Mga Lanthanide (rare earth elements)

Pagpuno sa 4f subshell

Sa mga lanthanide, nadaragdagan ng electron ang 4f subshell, na nasa kalaliman ng atom, sa ilalim ng mga electron ng 5s at 5p. Marami sa mga lanthanide ay may configuration na [Xe] 4fⁿ 6s², gaya ng neodymium ([Xe] 4f⁴ 6s²). Ang lanthanum ([Xe] 5d¹ 6s²) ay wala pang 4f na electron, at ang lutetium ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) ay may punong 4f subshell.

Kapag isiningit ang lahat ng 15 sa pangunahing talahanayan, magiging 32 column ang lapad nito, kaya hiwalay ang pagkakalimbag ng mga ito. Pinagtatalunan pa rin ng mga chemist kung ang lanthanum o ang lutetium ang nabibilang sa group 3 sa ilalim ng yttrium; ipinapakita ng site na ito ang dalawa sa hanay ng mga lanthanide.

Mga katangian at reaksiyon

Ang mga lanthanide ay malalambot at kulay-pilak na metal na namumutla sa hangin. Mabagal silang tumutugon sa malamig na tubig at mas mabilis sa mainit na tubig, at naglalabas ng hydrogen: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Dahil kaunti lamang ang bahagi ng mga nakabaong 4f na electron sa pagbubuklod, halos lahat ng lanthanide ay bumubuo ng 3+ na ion at may magkakahawig na kimika, bagaman ang cerium ay maaari ring maging +4 at ang europium at ytterbium ay maaaring maging +2.

Ang mga hindi magkapares na 4f na electron ang nagbibigay sa maraming lanthanide ion ng malakas na magnetismo at matitingkad at dalisay na kulay ng liwanag. Ang promethium ang tanging lanthanide na walang matatag na isotope at halos wala ito sa kalikasan.

Ang lanthanide contraction

Mula lanthanum hanggang lutetium, patuloy na lumiliit ang mga 3+ na ion, dahil mas malakas ang paghila ng bawat dagdag na proton sa mga electron habang mahina ang pagsasanggalang ng mga 4f na electron sa isa't isa. Ginagamit ng mga chemist ang maliliit na pagkakaibang ito sa laki upang paghiwalayin ang mga lanthanide. Ipinapaliwanag din ng contraction na ito kung bakit halos kasinlaki ng mga metal sa itaas nila ang hafnium at ang iba pang transition metal sa period 6.

Bihira ngunit kapaki-pakinabang

Sa kabila ng pangalan, karamihan sa mga rare earth ay hindi naman talaga bihira: kasing-karaniwan ng tanso ang cerium sa crust ng Daigdig. Magkakahalo silang matatagpuan sa mga mineral gaya ng monazite at bastnäsite at mahirap paghiwalayin.

Ang mga magnet na neodymium-iron-boron ang pinakamalalakas na permanenteng magnet na mayroon ngayon at matatagpuan sa mga motor ng de-kuryenteng sasakyan, wind turbine, headphone at hard drive. Nagbibigay ang europium at terbium ng pula at berdeng liwanag sa mga screen at ilaw, pinalalakas ng erbium ang mga signal sa mga fiber-optic cable, ang gadolinium ay contrast agent para sa MRI scan, at nagpapakinis ng salamin ang cerium oxide. Ginagamit ang lanthanum sa mga lente ng kamera at sa mga nickel-metal hydride na baterya.