Lantanoid
| Atomski broj |
Hemijski element |
Hemijski simbol |
|---|---|---|
| 57 | Lantan | La |
| 58 | Cer | Ce |
| 59 | Prazeodimijum | Pr |
| 60 | Neodimijum | Nd |
| 61 | Prometijum | Pm |
| 62 | Samarijum | Sm |
| 63 | Europijum | Eu |
| 64 | Gadolinijum | Gd |
| 65 | Terbijum | Tb |
| 66 | Disprozijum | Dy |
| 67 | Holmijum | Ho |
| 68 | Erbijum | Er |
| 69 | Tulijum | Tm |
| 70 | Iterbijum | Yb |
| 71 | Lutecijum | Lu |
| Lanthanides in the periodic table |
| Deo serije članaka o |
| periodnom sistemu |
|---|
Lantanoidi su grupa[1] od 15 elemenata od lantana do lutecijuma s atomskim brojevima od 57 do 71 u periodnom sistemu.[2][3][4][5] Svi se nalaze u F-bloku osim lutecijuma. Postoje aranžmani koji isključuju ili lantan ili lutecijum iz grupe.[6] Ime su dobili po lantanu. Uzrok njihove sličnosti sa lantanom nalazi se u elektronskoj strukturi - valentni 4f elektroni imaju energiju sličnu 5d elektronima. Kod većine lantanoida najstabilnija su jedinjenja u kojima su trovalnentni joni, koja su u vodenom rastvoru bezbojna. Lantan i lantanoidi su reaktivni elementi, iako se ubrajajaju u grupu unutrašnjih prelaznih metala, pokazuju dosta sličnosti sa zemno-alkalnim metalima. Povećanjem atomske težine, poluprečnik lantanoida se smanjuje, te elektronegativnost blago raste, i blago opadaju njihove bazne osobine. Lantanoidi se dele na lake (cerijumove) lantanoide, koji obuhvataju sve elemente do evropijuma, i teške (itrijumove) lantanoide kojima pripadaju ostali lantanoidi. Dvojni sulfati teških lantanoida i alkalnih metala su rastvorivi u vodi, a laki nisu. Lantanoidi se nazivaju i „retke zemlje” - iako se u prirodi nalaze u znatnijim količinama, njihova nalazišta su retka.
Neformalni hemijski simbol Ln se koristi u opštim diskusijama o hemiji lantanoida kao oznaka za bilo koji lantanoid. Svi lantanoidi osim jednog elementa su elementi f-bloka, što odgovara popunjavanju 4f elektronske ljuske; u zavisnosti od izvora, lantan ili lutecijum smatraju se elementom d-bloka, ali su uključeni zbog hemijske sličnosti sa ostalih 14.[7] Svi lantanoidni elementi formiraju trovalentne katjone, Ln3+, čija hemija je u velikoj meri određena jonskim radijusom, koji se postojano smanjuje od lantana do lutecijima.
Lantan i lutecijum su označeni kao elementi grupe 3, jer imaju jedan valentni elektron u 5d ljusci. Međutim, oba elementa su često uključena u rasprave o hemiji elemenata lantanoida. Lantan se češće izostavlja od ta dva elementa, jer je njegovo postavljanje kao elemenata grupe 3 nešto češće u tekstovima i iz semantičkih razloga: pošto „lantanoid” znači „poput lantana”, i stoga se tvrdi da lantan ne može logično biti lantanoid, mada IUPAC potvrđuje njegovo uključivanje na bazi zajedničke upotrebe.[8]
U prezentacijama periodnog sistema, lantanoidi i aktinoidi se obično prikazuju kao dva dodatna reda ispod glavnog dela tabele,[3] sa dva držača mesta ili na neki drugi način odabranim jednim elementom svake serije (bilo lantanom i aktinijumom, ili lutecijumom i lorencijumom) prikazanim u jednoj ćeliji glavne tabele, između barijuma i hafnijuma, i radijuma i raderfordijuma. Ova konvencija u potpunosti je stvar estetike i praktičnosti oblikovanja; retko korišćena periodična tabela sa širokim formatom unosi niz lantanida i aktinida na njihova odgovarajuća mesta, kao delove šestog i sedmog reda (periode) tabele.
Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju u svojoj „Crvenoj knjizi” iz 1985. godine (str. 45), preporučuje da se upotrebljava „lantanoid”, a ne „lantanid”. Završetak „-id” obično označava negativni jon. Međutim, zbog široke postojeće upotrebe, „lantanid” je i dalje dozvoljen.
