Lantanoidák
| Rendszám | Név | Vegyjel |
|---|---|---|
| 57 | Lantán | La |
| 58 | Cérium | Ce |
| 59 | Prazeodímium | Pr |
| 60 | Neodímium | Nd |
| 61 | Prométium | Pm |
| 62 | Szamárium | Sm |
| 63 | Európium | Eu |
| 64 | Gadolínium | Gd |
| 65 | Terbium | Tb |
| 66 | Diszprózium | Dy |
| 67 | Holmium | Ho |
| 68 | Erbium | Er |
| 69 | Túlium | Tm |
| 70 | Itterbium | Yb |
| 71 | Lutécium | Lu |
A periódusos rendszer 57–71. rendszámú elemeit, a lantántól a lutéciumig lantanoidáknak (vagy lantanidáknak) nevezzük. Az f-mező elemei (bár a lantánt vagy a lutéciumot szokás a d-mező elemeihez is sorolni) a 6. periódus elemei közé tartoznak. Bennük a beépülő új elektronok kívülről a 3. héjra, a 4f-alhéjra épülnek be. A lantanoidák közül a prométium radioaktív elem, a természetben nem fordul elő. A szkandiumot, az ittriumot és a lantanoidákat együtt ritkaföldfémeknek is szokás nevezni.
Fizikai, kémiai tulajdonságaik
[szerkesztés]A lantanoidák fizikai és kémiai tulajdonságai nagyon hasonlók egymáshoz. Ennek az az oka, hogy a külső két héjuk elektronszerkezete megegyezik. Ahogy nő a rendszámuk, az atommag vonzó hatása egyre erősebb a külső elektronokra, az f-elektronok ezt csak rosszul árnyékolják. A rendszámuk növekedésével azonos, háromszorosan pozitív töltésű ionjaik mérete egyre csökken (lantanoidakontrakció[1]), emiatt fizikai és kémiai tulajdonságaik egy irányban, aperiodikusan változnak. Ha ionokat képeznek, általában külső, 5d16s2 elektronjaikat adják le, vegyületeikben oxidációs számuk általában +3. A cérium +4, az európium +2 oxidációs számú is lehet.
Ezüstfehér, lágy fémek, keménységük a rendszámmal növekszik. Elektromos vezetőképességük a fémekhez képest viszonylag kicsi. Olvadáspontjuk, forráspontjuk magas, olvadáspontjuk a rendszámmal növekszik (Ce: 799 °C → Lu: 1627 °C), két kivételtől, az európiumtól (822 °C) és az itterbiumtól (824 °C) eltekintve. Ennek a két lantanoidának a kristályszerkezete is eltér a többi lantanoidáétól: nem hexagonális, hanem tér-, illetve lapcentrált köbös rácsot alkotnak. Elektropozitív fémek, elektronegativitásuk kisebb, mint az átmenetifémeké (1,1–1,2). Viszonylag alacsony első ionizációs energiájuk is (körülbelül 520–600 kJ/mol). Tulajdonságaik nagyon hasonlítanak a periódusos rendszer III/B oszlopának elemeihez (szkandium, ittrium). Savakban jól, lúgokban nem oldódnak. Levegőn meggyújtva elégnek. Komplex vegyületeikben akár 8-9 is lehet a lantanoida koordinációs száma. A lantanoidák sói közül a halogenidek és a nitrátok vízben jól oldódnak.
A lantanoida-ionok színe vizes oldatban
[szerkesztés]| Oxidációs szám | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |
| +2 | Sm2+ vérvörös |
Eu2+ színtelen |
Tm2+ ibolyásvörös |
Yb2+ sárgászöld |
|||||||||||
| +3 | La3+ színtelen |
Ce3+ színtelen |
Pr3+ sárgászöld |
Nd3+ ibolya |
Pm3+ rózsaszín |
Sm3+ sötétsárga |
Eu3+ színtelen |
Gd3+ színtelen |
Tb3+ színtelen |
Dy3+ sárgászöld |
Ho3+ sárga |
Er3+ sötét rózsaszín |
Tm3+ halványzöld |
Yb3+ színtelen |
Lu3+ színtelen |
| +4 | Ce4+ narancssárga |
Pr4+ sárga |
Nd4+ kékesibolya |
Tb4+ vörösesbarna |
Dy4+ narancssárga |
Élettani hatásuk
[szerkesztés]A lantanoida-vegyületek mérgezőek. Egyes lantanoidák (gadolínium, terbium, diszprózium, holmium) vegyületei baktériumölő, más lantanoidák (lantán, cérium, prazeodímium) vegyületei véralvadásgátló hatásúak.
Előfordulásuk, gyakoriságuk
[szerkesztés]A lantanoidák részaránya a földkéregben 0,02 tömegszázalék.[2] A természetben ásványaikban általában együttesen találhatóak. Jelentős lantanoidatartalmú ásvány a monacit (cérium-foszfát, CePO4), benne a cérium mellett más ritkaföldfémek is előfordulnak. Korábban nagyon ritka elemeknek gondolták őket, valójában a lantanoidák többsége gyakoribb, mint a jód és az ezüst. A leggyakoribb lantanoida a cérium. Gyakoriságukra érvényes az Oddo–Harkins-szabály, amely kimondja, hogy a páros rendszámú elemek általában lényegesen gyakoribbak, mint azok a páratlan rendszámú elemek, amelyek rendszáma náluk eggyel nagyobb vagy eggyel kisebb. A prométium radioaktív elem, a természetben nem fordul elő. Csak mesterséges atommag-átalakítással állítható elő.
Felhasználásuk
[szerkesztés]A lantanoidákat korábban csak elegyfém előállítására használták. Az elegyfém pirofóros sajátságú, ezért tűzkövet készítettek belőle. A cériumot ötvözésre használják, mert jelentősen javítja az öntöttvas szilárdságát. Az európium, a diszprózium, a gadolínium és a szamárium ötvözeteit atomreaktorokban használják neutronelnyelőnek és szabályozó rudak készítésére. Lantanoidákat tartalmazó magnézium- és alumíniumötvözeteket repülőgépek és rakéták gyártására használnak, mert szilárdak és hőállóak. Egyes lantanoidavegyületeket, például lantán-neodímium-fluorid kristályokat lézerek készítésére használnak. Kőolaj krakkolásához és szerves kémiai folyamatokban is használnak lantanoidákat katalizátornak.[3]
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/oxford-typotex-kemiai/ch01s12.html#lantanoidak
- ↑ Hans Breuer. Atlasz – Kémia, második, javított kiadás, Budapest: Athenaeum 2000 Kiadó, 217. o. (2000). ISBN 963 926124 6
- ↑ Hans Breuer. Atlasz – Kémia, második, javított kiadás, Budapest: Athenaeum 2000 Kiadó, 218. o. (2000). ISBN 963 926124 6
Források
[szerkesztés]- Nyilasi János: Szervetlen kémia
- Bodor Endre: Szervetlen kémia I.
- A lantanoidák (németül)
