Lantanoidai

Lantanoidai - elementai pradedant ceriu (Z=58) ir baigiant luteciu (Z=71) kartais vadinami vidiniais pereinamaisiais metalais.

Juos vienija elektroninės sandaros panašumas: einant nuo vieno sekos elemento prie kito keičiasi elektronų skaičius 4f orbitalėse. Visi šie elementai labai panašūs į lantaną (Z=57), todėl kartu su lantanu vadinami lantanoidais, arba retaisiais žemės elementais. Pavadinimas „retieji žemės elementai“ nėra visiškai teisingas, nes jie yra plačiai paplitę, tačiau retai sudaro didelės koncentracijos telkinius.

Oksidacija 

Lantanoidai (bendras žymėjimas Ln) yra aktyvūs metalai, oksiduodamiesi iki Ln3+ (aq) jie išstumia H2 (d) iš karšto vandens ir iš praskiestų rūgščių. Lantanoidai reaguoja su O2 (d), siera, halogenais, N2 (d), H2 (d) ir anglimi maždaug taip pat, kaip žemės šarminiai metalai. Laisvus lantanoidus galima išskirti elektrolizuojant išlydytas druskas.

Būdingiausias visų lantanoidų oksidacijos laipsnis +3. Maždaug pusei visų lantanidų dar būdingas oksidacijos laipsnis +2, kitai pusei +4. Kai kurių lantanoidų būdingus oksidacijos laipsnius galima paaiškinti didesniu pusiau užpildytų f orbitalių stabilumu (f7). Bet kodėl visi lantanoidai gali įgyti oksidacijos laipsnį +3 nėra iki galo aišku. Dauguma lantanoidų jonų yra paramagnetikai, jų tirpalai yra spalvoti.

Paplitimas 

La, Ce ir Nd yra labiau paplitę už šviną, Tm yra maždaug tiek pat paplitęs, kaip jodas. Dažniausiai randami mineralai, kurių sudėtyje yra lantanidų oksidų. Dideli klodai lantanidų buvo rasti Kalifornijos ir Nevados pasienyje. Nemažai lantanoidų mineralų randama ir kitose vietose. Lantanoidai naudojami gaminant spalvotus kineskopus.

Panašumai 
4f elektronai labai menkai dalyvauja cheminių ryšių sudaryme, o lantanoidai vienas nuo kito skiriasi dažniausiai tik 4f orbitalių užpildymu. Todėl visi lantanoidai labai panašūs. Pavyzdžiui, visų lantanoidų redukcijos potencialai reakcijai M3+ (aq) + 3e- → M (k) yra labai artimi. Jie pakliūna į intervalą nuo -2,52 V (La) iki -2,25 V (Lu). Skirtumus tarp lantanoidų labiausiai apsprendžia lantanoidinis suspaudimas. Šį reiškinį geriausiai iliustruoja M3+ jonų spindulių kitimo dėsningumai. Padidėjus atominiam numeriui vienetu, jono spindulys sumažėja 1-2 pm. La3+ spindulys 106 pm, o Lu3+ 85 pm.

Dėl savybių panašumo labai sudėtinga atskirti vienus lantanoidus nuo kitų. Tenka kartoti atskyrimo procedūrą daug kartų. Po vieno etapo pasiseka tik labai nežymiai pakeisti atskiriamų lantanoidų koncentracijas (vieno padidinti, kito - sumažinti). Kartais procedūrą tenka kartoti net tūkstančius kartų. Lantanoidai atskiriami frakcinės kristalizacijos, frakcinio nusodinimo, ekstrahavimo tirpikliais ir jonų mainų metodais.

Cheminiai elementai