Lantanowce (pierwiastki ziem rzadkich)

Zapełnianie podpowłoki 4f

W lantanowcach elektrony zapełniają podpowłokę 4f, która leży głęboko wewnątrz atomu, pod elektronami 5s i 5p. Wiele lantanowców ma konfigurację [Xe] 4fⁿ 6s², na przykład neodym ([Xe] 4f⁴ 6s²). Lantan ([Xe] 5d¹ 6s²) nie ma jeszcze elektronów 4f, a lutet ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) ma w pełni zapełnioną podpowłokę 4f.

Wciśnięcie wszystkich 15 do głównej części układu sprawiłoby, że miałby on 32 kolumny szerokości, dlatego drukuje się je osobno. Chemicy wciąż spierają się, czy w grupie 3 pod itrem powinien stać lantan, czy lutet; ta strona pokazuje oba w wierszu lantanowców.

Właściwości i reakcje

Lantanowce to miękkie, srebrzyste metale, które matowieją na powietrzu. Powoli reagują z zimną wodą, a szybciej z gorącą, wydzielając wodór: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Ponieważ ukryte głęboko elektrony 4f słabo uczestniczą w wiązaniach, prawie wszystkie lantanowce tworzą jony 3+ i mają bardzo podobną chemię, choć cer może występować także na +4, a europ i iterb na +2.

Niesparowane elektrony 4f nadają wielu jonom lantanowców silny magnetyzm oraz ostre, czyste barwy światła. Promet to jedyny lantanowiec bez trwałych izotopów i prawie nie występuje w przyrodzie.

Kontrakcja lantanowcowa

Od lantanu do lutetu jony 3+ stale maleją, ponieważ każdy dodany proton mocniej przyciąga elektrony, a elektrony 4f słabo osłaniają się nawzajem. Chemicy wykorzystują te niewielkie różnice rozmiarów do rozdzielania lantanowców. Kontrakcja wyjaśnia też, dlaczego hafn i pozostałe metale przejściowe okresu 6. mają niemal ten sam rozmiar co metale nad nimi.

Rzadkie, ale użyteczne

Mimo nazwy większość ziem rzadkich nie jest szczególnie rzadka: cer jest w skorupie ziemskiej mniej więcej tak powszechny jak miedź. Występują razem w minerałach, takich jak monacyt i bastnezyt, i trudno je rozdzielić.

Magnesy neodymowo-żelazowo-borowe to najsilniejsze dostępne magnesy trwałe i znajdziesz je w silnikach samochodów elektrycznych, turbinach wiatrowych, słuchawkach i dyskach twardych. Europ i terb dają czerwone i zielone światło w ekranach i lampach, erb wzmacnia sygnały w światłowodach, gadolin jest środkiem kontrastowym w badaniach rezonansem magnetycznym, a tlenek ceru poleruje szkło. Lantan trafia do obiektywów aparatów i akumulatorów niklowo-wodorkowych.