Opšte osobine lantanoida[uredi | uredi izvor]
U obrazovanju hemijske veze kod lantanoida elektroni iz 4f-podnivoa malo učestvuju, čime se objašnjava njihova znatna međusobna sličnost. Većina lantanoida javlja se zajedno u prirodi, i veoma se teško odvajaju jedan od drugog. Otkriće lantanoidnih elemenata je jedna od najintrigantnijih priča u hemiji. Ta priča obuhvata epizode u kojima se za jedan element mislil oda je drugi, dva elementa su identifikovana kao jedan, neki elementi su pogrešno identifikovani, i tako dalje. Do 1907, međutim, konfuzija nestala, i svi lantanidi (osim Prometijuma) su bili identifikovani. Najvažniji izvor lantanoida je monacit, nalazi se u Brazilu, Indiji, Australiji, Južnoj Africi, i Sjedinjenim Državama. Sastav monacita varira u zavisnosti od njegove lokacije, ali generalno sadrži oko 50% lantanoidnih jedinjenja. Zbog sličnosti njihove strukture i njihovih zajedničke pojave, lantanoidi mogu biti odvojeni jedni od drugih i prečišćeni samo uz znatni napor. Shodno tome, komercijalna proizvodnja lantanida ima tendenciju da bude skupa. Kao i većina metala, lantanidi su svetlo srebrnog izgleda. Pet elemenata(lantan, cerijum, prazeodijum, neodijum i europijum), su vrlo reaktivni. Kadasu izloženi vazduhu, oni reaguju sa kiseonikom i formiraju sloj oksida koji se taloži na površini. Ostali lantanoidi nisu tako reaktivni, a neki (Gadolinijum i Lutecijum), zadržavaju svoj srebrno metalik izgled dugo vremena. Kada se kontaminiraju nemetalima, kao što su kiseonik i azot, lantanoidi postanu krte. Oni takođe prouzrokuju koroziju lakše kontaminacije sa drugim metalima, kao što su kalcijum. Njihov tačka topljenja se kreće od oko 819 °C (1.506 °C), za iterbijum oko 1.663 °C (3.025 °C) za Lutecijum. Lantanoidi grade legure sa mnogim drugim metalima, i ove legure ispoljavaju širok spektar fizičkih svojstava. Lantanoidi reaguju sporo sa hladnom vodom, a brže sa toplom vodom i formiraju vodonikov gas. Oni su takođe oblik jedinjenja sa mnogim nemetala, kao što su vodonik, fluor, fosfor, sumpor, hlor i dr.
Fizičke osobine elemenata[uredi | uredi izvor]
| Hemijski element | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atomski broj | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |
| Image |  |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| |
| Gustina (g/cm3) | 6,162 | 6,770 | 6,77 | 7,01 | 7,26 | 7,52 | 5,244 | 7,90 | 8,23 | 8,540 | 8,79 | 9,066 | 9,32 | 6,90 | 9,841 |
| Tačka topljenja (°C) | 920 | 795 | 935 | 1024 | 1042 | 1072 | 826 | 1312 | 1356 | 1407 | 1461 | 1529 | 1545 | 824 | 1652 |
| Tačka ključanja (°C) | 3464 | 3443 | 3520 | 3074 | 3000 | 1794 | 1529 | 3273 | 3230 | 2567 | 2720 | 2868 | 1950 | 1196 | 3402 |
| Atomska elektronska konfiguracija (gasna faza)* |
5d1 | 4f15d1 | 4f3 | 4f4 | 4f5 | 4f6 | 4f7 | 4f75d1 | 4f9 | 4f10 | 4f11 | 4f12 | 4f13 | 4f14 | 4f145d1 |
| Metalna rešetka (RT) | dhcp | fcc | dhcp | dhcp | dhcp | ** | bcc | hcp | hcp | hcp | hcp | hcp | hcp | fcc | hcp |
| Metalni radijus (pm) | 162 | 181,8 | 182,4 | 181,4 | 183,4 | 180,4 | 208,4 | 180,4 | 177,3 | 178,1 | 176,2 | 176,1 | 175,9 | 193,3 | 173,8 |
| Otpornost na 25°C (μΩ·cm) | 57–80 20 °C |
73 | 68 | 64 | 88 | 90 | 134 | 114 | 57 | 87 | 87 | 79 | 29 | 79 | |
| Magnetna susceptibilnost χmol /10−6(cm3·mol−1) |
+95.9 | +2500 (β) | +5530(α) | +5930 (α) | +1278(α) | +30900 | +185000 (350 K) |
+170000 (α) | +98000 | +72900 | +48000 | +24700 | +67 (β) | +183 |
- * Između inicijalne Xe i finalne 6s2 elektronske ljuske
- ** Sm ima tesno pakovanu struktura poput ostalih lantanoida, ali ima neobično devetoslojno ponavljanje
Ovaj trend tačke topljenja koja se povećava u seriji, (lantan (920 °C) - lutecijum (1622 °C)) pripisuje se stepenu hibridizacije orbitala 6s, 5d i 4f.[9] Smatra se da je hibridizacija najviša za cerijum, koji ima najnižu tačku topljenja od svih, 795 °C.[10] Lantanoidni metali su mekani; njihova tvrdoća se povećava niz seriju.[8] Evropijum se izdvaja po tome što ima najnižu gustinu u seriji od 5,24 g/cm3 i najveći metalni radijus u nizu u 208,4 pm. To je uporedivo sa barijumom, koji ima metalni radijus 222 pm. Veruje se da metal sadrži veći Eu2+ jon i da u provodnom opsegu postoje samo dva elektrona. Iterbijum takođe ima veliki metalni radijus, a slično objašnjenje je predloženo.[8] Otpornost metala lantanoida je relativno velika, kreće se od 29 do 134 μΩ·cm. Ove vrednosti se mogu uporediti sa dobrim provodnikom, kao što je aluminijum, koji ima otpornost 2,655 μΩ·cm. S izuzetkom La, Yb i Lu (koji nemaju neuparne f-elektrone), lantanoidi su snažno paramagnetni, što se odražava na njihovu magnetnu susceptibilnost. Gadolinijum postaje feromagnetan ispod 16 °C (Kirijeva tačka). Drugi teži lantanidi - terbijum, disprozijum, holmijum, erbijum, tulijum i iterbijum - postaju feromagnetni na mnogo nižim temperaturama.[11]
