Lantanoider (sällsynta jordartsmetaller)

Fyllning av 4f-underskalet

Längs lantanoiderna fylls elektroner på i 4f-underskalet, som ligger djupt inne i atomen, under 5s- och 5p-elektronerna. Många lantanoider har konfigurationen [Xe] 4fⁿ 6s², till exempel neodym ([Xe] 4f⁴ 6s²). Lantan ([Xe] 5d¹ 6s²) har ännu inga 4f-elektroner, och lutetium ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) har ett fullt 4f-underskal.

Om alla 15 skulle rymmas i huvudtabellen skulle den bli 32 kolumner bred, därför trycks de separat. Kemister diskuterar fortfarande om lantan eller lutetium hör hemma i grupp 3 under yttrium; den här webbplatsen visar båda i lantanoidraden.

Egenskaper och reaktioner

Lantanoiderna är mjuka, silverglänsande metaller som anlöper i luft. De reagerar långsamt med kallt vatten och snabbare med varmt vatten, varvid väte frigörs: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Eftersom de djupt liggande 4f-elektronerna deltar föga i bindningar bildar nästan alla lantanoider 3+-joner och har mycket lik kemi, även om cerium också kan vara +4 och europium och ytterbium kan vara +2.

Oparade 4f-elektroner ger många lantanoidjoner stark magnetism och skarpa, rena ljusfärger. Prometium är den enda lantanoiden utan stabila isotoper och finns nästan inte alls i naturen.

Lantanoidkontraktionen

Från lantan till lutetium krymper 3+-jonerna stadigt, eftersom varje tillkommande proton drar hårdare i elektronerna medan 4f-elektronerna skärmar varandra dåligt. Kemister utnyttjar dessa små storleksskillnader för att separera lantanoiderna. Kontraktionen förklarar också varför hafnium och de andra övergångsmetallerna i period 6 är nästan lika stora som metallerna ovanför dem.

Sällsynta men användbara

Trots namnet är de flesta sällsynta jordartsmetaller inte särskilt sällsynta: cerium är ungefär lika vanligt i jordskorpan som koppar. De förekommer blandade i mineral som monazit och bastnäsit och är svåra att separera.

Magneter av neodym, järn och bor är de starkaste permanentmagneterna som finns och används i elbilsmotorer, vindkraftverk, hörlurar och hårddiskar. Europium och terbium ger rött och grönt ljus i skärmar och lampor, erbium förstärker signaler i fiberoptiska kablar, gadolinium är ett kontrastmedel vid magnetkameraundersökningar, och ceriumoxid används för att polera glas. Lantan finns i kameraobjektiv och nickelmetallhydridbatterier.