Lantanitler (nadir toprak elementleri)

4f alt kabuğunun dolması

Lantanitler boyunca elektronlar, atomun derinlerinde, 5s ve 5p elektronlarının altında yer alan 4f alt kabuğuna eklenir. Birçok lantanit, neodim ([Xe] 4f⁴ 6s²) gibi [Xe] 4fⁿ 6s² düzenine sahiptir. Lantanın ([Xe] 5d¹ 6s²) henüz 4f elektronu yoktur, lutesyumun ([Xe] 4f¹⁴ 5d¹ 6s²) ise 4f alt kabuğu tamamen doludur.

15 elementin hepsini ana tabloya yerleştirmek tabloyu 32 sütun genişliğinde yapacağından bunlar ayrı basılır. Kimyacılar hâlâ itriyumun altında, 3. grupta lantanın mı yoksa lutesyumun mu yer alması gerektiğini tartışır; bu site her ikisini de lantanit sırasında gösterir.

Özellikler ve tepkimeler

Lantanitler havada matlaşan, yumuşak, gümüş renkli metallerdir. Soğuk suyla yavaş, sıcak suyla daha hızlı tepkime verip hidrojen açığa çıkarırlar: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. İçeride gömülü kalan 4f elektronları bağ oluşumuna pek katılmadığından, neredeyse tüm lantanitler 3+ iyonları oluşturur ve çok benzer kimyaya sahiptir; yine de seryum +4, evropiyum ve iterbiyum ise +2 değerlik de alabilir.

Eşleşmemiş 4f elektronları birçok lantanit iyonuna güçlü bir mıknatıslık ve keskin, saf ışık renkleri kazandırır. Prometyum, kararlı izotopu olmayan tek lantanittir ve doğada neredeyse hiç bulunmaz.

Lantanit büzülmesi

Lantandan lutesyuma doğru 3+ iyonları düzenli olarak küçülür; çünkü eklenen her proton elektronları daha güçlü çeker, 4f elektronları ise birbirini zayıf perdeler. Kimyacılar lantanitleri birbirinden ayırmak için bu küçük boyut farklarından yararlanır. Bu büzülme ayrıca hafniyumun ve 6. periyottaki diğer geçiş metallerinin, üstlerindeki metallerle neredeyse aynı boyutta olmasını açıklar.

Nadir ama yararlı

Adına rağmen nadir toprak elementlerinin çoğu özellikle nadir değildir: seryum, Dünya kabuğunda yaklaşık bakır kadar yaygındır. Monazit ve bastnasit gibi minerallerde karışık halde bulunurlar ve ayrıştırılmaları zordur.

Neodim-demir-bor mıknatısları bulunan en güçlü kalıcı mıknatıslardır ve elektrikli araç motorlarında, rüzgâr türbinlerinde, kulaklıklarda ve sabit disklerde yer alır. Evropiyum ve terbiyum ekranlarda ve lambalarda kırmızı ve yeşil ışık sağlar, erbiyum fiber optik kablolarda sinyalleri yükseltir, gadolinyum MR taramaları için bir kontrast maddesidir, seryum oksit ise camı parlatır. Lantan kamera merceklerinde ve nikel-metal hidrür pillerde kullanılır.