Der lanthanide oder lanthanoid (IUPAC Nomenklatur) Reihe umfassen die fünfzehn metallischen chemischen Elemente mit Atomnummern 57 bis 71, vom Lanthan bis Lutetium.

Diese fünfzehn lanthanide Elemente, zusammen mit dem chemisch ähnlichen Element-Scandium und Yttrium, sind häufig als die seltenen Erdelemente insgesamt bekannt.

Das informelle chemische Symbol Ln wird in allgemeinen Diskussionen der lanthanide Chemie verwendet, um sich auf jeden lanthanide zu beziehen. Alle außer einem der lanthanides sind F-Block-Elemente, entsprechend der Füllung 4f Elektronschale; wie man auch allgemein betrachtet, ist Lutetium, ein D-Block-Element, ein lanthanide erwarteter zu seinen chemischen Ähnlichkeiten mit den anderen vierzehn. Alle lanthanide Elemente bilden dreiwertigen cations, Ln, dessen Chemie durch den ionischen Radius größtenteils bestimmt wird, der fest vom Lanthan bis Lutetium abnimmt.

• Zwischen der Initiale [Xe] und endgültig 6s elektronische Schalen

Die lanthanide Elemente sind die Gruppe von Elementen mit der Atomnummer, die von 57 (Lanthan) zu 71 (Lutetium) zunimmt. Sie werden lanthanide genannt, weil die leichteren Elemente in der Reihe dem Lanthan chemisch ähnlich sind. Genau genommen sind sowohl Lanthan als auch Lutetium als Gruppe 3 Elemente etikettiert worden, weil sie beide ein einzelnes Wertigkeitselektron in der D-Schale haben. Jedoch werden beide Elemente häufig in jede allgemeine Diskussion der Chemie der lanthanide Elemente eingeschlossen.

In Präsentationen des Periodensystems werden der lanthanides und der actinides gewöhnlich als zwei zusätzliche Reihen unter dem Hauptkörper des Tisches, mit Platzhaltern oder ein ausgewähltes einzelnes Element jeder Reihe (entweder Lanthan oder Lutetium, und entweder Actinium oder Lawrencium, beziehungsweise) gezeigt in einer einzelnen Zelle des Haupttisches, zwischen Barium und Hafnium, und Radium und Rutherfordium beziehungsweise gezeigt. Diese Tagung ist völlig eine Sache der Ästhetik und Formatierungsnützlichkeit; ein selten verwendetes breit formatiertes Periodensystem fügt den lanthanide und die actinide Reihe in ihren richtigen Plätzen, als Teile der sechsten und siebenten Reihen des Tisches (Perioden) ein.

Etymologie

Zusammen mit dem Scandium und Yttrium wird der triviale Name "seltene Erden" manchmal verwendet, um den ganzen lanthanides zu beschreiben. Dieser Name entsteht aus den Mineralen, von denen sie isoliert wurden, die ungewöhnliche Oxydtyp-Minerale waren. Jedoch wird der Gebrauch des Namens durch IUPAC missbilligt, weil die Elemente in Hülle und Fülle noch "Erden" (ein veralteter Begriff für wasserunlösliche stark grundlegende Oxyde von electropositive Metallen weder selten sind, die unfähig sind, smelted in Metall mit gegen Ende Technologie des 18. Jahrhunderts zu sein). Cerium ist das 26. reichlichste Element in der Kruste der Erde, Neodym ist reichlicher als Gold, und sogar Thulium (das am wenigsten allgemeine natürlich das Auftreten lanthanide) ist reichlicher als Jod. Trotz ihres Überflusses konnte sogar der Fachbegriff "lanthanides" interpretiert werden, um einen Sinn der Nichtkategorisierbarkeit seitens dieser Elemente zu widerspiegeln, wie es aus dem Griechen  (lanthanein), "kommt, verborgen zu liegen". Jedoch, wenn nicht sich auf ihren natürlichen Überfluss, aber eher auf ihr Eigentum "des Verbergens" hinter einander in Mineralen beziehend, ist diese Interpretation tatsächlich passend. Die Etymologie des Begriffes muss in der ersten Entdeckung des Lanthans, damals ein so genanntes neues seltenes Erdelement "das Lügen verborgen" in einem Cerium-Mineral gesucht werden, und es ist eine Ironie, dass Lanthan später als das erste in einer kompletten Reihe chemisch ähnlicher Elemente identifiziert wurde und Namen der ganzen Reihe geben konnte. Der Begriff "lanthanide" wurde wahrscheinlich von Victor Goldschmidt 1925 eingeführt.

