvert lantanid. Dette er alle elementer i f-blokken , bortsett fra lutetium, som tilhører d-blokken . De danner alle Ln 3+ treverdige kationer , hvis kjemi bestemmes i stor grad av deres ioniske radius , som regelmessig avtar fra lantan til lutetium.
De er skinnende metaller med en sølvfarget glans som raskt sverter når de utsettes for luft. De er mindre og mindre myke når atomnummeret deres øker. Deres smeltepunkt og kokepunkt er høyere enn de fleste metaller, bortsett fra overgangsmetaller . De reagerer voldsomt med de fleste ikke-metaller og brenner seg inn i luften. Denne eiendommen utnyttes i lettere steiner , som er laget av en legering av lanthanider, mischmetal .
Disse elementene er ikke sjelden i naturen, cerium 58 Ce være 26 th eller 27 th mest rikelige element av jordskorpen (en overflod av samme størrelsesorden som den for kobber ). Den neodym 60 Nd er mer rikelig enn kobolt , den lutetium 71 Lu (den mindre ikke-radioaktive lantanider) er imidlertid mer rikelig enn sølv , og den thulium er mer rikelig enn jod .
Lanthanides bekrefter ganske godt Oddo-Harkins-effekten , at grunnstoffer med atomnummer større enn 4 er rikere i universet når atomnummeret er jevnt enn når det er merkelig.
Element |
Atomic masse |
Smeltetemperaturen |
temperatur koke |
masse volum |
Atomisk radius |
Elektronisk konfigurasjon |
ionisering energi |
Elektronegativitet ( Pauling ) |
Ion radius av trication Ln 3+ |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Lanthanum | 138,90547 u | 920 ° C | 3464 ° C | 6,162 g · cm -3 | 187 pm | [ Xe ] 6s 2 5d 1 (*) | 538,1 kJ · mol -1 | 1.10 | 103.2 pm |
Cerium | 140,116 (1) u | 795 ° C | 3443 ° C | 6,770 g · cm -3 | 181,8 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 1 5d 1 (*) | 534,4 kJ · mol -1 | 1.12 | 102 pm |
Praseodymium | 140,90766 u | 935 ° C | 3130 ° C | 6,77 g · cm -3 | 182 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 3 | 527 kJ · mol -1 | 1.13 | 99 pm |
Neodym | 144,242 (3) u | 1.024 ° C | 3074 ° C | 7,01 g · cm -3 | 181 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 4 | 533,1 kJ · mol -1 | 1.14 | 98.3 pm |
Promethium | [145] | 1042 ° C | 3000 ° C | 7,26 g · cm -3 | 183 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 5 | 540 kJ · mol -1 | 1.13 | 97 pm |
Samarium | 150,36 (2) u | 1.072 ° C | 1900 ° C | 7,52 g · cm -3 | 180 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 6 | 544,5 kJ · mol -1 | 1.17 | 95,8 pm |
Europium | 151.964 (1) u | 826 ° C | 1529 ° C | 5,264 g · cm -3 | 180 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 7 | 547,1 kJ · mol -1 | 1.2 | 94,7 pm |
Gadolinium | 157,25 (3) u | 1312 ° C | 3000 ° C | 7,90 g · cm -3 | 180 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 7 5d 1 (*) | 593,4 kJ · mol -1 | 1.20 | 93.8 pm |
Terbium | 158,92 535 u | 1.356 ° C | 3.123 ° C | 8,23 g · cm -3 | 177 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 9 | 565,8 kJ · mol -1 | 1.2 | 92.3 pm |
Dysprosium | 162.500 (1) u | 1407 ° C | 2562 ° C | 8,540 g · cm -3 | 178 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 10 | 573,0 kJ · mol -1 | 1.22 | 91,2 pm |
Holmium | 164.93033 u | 1461 ° C | 2600 ° C | 8,79 g · cm -3 | 176 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 11 | 581,0 kJ · mol -1 | 1.23 | 90.1 pm |
Erbium | 167,259 (3) u | 1529 ° C | 2868 ° C | 9,066 g · cm -3 | 176 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 12 | 589,3 kJ · mol -1 | 1.24 | 89 pm |
Thulium | 168.93422 u | 1545 ° C | 1.950 ° C | 9,32 g · cm -3 | 176 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 13 | 596,7 kJ · mol -1 | 1.25 | 88 pm |
Ytterbium | 173.045 u | 824 ° C | 1196 ° C | 6,90 g · cm -3 | 176 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 | 603,4 kJ · mol -1 | 1.1 | 86.8 pm |
Lutecium | 174,9668 u | 1 652 ° C | 3.402 ° C | 9,841 g · cm -3 | 174 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 1 | 523,5 kJ · mol -1 | 1.27 | 86.1 pm |
Den smeltetemperatur lanthanider øker den generelle fra lantan ( 920 ° C ) for å lutetium ( 1652 ° C ). Antas å avhenge av hybridiseringsgraden mellom orbital 6s, 4f og 5d. Denne hybridiseringen vil være maksimalt på nivået av cerium, som med en elektronkonfigurasjon [ Xe ] 6s 2 4f 1 5d 1 har den laveste smeltetemperaturen i familien ( 795 ° C ).
