לנתנידים (יסודות אדמה נדירים)

מילוי תת-רמת 4f

לאורך הלנתנידים מתווספים אלקטרונים לתת-רמת 4f, השוכנת עמוק בתוך האטום, מתחת לאלקטרוני 5s ו-5p. ללנתנידים רבים יש תצורה [Xe] 4fⁿ 6s², כמו ניאודימיום ([Xe] 4f⁴ 6s²). ללנתן ([Xe] 5d¹ 6s²) עדיין אין אלקטרוני 4f, ולוטציום ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) יש תת-רמת 4f מלאה.

שילוב כל 15 היסודות בטבלה הראשית היה הופך אותה לרחבה של 32 עמודות, ולכן הם מודפסים בנפרד. כימאים עדיין מתדיינים אם לנתן או לוטציום שייכים לקבוצה 3 מתחת לאיטריום; באתר זה שניהם מוצגים בשורת הלנתנידים.

תכונות ותגובות

הלנתנידים הם מתכות רכות וכסופות המתעממות באוויר. הם מגיבים לאט עם מים קרים ומהר יותר עם מים חמים, ומשחררים מימן: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. מכיוון שאלקטרוני 4f הקבורים עמוק משתתפים מעט בקשר, כמעט כל הלנתנידים יוצרים יונים 3+ ולכימיה שלהם דמיון רב, אם כי צריום יכול להופיע גם כ-4+, ואירופיום ואיטרבים כ-2+.

אלקטרוני 4f לא מזווגים מקנים להרבה יוני לנתנידים מגנטיות חזקה וצבעי אור חדים וטהורים. פרומתיום הוא הלנתניד היחיד ללא איזוטופים יציבים, והוא כמעט נעדר מהטבע.

הצטמקות הלנתנידים

מלנתן ועד לוטציום יוני ה-3+ הולכים וקטנים בהתמדה, משום שכל פרוטון נוסף מושך חזק יותר את האלקטרונים בעוד שאלקטרוני 4f מסננים זה את זה בצורה גרועה. כימאים מנצלים את ההבדלים הקטנים בגודל כדי להפריד בין הלנתנידים. ההצטמקות מסבירה גם מדוע הפניום ושאר מתכות המעבר במחזור 6 כמעט באותו גודל כמו המתכות שמעליהן.

נדירים אך שימושיים

למרות השם, רוב יסודות האדמה הנדירים אינם נדירים במיוחד: צריום נפוץ בקרום כדור הארץ בערך כמו נחושת. הם מופיעים מעורבבים יחד במינרלים כמו מונזיט ובסטנזיט וקשה להפריד ביניהם.

מגנטים של ניאודימיום-ברזל-בור הם המגנטים הקבועים החזקים ביותר הקיימים, והם נמצאים במנועים של מכוניות חשמליות, בטורבינות רוח, באוזניות ובכוננים קשיחים. אירופיום וטרביום מספקים אור אדום וירוק במסכים ובמנורות, ארביום מגביר אותות בכבלי סיבים אופטיים, גדוליניום הוא חומר ניגוד לסריקות MRI, וצריום אוקסיד מצחצח זכוכית. לנתן משמש בעדשות מצלמה ובסוללות ניקל-מתכת הידריד.