Lantanied

Atoomgetal	Naam	Simbool
57	Lantaan	La
58	Serium	Ce
59	Praseodimium	Pr
60	Neodimium	Nd
61	Prometium	Pm
62	Samarium	Sm
63	Europium	Eu
64	Gadolinium	Gd
65	Terbium	Tb
66	Disprosium	Dy
67	Holmium	Ho
68	Erbium	Er
69	Tulium	Tm
70	Ytterbium	Yb
71	Lutesium	Lu

Die lantaniede bestaan uit die 14 elemente met atoomgetalle 57 tot 70, van lantaan tot ytterbium. Alle lantaniede is f-blok-elemente, wat ooreenstem met die vul van die 4f-elektronskil. Die lantaniedreeks is vernoem na lantaan. Daar is ook alternatiewe rangskikkings wat lantaan uitsluit en/of lutesium insluit. Die Internasionale Vereniging van Suiwer en Toegepaste Chemie se definisies en "aktinied" en "oorgangsmetaal" sluit beide lantaan en lutesium in, wat bydrae tot die verwarring van die element se klassifikasie.

Terminologie

Die lantaniede met die uitsluiting van prometium, tesame met skandium, yttrium en lutesium, word ook soms die seldsame aardelemente genoem. die term het ontstaan uit die minerale waaruit die elemente geïsoleer is, wat niealgemene soorte oksiedminerale is en aarde is 'n ou term wat gebruik is om oksiede te beskryf. [1]^{[dooie skakel]} Die naam word nou as uigedien beskou deur die Internasionale Vereniging van Suiwer en Toegepaste Chemie aangesien die elemente nie in die algemeen seldsaam is nie en ook nie oksiede is nie. Sommige van die elemente kom in der waarheid baie algemeen in die natuur voor. Serium is die 26 mees algemene element op aarde, neodimium is meer volop as goud en selfs tulium (die skaarsste van die natuurlik voorkomende lantaniede) is meer volop as jodium.^[1] IVSTC beveel aan dat die naam lantanoïd eerder as lantanied gebruik moet word aangesien die agtervoegsel "-ied" meestal ione aandui.

Chemie

Die posisie van Pr in die periodieke tabel in volle wydte weergegee.

Lantaniede is chemies soortgelyk aan mekaar. Die lantaniede kan ook vergelyk word met die aktiniede, waar die 5f-skil gedeeltelik gevul word. Die lantaniede word gewoonlik as 'n voetnota onder die hoofdeel van die periodieke tabel geplaas. Die weergawe van die periodieke tabel in sy volle breedte vertoon die posisie van die lantaniede duideliker, soos hier vir die element praseodimium

Die ioniese radiusse van die lantaniede verminder volgens die periode van die elemente — die sogenaamde lantaniedsametrekking. Buiten serium (III en IV) en europium (III en II), kom die lantaniede in die natuur gewoonlik as trivalente katione voor. As gevolg hiervan is hulle geochemiese gedrag 'n algemene funksie van ioniese radius en, daarom van atoomgetal. Die eienskap veroorsaak wisseling in die voorkoms van lantaniede wat gebruik word om natuurlike materiale deur chemiese en fisiese prosesse na te volg. Verder het twee van die lataniede radioaktiewe isotope met lang halfleeftye (147Sm en 176Lu) wat gebruik word om minerale en rotse van die aarde, die maan en meteoriete se ouderdom te bepaal.

Die groot ooreenkoms in eienskappe beteken dat in die natuur hierdie elemente dikwels saam aangetref word. Minerale bestaan gewoonlik uit mengkristalle, waarin die een metaalioon die ander kan vervang. Om hierdie gemengde lantaniedverbindings aan te gee word dikwels die simbool Ln gebruik. 'n Formule soos Ln₂O₃ beteken dus dat dit 'n suiwer oksied van lantaniede is, maar dat die een element die ander kan vervang. Die mineraal bastnäsiet wat die belangrikste bron van lantaniede is, word dikwels geskryf as LnCO₃F en is dus 'n lantaniedkarbonaatfluoried. Die verhoudings tussen die lantaniedelemente wat daarin aangetref word kan van plek tot plek verskil. Indien Ln veral uit Ce (serium) bestaan word die mineraal gewoonlik as bastnäsiet-Ce aangedui ens.^[2]

Skeiding

Die lantaniede kom dikwels saam in een erts voor en die skeiding van hierdie elemente het chemici baie hoofbrekens besorg.