Den europium , med en elektronisk konfigurasjon [ Xe ] 6s 2 4f 7 karakterisert ved et sublag 4f halvfull, utmerker seg ved sin tetthet betydelig lavere ( 5,264 g · cm -3 ) enn alle andre lantanider, og dens høyere metallisk radius ( 208,4 µm ) enn for alle andre lanthanider. Det kan sammenlignes med barium , som har en metallradius på 222 µm . Det antas at metallisk europium dannes fra Eu 2+ -ioner som hver kun sender to elektroner gjennom ledningsbåndet . Den ytterbium , med en elektronisk konfigurasjon [ Xe ] 6S 2 4f 14 kjennetegnes ved en underlags 4f mettet, også har en stor radius ledning, og vil i seg selv også er dannet i metallisk tilstand, Yb kationer 2 + sender hver to elektroner i ledningsbånd.
Den spesifikke motstand av metall lantanider er forholdsvis høy, som strekker seg fra 29 134 for å μΩ · cm ; ved sammenligning, en god elektrisk leder , slik som aluminium har en motstandsevne på 2,655 μΩ · cm .
Lanthanider er paramagnetiske , med unntak av lanthanum, ytterbium og lutetium, som ikke har et eneste elektron. Dette resulterer i en høy magnetisk følsomhet for disse elementene. Den gadolinium er ferromagnetisk under 16 ° C ( Curie-punktet ), mens de tyngre lantanidene ( terbium , Dysprosium , holmium , erbium , thulium og ytterbium ) bli ferromagnetisk hver ved en mye lavere temperatur.
Med unntak av lantan og lutetium har alle treverdige kationer Ln 3+ uparrede elektroner i underlaget 4f. Deres magnetiske øyeblikk varierer imidlertid betydelig fra verdien som bare er trukket fra spinnet , på grunn av en sterk rotasjonskobling . Maksimalt antall enkeltelektroner oppnås med Gd 3+ ion , hvis magnetiske moment er 7,94 MB, mens de høyeste magnetiske momentene ( 10,4–10,7 M.B. ) observeres for ionene. Dy 3+ og Ho 3+ . Imidlertid har alle Gd 3+ elektroner parallell spinn, noe som er viktig i bruken av gadolinium som kontrastmiddel i magnetisk resonansavbildning .
Frigivelsen av degenerasjon av 4f orbitaler i lantanidioner er ganske liten, med en fordeling av energinivåer smalere enn spin-bane-koblingen. Overgangene mellom 4f-orbitaler er forbudt av regelen til Laporte (in) . I tillegg, siden disse orbitalene er relativt indre i atomet, er de svakt koblet til molekylære vibrasjoner. Derfor er spekteret av lantanidioner ganske svakt, og deres absorpsjonsbånd er også smale. Briller som inneholder holmium (III) oksid Ho 2 O 3og oppløsninger av holmium (III) oksyd (generelt i perklorsyre HClO 4) viser intense absorpsjonstopper i spektralområdet 200 til 900 nm : de er kommersielt tilgjengelige og kan brukes til kalibrering av spektroskop og monokromatorer .
Siden f → f- overganger er forbudt, er avslapning av et eksitert elektron til grunntilstanden ganske tregt. Dette gjør lanthanidene interessante for å produsere lasere, fordi populasjonsinversjonen er lett å oppnå. Den Nd: YAG laser , eller yttrium-aluminium-granat Y 3 Al 5 O 12( YAG ) dopet med neodym , er en veldig vanlig type laser. Den yttrium vanadate YVO 4dopet med europium var et av de første fosforescerende stoffene som ble brukt til å lage fargekatodestrålerør . De bemerkelsesverdige lysende egenskapene til lanthanider kommer fra deres 4f-orbitaler.
De danner en veldig homogen familie preget av progressiv fylling av det elektroniske 4f-underlaget. Elementene tilhører derfor blokk f med unntak av den tyngste, lutetium 71 Lu, som tilhører blokk d .
Lanthanider er ofte representert utydelig med det kjemiske pseudosymbolet Ln. Generelt sett er de veldig elektropositive . De er kjemisk veldig lik lantan - derav navnet. For alle lanthanider er +3 oksidasjonstilstanden den mest stabile, med uovertruffen ensartethet i det periodiske systemet . Naturligvis, og i deres vanligste syntetiske forbindelser, forekommer lantanider i form av Ln 3+ treverdige kationer , men de er også alle i stand til å danne Ln 2+ toverdige kationer i løsning. Bare cerium 58 Ce (som har +3 og +4 tilstandene) og europium 63 Eu (som har +2 og +3 tilstandene) har andre lett tilgjengelige oksidasjonstilstander, noe som også gjør det mulig å skille disse elementene fra de andre lantanidene . Lanthanider tyngre enn cerium når knapt +4 graden av oksidasjon. Dette forklares med det faktum at f-orbitaler er relativt indre: det er vanskelig å fjerne f elektroner. Deres Ln 3+ trikasjoner sies å være harde i betydningen HSAB teori .
Den ioniske radiusen til Ln 3+ -kationene synker når atomnummeret øker, et fenomen som kalles sammentrekning av lantanidene : effektiviteten til screening av kjernen av elektronene til en f orbital er faktisk ganske lav (rekkefølgen av effektivitet avtar pr atombane er s> p> d> f ) og kompenserer ikke fullstendig for den økende ladningen til atomkjernen når atomnummeret øker. Av denne grunn er den ioniske radius Lu 3+ er lik den for Y 3+ selv om lutetium ligger i den 6 th perioden like over yttrium beliggende i mellomtiden i den 5 th tid i den periodiske tabellen .
Egenskapene til f orbitaler betyr at elektronene de inneholder er lite tilgjengelige for å danne kovalente bindinger . Av denne grunn danner ionene av lanthanidene komplekser uten en preferanse for deres koordineringsgeometri . Lantanidkationer danner koordinasjonskomplekser der lantanidkationen vanligvis er omgitt av 8-10 donoratomer, en høyere koordinasjon enn for overgangsmetallkationer .
Den neodym , av terbium og ytterbium har også den egenskap at de danner sammen med cyclooctatétraénure anioner , [C 8 H 8 ] 2- , betegnet TOC av sandwich-forbindelser av typen M (COT) 2 , lanthanocène.
Den ioniseringsenergi av lantanider kan sammenlignes med den for aluminium . For sistnevnte utgjør summen av de tre første ioniseringsenergiene 5139 kJ · mol -1 , mens denne summen er inkludert i intervallet 3,455−4,186 kJ · mol −1 for lantanidene, dette som er i samsvar med det kjemisk veldig reaktiv karakter av disse elementene: det er minimum for lantan og maksimum for ytterbium, med et lokalt maksimum for europium, som tilsvarer den delvise fyllingen av 4f-underlaget for 'europium og metning av dette underlaget for ytterbium. Disse to elementene danner salter der de er i +2 oksidasjonstilstand , spesielt dihydrider . De har altså likheter med jordalkalimetaller . Summen av de to første ioniseringsenergiene til europium er også verdt 1632 kJ · mol -1 , sammenlignet med den tilsvarende summen av barium , som er verdt 1.563,1 kJ · mol -1 .
Den relative letthet med hvilken et 4- th elektron kan fjernes fra cerium og, i mindre grad, praseodym, hvorfor forbindelsene med cerium ( IV ) og praseodym ( IV ) kan fremstilles: det danner således dioksyd cerium administrerende direktør 2i stedet for seskvioksid Ce 2 O 3når cerium reagerer med oksygen O 2.
