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

  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.
  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.
  3. Greenwood, N.. Chemistry of the Elements. Leeds, Butterworth Heinemann, 1988. ISBN 0 7506 3365 4. с. 1267 – 1989.
  4. Cotton, F., Willkinson, Geoffrey. Advanced Inorganic Chemistry. Canada, John Wiley & Sons, Inc., 1980. ISBN 0-471-02775-8. с. 981 – 1004.