Lantanídeos (elementos terras-raras)

O preenchimento do subnível 4f

Ao longo dos lantanídeos, os elétrons são adicionados ao subnível 4f, que fica bem no interior do átomo, abaixo dos elétrons 5s e 5p. Muitos lantanídeos têm a configuração [Xe] 4fⁿ 6s², como o neodímio ([Xe] 4f⁴ 6s²). O lantânio ([Xe] 5d¹ 6s²) ainda não tem elétrons 4f, e o lutécio ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) tem o subnível 4f completo.

Encaixar os 15 na tabela principal a deixaria com 32 colunas de largura, por isso eles são impressos separadamente. Os químicos ainda debatem se é o lantânio ou o lutécio que pertence ao grupo 3, abaixo do ítrio; este site mostra os dois na linha dos lantanídeos.

Propriedades e reações

Os lantanídeos são metais macios e prateados que perdem o brilho ao ar. Reagem lentamente com água fria e mais depressa com água quente, liberando hidrogênio: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Como os elétrons 4f, mais internos, participam pouco das ligações, quase todos os lantanídeos formam íons 3+ e têm química muito parecida, embora o cério também possa ser +4 e o európio e o itérbio possam ser +2.

Elétrons 4f desemparelhados dão a muitos íons de lantanídeos um forte magnetismo e cores de luz nítidas e puras. O promécio é o único lantanídeo sem isótopos estáveis e quase não existe na natureza.

A contração lantanídica

Do lantânio ao lutécio, os íons 3+ diminuem de tamanho de forma constante, porque cada próton adicionado atrai os elétrons com mais força, enquanto os elétrons 4f blindam mal uns aos outros. Os químicos aproveitam essas pequenas diferenças de tamanho para separar os lantanídeos. A contração também explica por que o háfnio e os outros metais de transição do período 6 têm tamanho quase igual ao dos metais logo acima deles.

Raros, mas úteis

Apesar do nome, a maioria das terras-raras não é especialmente rara: o cério é quase tão comum na crosta terrestre quanto o cobre. Elas ocorrem misturadas em minerais como a monazita e a bastnasita e são difíceis de separar.

Ímãs de neodímio-ferro-boro são os ímãs permanentes mais fortes disponíveis e são encontrados em motores de carros elétricos, turbinas eólicas, fones de ouvido e discos rígidos. O európio e o térbio fornecem luz vermelha e verde em telas e lâmpadas, o érbio amplifica sinais em cabos de fibra óptica, o gadolínio é um agente de contraste em exames de ressonância magnética e o óxido de cério poli o vidro. O lantânio entra em lentes de câmeras e em baterias de níquel-hidreto metálico.