From Wikipedia, the free encyclopedia
Лантаноиди су група[1] од 15 елемената од лантана до лутецијума с атомским бројевима од 57 до 71 у периодном систему.[2][3][4][5] Сви се налазе у F-блоку осим лутецијума. Постоје аранжмани који искључују или лантан или лутецијум из групе.[6] Име су добили по лантану. Узрок њихове сличности са лантаном налази се у електронској структури - валентни 4f електрони имају енергију сличну 5d електронима. Код већине лантаноида најстабилнија су једињења у којима су тровалентни јони, која су у воденом раствору безбојна. Лантан и лантаноиди су реактивни елементи, иако се убрајају у групу унутрашњих прелазних метала, показују доста сличности са земно-алкалним металима. Повећањем атомске тежине, полупречник лантаноида се смањује, те електронегативност благо расте, и благо опадају њихове базне особине. Лантаноиди се деле на лаке (церијумове) лантаноиде, који обухватају све елементе до европијума, и тешке (итријумове) лантаноиде којима припадају остали лантаноиди. Двојни сулфати тешких лантаноида и алкалних метала су раствориви у води, а лаки нису. Лантаноиди се називају и „ретке земље” - иако се у природи налазе у знатнијим количинама, њихова налазишта су ретка.
Атомски број |
Хемијски елемент |
Хемијски симбол |
---|---|---|
57 | Лантан | |
58 | Цер | |
59 | Празеодимијум | |
60 | Неодимијум | |
61 | Прометијум | |
62 | Самаријум | |
63 | Еуропијум | |
64 | Гадолинијум | |
65 | Тербијум | |
66 | Диспрозијум | |
67 | Холмијум | |
68 | Ербијум | |
69 | Тулијум | |
70 | Итербијум | |
71 | Лутецијум |
Lanthanides in the periodic table |
Неформални хемијски симбол се користи у општим дискусијама о хемији лантаноида као ознака за било који лантаноид. Сви лантаноиди осим једног елемента су елементи -блока, што одговара попуњавању 4f електронске љуске; у зависности од извора, лантан или лутецијум сматрају се елементом -блока, али су укључени због хемијске сличности са осталих 14.[7] Сви лантаноидни елементи формирају тровалентне катјоне, 3+, чија хемија је у великој мери одређена јонским радијусом, који се постојано смањује од лантана до лутецијума.
Лантан и лутецијум су означени као елементи групе 3, јер имају један валентни електрон у 5 љусци. Међутим, оба елемента су често укључена у расправе о хемији елемената лантаноида. Лантан се чешће изоставља од та два елемента, јер је његово постављање као елемената групе 3 нешто чешће у текстовима и из семантичких разлога: пошто „лантаноид” значи „попут лантана”, и стога се тврди да лантан не може логично бити лантаноид, мада потврђује његово укључивање на бази заједничке употребе.[8]
У презентацијама периодног система, лантаноиди и актиноиди се обично приказују као два додатна реда испод главног дела табеле,[3] са два држача места или на неки други начин одабраним једним елементом сваке серије (било лантаном и актинијумом, или лутецијумом и лоренцијумом) приказаним у једној ћелији главне табеле, између баријума и хафнијума, и радијума и радерфордијума. Ова конвенција у потпуности је ствар естетике и практичности обликовања; ретко коришћена периодична табела са широким форматом уноси низ лантанида и актинида на њихова одговарајућа места, као делове шестог и седмог реда (периоде) табеле.
Међународна унија за чисту и примењену хемију у својој „Црвеној књизи” из 1985. године (стр. 45), препоручује да се употребљава „лантаноид”, а не „лантанид”. Завршетак „-ид” обично означава негативни јон. Међутим, због широке постојеће употребе, „лантанид” је и даље дозвољен.
У образовању хемијске везе код лантаноида електрони из 4f-поднивоа мало учествују, чиме се објашњава њихова знатна међусобна сличност. Већина лантаноида јавља се заједно у природи, и веома се тешко одвајају један од другог. Откриће лантаноидних елемената је једна од најинтригантнијих прича у хемији. Та прича обухвата епизоде у којима се за један елемент мислило да је други, два елемента су идентификована као један, неки елементи су погрешно идентификовани, и тако даље. До 1907, међутим, конфузија нестала, и сви лантаниди (осим Прометијума) су били идентификовани. Најважнији извор лантаноида је монацит, налази се у Бразилу, Индији, Аустралији, Јужној Африци, и Сједињеним Државама. Састав монацита варира у зависности од његове локације, али генерално садржи око 50% лантаноидних једињења. Због сличности њихове структуре и њихових заједничке појаве, лантаноиди могу бити одвојени једни од других и пречишћени само уз знатни напор. Сходно томе, комерцијална производња лантанида има тенденцију да буде скупа. Као и већина метала, лантаниди су светло сребрног изгледа. Пет елемената(лантан, церијум, празеодијум, неодијум и еуропијум), су врло реактивни. Кадасу изложени ваздуху, они реагују са кисеоником и формирају слој оксида који се таложи на површини. Остали лантаноиди нису тако реактивни, а неки (Гадолинијум и Лутецијум), задржавају свој сребрно металик изглед дуго времена. Када се контаминирају неметалима, као што су кисеоник и азот, лантаноиди постану крте. Они такође проузрокују корозију лакше контаминације са другим металима, као што су калцијум. Њихов тачка топљења се креће од око 819 °C (1.506 °C), за итербијум око 1.663 °C (3.025 °C) за Лутецијум. Лантаноиди граде легуре са многим другим металима, и ове легуре испољавају широк спектар физичких својстава. Лантаноиди реагују споро са хладном водом, а брже са топлом водом и формирају водоников гас. Они су такође облик једињења са многим неметала, као што су водоник, флуор, фосфор, сумпор, хлор и др.