Aanvanklik het gefraksioneerde kristallisasie van isomorfiese soute soos die dubbelnitrate Ln(NO₃)₃.2NH₄NO₃.4H₂O en 2Ln(NO₃)₃.3Mn(NO₃)₂.24H₂O en die bromate en etilsulfate 'n moeisame en gedeeltelike skeiding moontlik gemaak.

Later is egter het die ione-uitruiling op sintetiese ioonuitruilingsharse die situasie sterk verbeter. Die snelheid van uitruiling

is eweredig met die ioonkonsentrasie
is eweredig met die lading van die opgeloste ione
is omgekeerd eweredig met die grootte van die gehidrateerde ioon.^[3]

Omrede die afskerming van die kern se lading deur f-elektrone taamlik sleg is, vind in die lantaniedreeks 'n geleidelike sametrekking van die ioongrootte plaas. Dit staan die chromatografiese skeiding van die ione op grootte toe.

Die skeiding van die elemente en die suiwer metale se bereiding uit die ertse is egter baie kompleks en kan tot so'n 1000 stappe vereis. Ter vergelyking yster se bereiding vereis net drie. In 2023 het China amper die monopolie op die mark.^[4]Daar is baie onrus in die Weste daaroor. Van die lantanie word in militêre tegnologie aangewend. 'n F-35 vegvliegtuig se produksie vereis meer as 400 kg. En daar is ook aanwendings in windenergie en die vervaardiging van motovoertuie ens. Neodimium, disprosium, praseodimium, lantaan en serium word as 'kritiese minerale' erken. Nd en Dy veral omdat hulle nodig is vir die vervaardiging van baie sterk permanente magnete. Daar is ertse buite China, soos op Groenland maar hulle word deur 'n Chinese maatskappy ontgin. En die minerale se delwing is nie die grootste probleem nie. China besit baie patente oor die bereidingsproses.^[5]

Eienskappe

Die lantaniedsametrekking

Die f-elektrone is slegte afskermers. Die toename in kernlading van La na Lu veroorsaak daardeur 'n sametrekking van die radius van die atoom of die ioon. Dit veroorsaak 'n geleidelike verandering in eienskappe in die reeks. Lantaniedoksiede is bv. sterk bassise aan die begin van die reeks maar dit word swakker na lutesium toe.^[6]

Die metale

Alle metale lyk baie soos lantaan. Hulle is blink, silwerig-wit en verweer maklik wanner dit aan lug blootgestel word. Baie lantaniede word gebruik om staal te maak. Hulle is geweldig reaktief en reageer met meeste nie-metale. Lantaniede is betreklik sag maar hulle hardheid vermeerder met atoomgetal. Lantaniede brand in lug. Hulle het hoë smelt- en kookpunte.

Magnetisme

Die meeste lantaniedione is paramagneties. Lantaan en lutesium is uitsonderings omrede hulle 'n leë of 'n volle f-skil besit. Gd³⁺ grootste totale magnetiese moment S=7/2 omrede daar 7 ongepaarde spins is. Die metaal is selfs ferromagneties Van die verbindings van hierdie elemente is die sterkste bekende ferromagnete soos Nd₂Fe₁₄B en SmCo₅

Opties

'n Absorpsiespektrum in die sigbare gebied van 'n neodimium oplossing in water. Die absorpsies is skerp en kan met die atoomspektrum geïdentifiseer word. Byvoorbeeld die sterkste piek naby 794 nm kom ooreen met die oorgang van die ⁴I_9/5 grondtoestand na die ²H_9/2 toestand.

Oplossings van Ln³⁺-ione is gewoonlik gekleurd, maar dit lyk dikwels meer as 'n tint en nie as 'n diep kleur nie. Die rede is dat die f-orbitale min wisselwerking met die omringende molekules vertoon. Die spektrum is daarom veral 'n atoomspektrum, sonder vibroniese koppeling en nie 'n molekuulspektrum met breë absorpsiepieke nie. Die absorpsies is smalle pieke: net 'n klein party golflengtes word geabsorbeer. Die meeste lig van die meeste kleure word deurgelaat. Verder is die oorgangs gewoonlik spinverbode, wat beteken dat dit net die magnetiese veld van die foton is wat die oorgang kan bewerkstelling en nie die elektriese veld nie. Spinverbode oorgangs is daardeur taamlik swak.

Gebruik

Party lantaniede word algemeen in lasers gebruik. Hierdie elemente deflekteer UV en Infrarooi elektromagnetiese straling en word algemeen in die vervaardiging van sonbrille en glas lense gebruik. Veral die gebruik van klein maar uiters sterk magnete het belangrik geword.