Lantanida (unsur tanah jarang)

Pengisian subkulit 4f

Sepanjang deret lantanida, elektron ditambahkan ke subkulit 4f, yang terletak jauh di dalam atom, di bawah elektron 5s dan 5p. Banyak lantanida memiliki konfigurasi [Xe] 4fⁿ 6s², misalnya neodimium ([Xe] 4f⁴ 6s²). Lantanum ([Xe] 5d¹ 6s²) belum memiliki elektron 4f, dan lutesium ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) memiliki subkulit 4f yang penuh.

Memasukkan ke-15 unsur itu ke dalam tabel utama akan membuat tabel selebar 32 kolom, sehingga unsur-unsur ini dicetak terpisah. Para kimiawan masih memperdebatkan apakah lantanum atau lutesium yang termasuk golongan 3 di bawah itrium; situs ini menampilkan keduanya di baris lantanida.

Sifat dan reaksi

Lantanida adalah logam lunak berwarna keperakan yang menjadi kusam di udara. Logam ini bereaksi lambat dengan air dingin dan lebih cepat dengan air panas, melepaskan hidrogen: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Karena elektron 4f yang terkubur dalam hanya sedikit berperan dalam ikatan, hampir semua lantanida membentuk ion 3+ dan memiliki kimia yang sangat mirip, meskipun serium juga dapat bermuatan +4 serta europium dan iterbium dapat bermuatan +2.

Elektron 4f yang tidak berpasangan membuat banyak ion lantanida bersifat magnetik kuat dan memancarkan cahaya berwarna murni yang tajam. Prometium adalah satu-satunya lantanida yang tidak memiliki isotop stabil dan hampir tidak ada di alam.

Kontraksi lantanida

Dari lantanum hingga lutesium, ion 3+ terus mengecil, karena setiap proton yang ditambahkan menarik elektron lebih kuat sementara elektron 4f saling melindungi dengan buruk. Para kimiawan memanfaatkan perbedaan ukuran yang kecil ini untuk memisahkan lantanida. Kontraksi ini juga menjelaskan mengapa hafnium dan logam transisi periode 6 lainnya berukuran hampir sama dengan logam di atasnya.

Langka tetapi berguna

Meskipun namanya demikian, sebagian besar tanah jarang sebenarnya tidak terlalu langka: serium kira-kira sama melimpahnya dengan tembaga di kerak Bumi. Unsur-unsur ini terdapat bercampur dalam mineral seperti monasit dan bastnäsit dan sulit dipisahkan.

Magnet neodimium-besi-boron adalah magnet permanen terkuat yang tersedia dan ditemukan pada motor mobil listrik, turbin angin, headphone, dan hard disk. Europium dan terbium menghasilkan cahaya merah dan hijau pada layar dan lampu, erbium memperkuat sinyal dalam kabel serat optik, gadolinium adalah media kontras untuk pemindaian MRI, dan serium oksida digunakan untuk memoles kaca. Lantanum dipakai pada lensa kamera dan baterai nikel-logam hidrida.