Что такое лантаноиды

Что такое лантаноиды, они же редкоземельные элементы? Серия лантаноидов - это ряд элементов, расположенных ниже основного блока периодической системы, в блоке f вместе с актинидами. Все они являются металлами. Лантаноиды занимают элементы 57-71 и отходят после бария в периодической таблице. Их электронные конфигурации очень похожи на переходные металлы, но с четвертой электронной оболочкой, которая может удерживать 18 электронов. Они обладают свойствами, сходными с свойствами переходных металлов, но имеют некоторые уникальные характеристики и области применения. Лантаноиды, наряду со скандием и иттрием, известны как редкоземельные элементы.

Характерные свойства лантаноидов
Лантаноиды обычно встречаются в земной коре в виде соединений с другими металлами
Лантаноиды являются реакционноспособными и образуют ионные соединения с неметаллами
Лантаноиды тускнеют, что означает, что они быстро теряют свой блеск / блеск при воздействии воздуха
Лантаноиды хранятся в масле или в благородных газах для предотвращения потускнения
Лантаноиды представляют собой твердые STP
Большинство лантаноидов используют только три электрона в качестве валентных электронов
Редкоземельные элементы довольно сложно отличить друг от друга, поскольку они обладают схожими физическими и химическими свойствами
Редкоземельные элементы обладают уникальными электронными и магнитными свойствами, что позволяет им занимать особые ниши в технологии

Являются ли лантаноиды металлами?
Абсолютно! Все редкоземельные элементы представляют собой металлы с сильными металлическими свойствами, металлическим блеском и серебристым оттенком.

Редкоземельные элементы редки?
Редкоземельные элементы не являются особенно редкими. Церий является 25-м наиболее распространенным элементом в земной коре, более распространенным, чем медь.

Монацит представляет собой группу минералов, которые содержат самую высокую концентрацию редкоземельных элементов. