Лантанид

Лантаниди или лантаноиди (по IUPAC)^[1] се наричат група сходни елементи в периодичната система. Към нея се причисляват лантанът и следващите го 14 елемента – церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспросий, холмий, ербий, тулий, итербий и лутеций. Всички лантаниди са метали и се обозначават като елементи от лантановия ред. Те са част от групата на редкоземните метали.

Всички стабилни лантаноиди

ЕтимологияРедактиране

4f-елементите, заедно със Sc и Y, често се наричат редкоземни елементи и се означават със съкращението РЗЕ.^[2] Те са елементите с пореден номер 58 – 71. Те следват лантана и изграждането на 4f-орбиталите. Tези елементи имат много близки свойства с лантана.^[2] Сега те се наричат лантаноиди, „подобни на лантана“, но в много от българоезичната литература се използва и неправилното „лантаниди“ (вид съединения на лантана).^{[източник? (Поискан преди 11 дни)]}

РазпространениеРедактиране

Лантаноидите не са редки елементи, но са много разпръснати. Срещат се главно в минералите на 1-ва, 2-ра, 3-та и 4-та група. Известни са около 100 минерала, съдържащи лантаниди. При обработването на някои от тях, те често се получават като страничен продукт. Европият се среща в минерали на алкалоземните метали, най-често в стронцита, SrCO₃, защото има много близък йонен радиус (110 pm) със Sr (116 pm).

Главно лантаноидни минерали са моноцитовият пясък LnPO₄, който съдържа и Th и La, и бастензитът LnCO₃F, който съдържа La и други елементи. В тези минерали се срещат предимно леките лантаноиди, а тежките лантаноиди са концентрирани в минерала ксенотим, LnPO₄.^[2] По-разпространени са лантаноидите с четен пореден номер. Прометият не се среща в природата, защото е радиоактивен – няма стабилни изотопи, а най-дълготрайният му изотоп е с период на полуразпад от 2,7 години.

Физични свойстваРедактиране

Изменението на лантаноидите като прости вещества е сложно и силно варират ефективните атомни радиуси, енталпията на атомизация, плътността и термичните константи.^[2]

Химични свойстваРедактиране

Лантанидите следват лантана и изграждането на 4f-орбиталите,^[3] което е и причината за многото сходства на тези елементи с лантана. Близките свойства на итрия с лантанидите се обяснява с лантаноидното свиване, поради което йонният радиус на Y³⁺ (90 pm) е много близък с този на Ho³⁺ (90,1 pm). Затова итрият винаги придружава лантаноидите.

Елементите от Ce до Eu се наричат цериева подгрупа или леки лантаноиди, а елементите от Gd до Lu – итриева подгрупа или тежки лантаноиди. Свойствата на лантанидите се изменят сложно.

Установено е, че повечето лантаноиди имат електронната структура [Xe]4fⁿ6s², като изключение са Ce, Gd и Lu, които имат електронната структура [Xe]4fⁿ5d¹6s². При Ce, [Xe]4f⁰5d¹6s², започва изграждането на 4f-орбиталата. Свиването на f-орбиталите не е достатъчно, за да се направи енергитично по-изгодни от 5d-орбиталите, и затова 5d¹-конфигурацията е стабилна.^[2] При Gd и Lu 4f-орбиталите са наполовина (със 7) и изцяло запълнени (с 14 електрона).

Първата и втората йонизационна енергия на лантаноидите варива,^[4] но не така силно както третата йонизационна енергия, където има силно изразени минимуми и максимуми. При Gd и Lu това явление се обяснява с по-лесното откъсване на 5d¹-електрона поради екранирането на ядрото от наполовина (при Gd) и изцяло (при Lu) запълнени 4f-орбитали. Наполовина и изцяло изграденият 4f-подслой при Eu и Yb определят стабилността на тези конфигурации, което е причина за по-трудното отделяне на третия електрон. Затова I₃ на тези елементи силно нараства.^[2]

За всички лантаноиди е характерна +3 степен на окисление, като само при някои се наблюдават също +4 и +2. Тъй като основната конфигурация на повечето лантаноиди е [Xe]4fⁿ6s², стабилната степен на окисление съответства на отделянето на 6s²-електрона, за което свидетелстват и сравнително голямата разлика между I₂ и I₃. Енергията на атомизация на лантаноидите е малка. Енергията на кристалната решетка на Ln³⁺ съединенията трудно може да се определи поради известната степен на ковалентност и различната стойност на константата на Маделунг при Ln²⁺ и Ln³⁺ съединенията. Енталпията на хидратацията при Ln³⁺ е много висока, поради което се предполага, че енергията на кристалната решетка на лантанидите също има голяма стойност и тя определя стабилната +3 степен на окисление.^[2]

Йонните радиуси намаляват с увеличаване на поредния номер, в посока от Ce към Lu, аналогично на изграждането на всеки слой. Свиването на лантаниодите в тази посока е приблизително колкото нарастването на йонните радиуси при прехода от 4d- към 5d-елементите. Аналогично се изменят енергията на хидратация и стандартните електродни потенциали, които нарастват слабо в същата посока.

Електроотрицателността по Полинг на всички лантаноиди е между 1 и 1,2 eV.^[2] Те са слабо електропроводими, с изключение на Yb, чиято електропроводимост е три пъти по-голяма от тази на останалите лантаноиди и се доближава до тази на живака.

ИзточнициРедактиране

↑ G. Connelly, Neil, M. Hartshorn, Richard, Damhus, Ture. Номенклатура по неорганична химия. Препоръки на IUPAC за 2005. София, Академично издателство „Проф. Марин Дринов“, 2009. ISBN 978-954-322-330-5. с. 45.
↑ ^а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^з Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съедниния. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 638 – 652.
↑ Greenwood, N.. Chemistry of the Elements. Leeds, Butterworth Heinemann, 1988. ISBN 0 7506 3365 4. с. 1267 – 1989.
↑ Cotton, F., Willkinson, Geoffrey. Advanced Inorganic Chemistry. Canada, John Wiley & Sons, Inc., 1980. ISBN 0-471-02775-8. с. 981 – 1004.

[1] G. Connelly, Neil, M. Hartshorn, Richard, Damhus, Ture. Номенклатура по неорганична химия. Препоръки на IUPAC за 2005. София, Академично издателство „Проф. Марин Дринов“, 2009. ISBN 978-954-322-330-5. с. 45.

[Киркова-2] а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^з Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съедниния. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 638 – 652.

[Greenwood-3] Greenwood, N.. Chemistry of the Elements. Leeds, Butterworth Heinemann, 1988. ISBN 0 7506 3365 4. с. 1267 – 1989.

[Wilkinson-4] Cotton, F., Willkinson, Geoffrey. Advanced Inorganic Chemistry. Canada, John Wiley & Sons, Inc., 1980. ISBN 0-471-02775-8. с. 981 – 1004.

[1]

[2]

[3]

[4]