Chemie und Zusammensetzungen

Die elektronische Struktur der lanthanide Elemente, mit geringen Ausnahmen ist [Xe] 6s4f. In ihren Zusammensetzungen 6s werden Elektronen verloren, und die Ionen haben die Konfiguration [Xe] 4f. Die Chemie des lanthanides unterscheidet sich von Hauptgruppenelementen und Übergang-Metallen wegen der Natur 4f orbitals. Diese orbitals werden innerhalb des Atoms "begraben" und werden vor der Umgebung des Atoms durch 4d und 5-Punkt-Elektronen beschirmt. Demzufolge dessen wird die Chemie der Elemente durch ihre Größe größtenteils bestimmt, die allmählich von 13:02 Uhr (La) mit der Erhöhung der Atomnummer 86 Premierminister (Lu), die so genannte lanthanide Zusammenziehung abnimmt. Alle lanthanide Elemente stellen den Oxydationsstaat +3 aus. Außerdem kann Ce sein einzelnes f Elektron verlieren, um Ce mit der stabilen elektronischen Konfiguration von xenon zu bilden. Außerdem kann Eu ein Elektron gewinnen, um Eu mit der f Konfiguration zu bilden, die die Extrastabilität einer halbgefüllten Schale hat. Promethium ist effektiv ein künstliches Element, weil alle seine Isotope mit Halbwertzeiten kürzer radioaktiv sind als 20 y.

In Bezug auf Verminderungspotenziale sind die Paare von Ln fast dasselbe für den ganzen lanthanides, im Intervall von 1.99 (für Eu) zu 2.35 V (für Pr). So nehmen diese Metalle mit der abnehmenden Macht hoch ab, die alkalischen Erdmetallen wie Mg (2.36 V) ähnlich ist.

Trennung von lanthanides

Die Ähnlichkeit im ionischen Radius zwischen angrenzenden lanthanide Elementen macht es schwierig, sie von einander in natürlich vorkommenden Erzen und anderen Mischungen zu trennen. Historisch wurden die sehr mühsamen Prozesse der Kaskadierung und Bruchkristallisierung verwendet. Weil die lanthanide Ionen ein bisschen verschiedene Radien haben, werden die Gitter-Energie ihrer Salze und Hydratationsenergien der Ionen ein bisschen verschieden sein, zu einem kleinen Unterschied in der Löslichkeit führend. Salze der Formel Ln (NEIN) · 2NHNO · 4HO kann verwendet werden. Industriell werden die Elemente von einander durch die lösende Förderung getrennt. Normalerweise wird eine wässrige Lösung von Nitraten in Leuchtpetroleum herausgezogen, das tri-n-butylphosphate enthält. Die Kraft der Komplexe hat Zunahmen gebildet, als der ionische Radius, so Löslichkeit in den organischen Phase-Zunahmen abnimmt. Ganze Trennung kann unaufhörlich durch den Gebrauch von gegenaktuellen Austauschmethoden erreicht werden. Die Elemente können auch durch die mit dem Ionaustauschchromatographie getrennt werden, von der Tatsache Gebrauch zu machen, dass die für die Bildung von EDTA Komplexen unveränderliche Stabilität für den Klotz K  15.5 für [La (EDTA)] zunimmt, um K  19.8 für [Lu (EDTA)] zu loggen.

Zusammensetzungen von Ln (III)

Die dreiwertigen lanthanides bilden größtenteils ionische Salze. Die dreiwertigen Ionen sind harte Annehmer und bilden stabilere Komplexe mit dem Sauerstoff-Spender ligands als mit dem Stickstoff-Spender ligands. Die größeren Ionen sind in der wässrigen Lösung, [Ln (HO)] 9-Koordinaten-, aber die kleineren Ionen, sind [Ln (HO)] 8-Koordinaten-. Es gibt einige Beweise, dass später lanthanides mehr Wassermoleküle im zweiten Koordinationsbereich haben. Complexation mit monogezähntem ligands ist allgemein schwach, weil es schwierig ist, Wassermoleküle vom ersten Koordinationsbereich zu versetzen. Stärkere Komplexe werden mit chelating ligands wegen der chelate Wirkung, wie das Tetra-Anion abgeleitet 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic Säure (DOTA) gebildet.

Ln (II) und Zusammensetzungen von Ln (IV)

Die allgemeinsten divalent Ableitungen des lanthanides sind für Eu (II), der eine günstige f Konfiguration erreicht. Halogenid-Ableitungen von Divalent sind für alle lanthanides bekannt. Sie sind entweder herkömmliche Salze oder sind Ln (III) "electride" artige Salze. Die einfachen Salze schließen YbI, EuI und SmI ein. Die electride ähnlichen Salze, beschrieben als Ln, 2I, e, schließen NdI, DyI und TmI ein. Viele der iodides bilden auflösbare Komplexe mit dem Äther z.B. TmI (dimethoxyethane). Samarium (II) iodide ist ein nützlicher abnehmender Agent. Komplexe von Ln (II) können durch transmetalation Reaktionen synthetisiert werden.

