Lanthanoidy (vzácné zeminy)

Zaplňování podslupky 4f

U lanthanoidů se elektrony přidávají do podslupky 4f, která leží hluboko uvnitř atomu, pod elektrony 5s a 5p. Mnoho lanthanoidů má konfiguraci [Xe] 4fⁿ 6s², například neodym ([Xe] 4f⁴ 6s²). Lanthan ([Xe] 5d¹ 6s²) zatím nemá žádné elektrony 4f a lutecium ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) má podslupku 4f zcela zaplněnou.

Kdyby se všech 15 prvků vložilo do hlavní tabulky, byla by široká 32 sloupců, proto se tisknou zvlášť. Chemici stále diskutují o tom, zda do skupiny 3 pod yttrium patří lanthan, nebo lutecium; tento web zobrazuje oba v řádku lanthanoidů.

Vlastnosti a reakce

Lanthanoidy jsou měkké stříbrolesklé kovy, které na vzduchu matní. Se studenou vodou reagují pomalu, s horkou rychleji a uvolňují vodík: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Protože se ukryté elektrony 4f na vazbě téměř nepodílejí, tvoří téměř všechny lanthanoidy ionty 3+ a mají velmi podobnou chemii, i když cer může mít také oxidační číslo +4 a europium s ytterbiem +2.

Nespárované elektrony 4f dávají mnoha iontům lanthanoidů silný magnetismus a ostré, čisté barvy světla. Promethium je jediný lanthanoid bez stabilních izotopů a v přírodě se téměř nevyskytuje.

Lanthanoidová kontrakce

Od lanthanu po lutecium se ionty 3+ stále zmenšují, protože každý přidaný proton přitahuje elektrony silněji, zatímco elektrony 4f se navzájem stíní jen slabě. Chemici tyto malé rozdíly ve velikosti využívají k oddělování lanthanoidů. Kontrakce také vysvětluje, proč mají hafnium a ostatní přechodné kovy 6. periody téměř stejnou velikost jako kovy nad nimi.

Vzácné, ale užitečné

Navzdory názvu není většina vzácných zemin příliš vzácná: cer je v zemské kůře zhruba stejně běžný jako měď. Vyskytují se pohromadě v minerálech, jako je monazit a bastnäsit, a je obtížné je oddělit.

Neodym-železo-borové magnety jsou nejsilnější dostupné permanentní magnety a najdete je v motorech elektromobilů, ve větrných turbínách, sluchátkách a pevných discích. Europium a terbium dávají v obrazovkách a lampách červené a zelené světlo, erbium zesiluje signály v optických kabelech, gadolinium je kontrastní látka pro vyšetření magnetickou rezonancí a oxid ceričitý leští sklo. Lanthan se používá do objektivů fotoaparátů a nikl-metalhydridových akumulátorů.