Хемијски елемент | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Атомски број | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |
Image | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | |
Густина (3) | 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 |
Тачка топљења (°) | 920 | 795 | 935 | 1024 | 1042 | 1072 | 826 | 1312 | 1356 | 1407 | 1461 | 1529 | 1545 | 824 | 1652 |
Тачка кључања (°) | 3464 | 3443 | 3520 | 3074 | 3000 | 1794 | 1529 | 3273 | 3230 | 2567 | 2720 | 2868 | 1950 | 1196 | 3402 |
Атомска електронска конфигурација (гасна фаза)* | 51 | 4151 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 4751 | 49 | 410 | 411 | 412 | 413 | 414 | 41451 |
Метална решетка () | ** | ||||||||||||||
Метални радијус () | 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 |
Отпорност на 25° | 57–80 20 ° | 73 | 68 | 64 | 88 | 90 | 134 | 114 | 57 | 87 | 87 | 79 | 29 | 79 | |
Магнетна сусцептибилност χ /10−6(3·−1) |
+95.9 | +2500 (β) | +5530(α) | +5930 (α) | +1278(α) | +30900 | +185000 (350 K) | +170000 (α) | +98000 | +72900 | +48000 | +24700 | +67 (β) | +183 |
Овај тренд тачке топљења која се повећава у серији, (лантан (920 °) - лутецијум (1622 °)) приписује се степену хибридизације орбитала и 4.[9] Сматра се да је хибридизација највиша за церијум, који има најнижу тачку топљења од свих, 795 °.[10] Лантаноидни метали су мекани; њихова тврдоћа се повећава низ серију.[8] Европијум се издваја по томе што има најнижу густину у серији од 5,24 3 и највећи метални радијус у низу у 208,4 . То је упоредиво са баријумом, који има метални радијус 222 pm. Верује се да метал садржи већи 2+ јон и да у проводном опсегу постоје само два електрона. Итербијум такође има велики метални радијус, а слично објашњење је предложено.[8] Отпорност метала лантаноида је релативно велика, креће се од 29 до 134 . Ове вредности се могу упоредити са добрим проводником, као што је алуминијум, који има отпорност 2,655 . С изузетком , и (који немају неупарене -електроне), лантаноиди су снажно парамагнетни, што се одражава на њихову магнетну сусцептибилност. Гадолинијум постаје феромагнетан испод 16 ° (Киријева тачка). Други тежи лантаниди - тербијум, диспрозијум, холмијум, ербијум, тулијум и итербијум - постају феромагнетни на много нижим температурама.[11]
Најпознатија лантаноидна легура - Ауер метал, је мешавина церијума и гвожђа која производи искру приликом ударца. Дуго је коришћена као кремен за цигаретне и гас упаљаче. Ауер метал је један у низу мешовитих лантаноидних легура познат као монацит метал. Монацит метали се састоје од различите количине лантаноидних метала, углавном церијум и мање количине других, као што су лантан, неодијуми, празеодијум. Они се користе да пренесу снагу, тврдоћу и инертност структуралним материјала. Они су такође коришћени за уклањање кисеоника и сумпорних нечистоћа из различитих индустријских система. У последњих неколико година, јефтиније методе су развијене за производњу лантаноидних легура. Као резултат тога, они су сада применљиви у различитим сферама. Једна таква примена је у својству катализатора, супстанци које убрзавају хемијске реакције. У индустрији прераде, на пример, лантаноиди се користе као катализатори у конверзији сирове нафте у бензин, керозин, дизел, лож уље и друге производе. Лантаноиди се такође користе као фосфором тј. као боја за телевизорске екране. Керамичка индустрија користи лантаноидне оксиде приликом бојења керамике и стакла. Лантаноиди такође имају различите нуклеарне апликације. Зато што апсорбују неутроне, који се користе као део шипке за регулисање нуклеарних реактора. Такође се користе као заштитни материјал и као структурна компонента у реакторима. Неки лантаноиди имају магнетна својства. На пример, кобалт и магнетит су веома јаки стални магнети.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.