Ce (IV) im ceric Ammonium-Nitrat ist ein nützlicher Oxidieren-Agent. Sonst sind tetravalent lanthanides selten. Ce (IV) ist die Ausnahme infolge der Tendenz, eine ungefüllte F-Schale zu bilden.

Organometallic vergleicht sich

Lanthanide-Kohlenstoff σ Obligationen ist weithin bekannt, aber sie stellen carbanion ähnliches Verhalten, verschieden von Übergang-Metall organometallic Zusammensetzungen aus. Wegen ihrer großen Größe neigen lanthanides dazu, stabilere organometallic Ableitungen mit umfangreichem ligands zu bilden, um Zusammensetzungen wie Ln [CH (SiMe)] zu geben. Ähnlich sind Komplexe des cyclopentadienyl Anions (Bedienungsfeld), z.B [Ln (CH)], viel weniger üblich als der entsprechende pentamethylcyclopentadienyl, z.B [Ln (CMe) Kl.]. Entsprechungen von uranocene werden aus dilithiocyclooctatetraene, LiCH abgeleitet. Organische lanthanide (II) Zusammensetzungen sind auch wie Cp*Eu bekannt.

Physikalische Eigenschaften

Magnetisch und spektroskopisch

Alle dreiwertigen lanthanide Ionen, außer dem Lutetium, haben allein stehende f Elektronen. Jedoch gehen die magnetischen Momente beträchtlich von den Drehung-Only-Werten wegen der starken Drehungsbahn-Kopplung ab. Die maximale Zahl von allein stehenden Elektronen ist 7 in Gd mit einem magnetischen Moment von 7.94 B.M. aber die größten magnetischen Momente, an 10.4-10.7 B.M., werden von Dy und Ho ausgestellt. Jedoch in Gd haben alle Elektronen parallele Drehung, und dieses Eigentum ist für den Gebrauch von Gadolinium-Komplexen als Kontrastreagens im MRI-Ansehen wichtig.

Das Kristallfeldaufspalten ist für die lanthanide Ionen ziemlich klein und ist weniger wichtig als Drehungsbahn-Kopplung hinsichtlich Energieniveaus. Übergänge von Elektronen zwischen f orbitals werden durch die Regel von Laporte verboten. Außerdem, wegen der "begrabenen" Natur des f orbitals, ist die Kopplung mit Molekülschwingungen schwach. Folglich sind die Spektren von lanthanide Ionen ziemlich schwach, und die Absorptionsbänder sind ähnlich schmal. Glas-, Holmium-Oxyd und Holmium-Oxydlösungen (gewöhnlich in perchloric Säure) enthaltend, haben scharfe optische Absorptionsspitzen in der geisterhaften Reihe 200-900 nm und kann als ein Wellenlänge-Kalibrierungsstandard für optischen spectrophotometers verwendet werden, und sind gewerblich verfügbar.

Als f-f Übergänge werden Laporte-verboten, sobald ein Elektron aufgeregt gewesen ist, wird der Zerfall zum Boden-Staat langsam sein. Das macht sie passend für den Gebrauch in Lasern, wie er die Bevölkerungsinversion leicht macht zu erreichen. Von demjenigen zu sein, der weit verwendet wird. Europium-lackiertes Yttrium vanadate war der erste rote Phosphor, um die Entwicklung von Farbenfernsehschirmen zu ermöglichen. Ionen von Lanthanide haben bemerkenswerte lumineszierende Eigenschaften wegen ihres einzigartigen 4f orbitals. Laporte verbotene f-f Übergänge kann durch die Erregung einer bestimmten "Antenne" ligand aktiviert werden. Das führt zu scharfen Emissionsbändern überall im sichtbaren, NIR, und IR und den relativ langen Lumineszenz-Lebenszeiten.

Occurence

Die lanthanide Zusammenziehung ist für den großen geochemical verantwortlich teilen sich, der den lanthanides in leichte und schwere-lanthanide bereicherte Minerale, die Letzteren spaltet, die mit und beherrscht durch Yttrium fast unvermeidlich vereinigen werden. Das teilt sich wird in den ersten zwei "seltenen Erden" widerspiegelt, die entdeckt wurden: yttria (1794) und ceria (1803). Die geochemical teilen sich hat mehr vom Licht lanthanides in der Kruste der Erde, aber mehr von den schweren Mitgliedern im Mantel der Erde gestellt. Das Ergebnis besteht darin, dass, obwohl große reiche Erzkörper gefunden werden, dass im Licht lanthanides bereichert werden, entsprechend große Erzkörper für die schweren Mitglieder wenige sind. Die Haupterze sind monazite und bastnäsite. Sande von Monazite enthalten gewöhnlich alle lanthanide Elemente, aber die schwereren Elemente fehlen in bastnäsite. Die lanthanides folgen der Regierung von Oddo-Harkins - ungeradzahlige Elemente sind weniger reichlich als ihre sogar gezählten Nachbarn.

