7.1: Лантаноїди

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

П'ятнадцять елементів, показаних у таблиці $\PageIndex{1}$ від лантану, La (4f ⁰), до лютецію, Lu (4f ¹⁴), є лантаноїдами. Ln може використовуватися як загальний символ для лантаноїдних елементів. Хоча лантаноїди, скандій, Sc та ітрій, Y іноді називають рідкісноземельними елементами, їх відносно багато в земній корі. За винятком прометию, Pm, який дійсно утворює стабільний ізотоп, навіть найменш рясні тулій, Tm і лютецій, Lu, такі ж рясні, як йод. Оскільки лантаноїди мають дуже схожі властивості і їх важко відокремити один від одного, вони не були корисними для фундаментальних досліджень і застосування, а отже, розглядалися як рідкісні елементи. Оскільки метод екстракції рідким рідким розчинником з використанням оксиду трибутилфосфіну став доступний у 1960-х роках, лантаноїдні елементи були легко доступні і широко використовуються не тільки для хімічних досліджень, але і як матеріали в сплавах, каталізаторах, лазерах, електронно-променевих трубах тощо.

Вправа $\PageIndex{1}$

У чому різниця між лантаноїдами і лантаноїдами?

Відповідь: П'ятнадцять елементів Ла-Лу - лантаноїди, а чотирнадцять елементів Ce-Lu без лантану є лантаноїдами (мається на увазі елементи, схожі на лантан). Іноді назви плутаються, і 15 елементів, включаючи лантан, можна назвати лантаноїдами.

Таблиця $\PageIndex{1}$ Властивості лантаноїдів
Атомний номер	Ім'я	Символ	Конфігурація електронів	М ³⁺ радіус (пм)
57	Лантан	Ла	5д ¹ 6с ²	116
58	Церій	Ce	4ф ¹ 5д ¹ 6с ²	114
59	Празеодим	Пр	4ф ³ 6 с ²	113
60	Неодим	Нд	4ф ⁴ 6 с ²	111
61	Прометій	Пм	4ф ⁵ 6 с ²	109
62	Самарій	См	4ф ^{6 6} с ²	108
63	Європій	ЄС	4ф ⁷ 6 с ²	107
64	Гадоліній	Ге	4ф ⁷ 5д ¹ 6с ²	105
65	Тербій	Tb	4ф ⁹ 6 с ²	104
66	диспрозій	День	4ф ¹⁰ 6 с ²	103
67	Гольмій	Хо	4ф ¹¹ 6 с ²	102
68	Ербій	Ер	4ф ¹² 6 с ²	100
69	Туріум	Тм	4ф ¹³ 6 с ²	99
70	Ітербій	Yb	4ф ¹⁴ 6 с ²	99
71	Лютецій	Лу	4ф ¹⁴ 5д ¹ 6с ²	98

Оскільки три стадії іонізаційної ентальпії лантаноїдних елементів порівняно низькі, вони є позитивними елементами і легко приймають тривалентні іонні стани. Більшість сполук лантану, крім Ce ⁴⁺ (4f ⁰), Eu ²⁺ (4f ⁷), Yb ²⁺ (4f ¹⁴), зазвичай є Ln ³ ⁺. Ln ³ ⁺ види - це тверді кислоти, а оскільки електрони f глибоко закопані і не використовуються для склеювання, на них навряд чи впливають ліганди. Існує тенденція до зменшення атомних та іонних радіусів зі збільшенням атомного номера, і це явище називається скороченням лантаноїдів. Це скорочення обумовлено невеликими екрануючими ефектами 4 f електронів, що змушує атомне ядро сильно витягувати електрони зовнішньої оболонки зі збільшенням атомного номера.

Комплекси лантаноїдних металів мають координати від 6 до 12 і особливо відомі багато 8 і 9 координатних сполук. Також відомі металоорганічні сполуки з $\ce{Cp2LnX}$ циклопентадієніловими лігандами типів $\ce{Cp3Ln}$ або, всі з яких дуже реагують на кисень або воду.