Det faktum at den ioniske radiusen til tilstøtende lanthanider er veldig lik gjør det vanskelig å skille dem fra hverandre i naturlige malmer og, mer generelt, når de blandes. Tidligere gikk vi frem i kaskade og ved brøkdel krystallisering . Siden deres radius er fortsatt litt forskjellig, gitteret energi av deres salter og hydratiseringen energi av deres ioner er også noe forskjellige, noe som resulterer i små forskjeller i oppløselighet. Salter av den generelle formel Ln (NO 3 ) 3 · 2 NH 4 NO 3 · 4H to O kan brukes for dette formål. for eksempel.
I industrien skilles lanthanider ved væske-væske-ekstraksjon . De er vanligvis ekstraheres fra en vandig oppløsning av nitrater til parafin inneholdende tributylfosfat (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 O) 3 PO. Kompleksene som dannes blir mer og mer stabile etter hvert som den ioniske radien synker, slik at den organiske fasens løselighet øker. Fullstendig separasjon kan utføres kontinuerlig ved motstrømsveksling (en) . Lanthanider kan også separeres ved ionebyttekromatografi ved å utnytte det faktum at stabilitetskonstanten for EDTA- dannelse øker fra log K K 15,5 for [La (EDTA)] - til log K ≈ 19,8 for [Lu (EDTA)] - .
Lantanid-komponenter brukes, for eksempel for å lage superledere , sjeldne jordarter, samarium - kobolt- og neodymium - jern - bor- magneter , katalysatorer for oljeraffinering , og batteri batterier for hybrid elektriske biler . De kationer av lantanider anvendes som ione- aktive materialer luminescerende for anvendelser optoelektroniske , først for å gjøre Nd: YAG-lasere . De optiske forsterkere i fiber dopet med erbium er en viktig komponent i telekommunikasjonssystemer med optisk fiber. Lanthanide fosforescerende stoffer har også blitt brukt mye for å produsere katodestrålerør , spesielt for fargefjernsyn . Kuler i yttrium jerngranat ( YIG ) kan brukes som justerbare mikrobølgeresonatorer. Lantanidoksider blandet med wolfram forbedrer sine termiske egenskaper under TIG-sveising , og erstatter thoriumdioksid ThO 2, hvis bruk medfører helserisiko. Lanthanides brukes også av mange militære utstyr som nattesynkikkert og rekkevidde . Radarsystemet AN / spy-1 finnes på enkelte bygninger med Aegis kampsystemet og Hybrid fremdriftssystem i destroyere av Arleigh Burke klasse bruker alle sjeldne jordartsmetaller.
Lanthanides er også involvert i felt som fotokatalyse ("vann splitting"), fotoluminescens , formulering av avanserte materialer for elektronikk , så vel som i kjernefysisk industri , med utforming av vertsmatriser for innlemmelse, lagring og opparbeiding av aktinider. .
En god del av forbruksgiftene (nøytronabsorbatorer) som brukes i kjernefysiske reaktorer , vanligvis i oksidform, rekrutteres fra lantanidfamilien , fordi de lave nøytronisotopene til aktinider ofte er effektive for nøytronfangst . Dette er for eksempel tilfellet med europium , gadolinium , erbium og dysprosium .
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 1. 3 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Hei | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Være | B | VS | IKKE | O | F | Født | |||||||||||||||||||||||||
3 | Ikke relevant | Mg | Al | Ja | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | Den | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Eller | Cu | Zn | Ga | Ge | Ess | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | I | Sn | Sb | Du | Jeg | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | De | Dette | Pr | Nd | Pm | Sm | Hadde | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lese | Hf | Din | W | Re | Bein | Ir | Pt | På | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | På | Rn | |
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Kunne | Er | Cm | Bk | Jf | Er | Fm | Md | Nei | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
Alkali- metaller |
Alkalisk jord |
Lanthanides |
Overgangs metaller |
Dårlige metaller |
metall loids |
Ikke- metaller |
halogen gener |
Noble gasser |
Varer uklassifisert |
Actinides | |||||||||
Superaktinider |