Jedinjenja lantanoida[uredi | uredi izvor]
Najpoznatija lantanoidna legura - Auer metal, je mešavina cerijuma i gvožđa koja proizvodi iskru prilikom udarca. Dugo je korišćena kao kremen za cigaretne i gas upaljače. Auer metal je jedan u nizu mešovitih lantanidnih legura poznat kao monacit metal. Monacit metali se sastoje od različite količine lantanidnih metala, uglavnom cerijum i manje količine drugih, kao što su lantan, neodijumi, prazeodijum. Oni se koriste da prenesu snagu, tvrdoću i inertnost strukturalnim materijala. Oni su takođe korišćeni za uklanjanje kiseonika i sumpornih nečistoća iz različitih industrijskih sistema. U poslednjih nekoliko godina, jeftinije metode su razvijene zaproizvodnju lantanoidnih legura. Kao rezultat toga, oni su sada primenljivi u različitim sferama. Jedana takva primena je u svojstvu katalizatora, supstanci koje ubrzavaju hemijske reakcije. U industriji prerade, na primer, lantanoidi se koriste kao katalizatori u konverziji sirove nafte u benzin, kerozin, dizel, lož ulje i druge proizvode. Lantanoidi se takođe koriste kao fosforom tj. kao boja za televizorske ekrane. Keramička industrija koristi lantanoidne okside prilikom bojenja keramike i stakla. Lantanoidi takođe imaju različite nuklearne aplikacije. Zato što apsorbuju neutrone, koji se koriste kao deo šipke za regulisanje nuklearnih reaktora. Takođe se koriste kao zaštitni materijal i kao strukturna komponenta u reaktorima. Neki lantanoidi imaju magnetna svojstva. Na primer, kobalt i magnetit su veoma jaki stalni magneti.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ The current IUPAC recommendation is that the name lanthanoid be used rather than lanthanide, as the suffix "-ide" is preferred for negative ions, whereas the suffix "-oid" indicates similarity to one of the members of the containing family of elements. However, lanthanide is still favored in most (~90%) scientific articles and is currently adopted on Wikipedia. In the older literature, the name "lanthanon" was often used.
- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ a b Gray, Theodore (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. str. 240. ISBN 978-1-57912-814-2.
- ^ Lanthanide Arhivirano 2011-09-11 na sajtu Wayback Machine, Encyclopædia Britannica on-line
- ^ Holden, Norman E.; Coplen, Tyler (2004). „The Periodic Table of the Elements”. Chemistry International. 26 (1): 8. doi:10.1515/ci.2004.26.1.8
. Архивирано из оригинала 17. 2. 2004. г. Приступљено 23. 3. 2010.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ F Block Elements, Oxidation States, Lanthanides and Actinides Архивирано на сајту Wayback Machine (31. mart 2021). Chemistry.tutorvista.com. Retrieved on 2017-12-14.
- ^ a b v Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II izd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. str. 1230—1242. ISBN 0080379419.
- ^ Gschneider and Daane (1988)
- ^ Krishnamurthy, Nagaiyar and Gupta, Chiranjib Kumar (2004). Extractive Metallurgy of Rare Earths. CRC Press. ISBN 0-415-33340-7.
- ^ Cullity, B. D.; Graham, C. D. (2011). Introduction to Magnetic Materials. John Wiley & Sons. ISBN 9781118211496.
Literatura[uredi | uredi izvor]
- Gray, Theodore (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. str. 240. ISBN 978-1-57912-814-2.
- FS Pamuk & G Vilkinson, Napredna Neorganska hemija, 5-o izdanje Vilei, Njujork, 1988 Ch. 20, 21 20, 21
- Phillips, CSG; Williams, RJP (1966). Inorganic Chemistry. Oxford: Oxford University Press.
- Neorganska hemija, Oxford: Oxford University Press, 1966 vol. 2, Ch. 2, Ch. 21, 22 21, 22, T. Imamoto,
- Lantanoidi u organskoj sintezi, Academic Press, London,1994 delova Ch. 4, 5, 6 4, 5, 6
- Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (na jeziku: German) (102 izd.). Walter de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.
- Scerri, Eric (2007). The periodic table: Its story and its significance. New York: Oxford University Press. ISBN 9780195305739.
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Lanthanide Sparkle Model, used in the computational chemistry of lanthanide complexes
- USGS Rare Earths Statistics and Information
- Ana de Bettencourt-Dias: Chemistry of the lanthanides and lanthanide-containing materials
