Lantanoidák

A periódusos rendszer 57–71. rendszámú elemeit, a lantántól a lutéciumig lantanoidáknak (vagy lantanidáknak) nevezzük. Az f-mező elemei (bár a lantánt vagy a lutéciumot szokás a d-mező elemeihez is sorolni) a 6. periódus elemei közé tartoznak. Bennük a beépülő új elektronok kívülről a 3. héjra, a 4f-alhéjra épülnek be. A lantanoidák közül a prométium radioaktív elem, a természetben nem fordul elő. A szkandiumot, az ittriumot és a lantanoidákat együtt ritkaföldfémeknek is szokás nevezni.

A lantanoidák fizikai és kémiai tulajdonságai nagyon hasonlók egymáshoz. Ennek az az oka, hogy a külső két héjuk elektronszerkezete megegyezik. Ahogy nő a rendszámuk, az atommag vonzó hatása egyre erősebb a külső elektronokra, az f-elektronok ezt csak rosszul árnyékolják. A rendszámuk növekedésével azonos, háromszorosan pozitív töltésű ionjaik mérete egyre csökken (lantanoidakontrakció^[1]), emiatt fizikai és kémiai tulajdonságaik egy irányban, aperiodikusan változnak. Ha ionokat képeznek, általában külső, 5d¹6s² elektronjaikat adják le, vegyületeikben oxidációs számuk általában +3. A cérium +4, az európium +2 oxidációs számú is lehet.

Ezüstfehér, lágy fémek, keménységük a rendszámmal növekszik. Elektromos vezetőképességük a fémekhez képest viszonylag kicsi. Olvadáspontjuk, forráspontjuk magas, olvadáspontjuk a rendszámmal növekszik (Ce: 799 °C → Lu: 1627 °C), két kivételtől, az európiumtól (822 °C) és az itterbiumtól (824 °C) eltekintve. Ennek a két lantanoidának a kristályszerkezete is eltér a többi lantanoidáétól: nem hexagonális, hanem tér-, illetve lapcentrált köbös rácsot alkotnak. Elektropozitív fémek, elektronegativitásuk kisebb, mint az átmenetifémeké (1,1–1,2). Viszonylag alacsony első ionizációs energiájuk is (körülbelül 520–600 kJ/mol). Tulajdonságaik nagyon hasonlítanak a periódusos rendszer III/B oszlopának elemeihez (szkandium, ittrium). Savakban jól, lúgokban nem oldódnak. Levegőn meggyújtva elégnek. Komplex vegyületeikben akár 8-9 is lehet a lantanoida koordinációs száma. A lantanoidák sói közül a halogenidek és a nitrátok vízben jól oldódnak.

A lantanoida-vegyületek mérgezőek. Egyes lantanoidák (gadolínium, terbium, diszprózium, holmium) vegyületei baktériumölő, más lantanoidák (lantán, cérium, prazeodímium) vegyületei véralvadásgátló hatásúak.

A lantanoidák részaránya a földkéregben 0,02 tömegszázalék.^[2] A természetben ásványaikban általában együttesen találhatóak. Jelentős lantanoidatartalmú ásvány a monacit (cérium-foszfát, CePO₄), benne a cérium mellett más ritkaföldfémek is előfordulnak. Korábban nagyon ritka elemeknek gondolták őket, valójában a lantanoidák többsége gyakoribb, mint a jód és az ezüst. A leggyakoribb lantanoida a cérium. Gyakoriságukra érvényes az Oddo–Harkins-szabály, amely kimondja, hogy a páros rendszámú elemek általában lényegesen gyakoribbak, mint azok a páratlan rendszámú elemek, amelyek rendszáma náluk eggyel nagyobb vagy eggyel kisebb. A prométium radioaktív elem, a természetben nem fordul elő. Csak mesterséges atommag-átalakítással állítható elő.

A lantanoidákat korábban csak elegyfém előállítására használták. Az elegyfém pirofóros sajátságú, ezért tűzkövet készítettek belőle. A cériumot ötvözésre használják, mert jelentősen javítja az öntöttvas szilárdságát. Az európium, a diszprózium, a gadolínium és a szamárium ötvözeteit atomreaktorokban használják neutronelnyelőnek és szabályozó rudak készítésére. Lantanoidákat tartalmazó magnézium- és alumíniumötvözeteket repülőgépek és rakéták gyártására használnak, mert szilárdak és hőállóak. Egyes lantanoidavegyületeket, például lantán-neodímium-fluorid kristályokat lézerek készítésére használnak. Kőolaj krakkolásához és szerves kémiai folyamatokban is használnak lantanoidákat katalizátornak.^[3]

• Nyilasi János: Szervetlen kémia
• Bodor Endre: Szervetlen kémia I.
• A lantanoidák (németül)

• Elemi sorozat
• Aktinoidák