Drei der lanthanide Elemente haben radioaktive Isotope mit langen Halbwertzeiten (La, Sm und Lu), der an Datum-Minerale und Felsen von der Erde, dem Mond und den Meteorsteinen gewöhnt sein kann.

Anwendungen

Elemente von Lanthanide und ihre Zusammensetzungen haben vielen Nutzen, aber die verbrauchten Mengen sind im Vergleich mit anderen Elementen relativ klein. Ungefähr 15000 Tonnen/Jahr des lanthanides werden als Katalysatoren und in der Produktion der Brille verbraucht. Das 15000 Tonnen entspricht ungefähr 85 % der lanthanide Produktion. Von der Perspektive des Werts, jedoch, sind Anwendungen in Leuchtmassen und Magneten wichtiger.

Der vielen technologischen Geräte, einschließlich Supraleiter, Samarium-Kobalt und Magnete der seltenen Erde des hohen Flusses des Neodym-Eisenbors, Magnesium-Legierung, elektronischen polishers, Katalysatoren und hybride Autobestandteile (in erster Linie Batterien und Magnete) raffinierend. Ionen von Lanthanide werden als die aktiven Ionen in Leuchtstoffen verwendet, die in optoelectronics Anwendungen, am meisten namentlich der Laser verwendet sind. Erbium-lackierte Faser-Verstärker sind bedeutende Geräte in Glasfaserleiter-Nachrichtensystemen. Leuchtmassen mit lanthanide dopants werden auch in der Kathode-Strahl-Tube-Technologie wie Fernseher weit verwendet. Der frühste Farbenfernseh-CRTs hatte eine rote schlechte Qualität; das Europium als ein Phosphor dopant hat gute rote Leuchtmassen möglich gemacht. Bereiche des Yttrium-Eisengranats (YIG) können als stimmbare Mikrowellenresonatore handeln. Oxyde von Lanthanide werden mit dem Wolfram gemischt, um ihre hohen Temperatureigenschaften für das Schweißen zu verbessern, Thorium ersetzend, das mild gefährlich war, um damit zu arbeiten. Viele Verteidigungszusammenhängende Produkte verwenden auch lanthanide Elemente wie Nachtvisionsschutzbrille, Entfernungsmesser, der SPION 1 in einer Aegis verwendeter Radar hat Schlachtschiffe und das Antrieb-System von Arleigh Vertuschen-Klasse-Zerstörern der ganze Gebrauch seltene Erdelemente in kritischen Kapazitäten ausgestattet.

Der Preis von im flüssigen katalytischen Knacken verwendetem Lanthan-Oxyd hat sich von 5 $ pro Kilogramm Anfang 2010 bis 140 $ pro Kilogramm im Juni 2011 erhoben.

Die meisten lanthanides werden in Lasern, und als (co-) dopants in der lackierten Faser optische Verstärker weit verwendet; zum Beispiel, in Er-doped Faser-Verstärkern, die als Wiederholende in den Land- und Unterseebootmit der Fasersehübertragungsverbindungen verwendet werden, die Internetverkehr tragen. Diese Elemente lenken ultraviolette und infrarote Radiation ab und werden in der Produktion von sunglass Linsen allgemein verwendet. Andere Anwendungen werden im folgenden Tisch zusammengefasst:

Komplizierter Gd (DOTA) wird in der Kernspinresonanz-Bildaufbereitung verwendet.

Biologische Effekten

Wegen ihres spärlichen Vertriebs in der Kruste der Erde und niedriger acqueous Löslichkeit haben die lanthanides eine niedrige Verfügbarkeit in der Biosphäre und sind nicht bekannt, einen Teil irgendwelcher biologischen Moleküle natürlich zu bilden. Im Vergleich zu den meisten anderen nichtdiätetischen Elementen werden nichtradioaktive lanthanides klassifiziert als, niedrig Giftigkeit zu haben.

Siehe auch

• Actinide
• Gruppe 3 Element
• Zusammenziehung von Lanthanide
• Seltenes Erdelement

Außenverbindungen

• lanthanide Sprühen Modell, das in der rechenbetonten Chemie von lanthanide Komplexen verwendet ist
• USGS seltene Erdstatistik und Information
• Ana de Bettencourt-Dias: Chemie des lanthanides und Materialien lanthanide-enthaltend