Lantanida (unsur nadir bumi)

Pengisian subkulit 4f

Merentasi lantanida, elektron ditambah ke subkulit 4f, yang terletak jauh di dalam atom, di bawah elektron 5s dan 5p. Banyak lantanida mempunyai konfigurasi [Xe] 4fⁿ 6s², seperti neodimium ([Xe] 4f⁴ 6s²). Lantanum ([Xe] 5d¹ 6s²) belum mempunyai elektron 4f, dan lutetium ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) mempunyai subkulit 4f yang penuh.

Memasukkan kesemua 15 unsur ke dalam jadual utama akan menjadikannya selebar 32 lajur, jadi unsur ini dicetak secara berasingan. Ahli kimia masih berdebat sama ada lantanum atau lutetium tergolong dalam kumpulan 3 di bawah itrium; tapak web ini menunjukkan kedua-duanya dalam baris lantanida.

Sifat dan tindak balas

Lantanida ialah logam lembut berwarna keperakan yang malap apabila terdedah kepada udara. Ia bertindak balas perlahan dengan air sejuk dan lebih cepat dengan air panas, membebaskan hidrogen: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Oleh sebab elektron 4f yang terbenam kurang terlibat dalam pengikatan, hampir semua lantanida membentuk ion 3+ dan mempunyai kimia yang sangat serupa, walaupun serium juga boleh menjadi +4 dan europium serta iterbium boleh menjadi +2.

Elektron 4f yang tidak berpasangan memberikan banyak ion lantanida kemagnetan yang kuat serta warna cahaya yang tajam dan tulen. Prometium ialah satu-satunya lantanida yang tidak mempunyai isotop stabil dan hampir tiada dalam alam semula jadi.

Pengecutan lantanida

Dari lantanum hingga lutetium, ion 3+ mengecil secara berterusan, kerana setiap proton tambahan menarik elektron dengan lebih kuat manakala elektron 4f menyelaputi satu sama lain dengan kurang berkesan. Ahli kimia memanfaatkan perbezaan saiz yang kecil ini untuk mengasingkan lantanida. Pengecutan ini juga menjelaskan mengapa hafnium dan logam peralihan kala 6 yang lain hampir sama saiz dengan logam di atasnya.

Jarang tetapi berguna

Walaupun namanya begitu, kebanyakan nadir bumi tidaklah begitu jarang: serium hampir sama lazimnya dengan kuprum dalam kerak Bumi. Unsur ini wujud bercampur dalam mineral seperti monazit dan bastnäsit serta sukar diasingkan.

Magnet neodimium-besi-boron ialah magnet kekal terkuat yang ada dan terdapat dalam motor kereta elektrik, turbin angin, fon kepala dan pemacu cakera keras. Europium dan terbium menghasilkan cahaya merah dan hijau dalam skrin dan lampu, erbium menguatkan isyarat dalam kabel gentian optik, gadolinium ialah agen kontras untuk imbasan MRI, dan serium oksida digunakan untuk menggilap kaca. Lantanum digunakan dalam kanta kamera dan bateri nikel-logam hidrida.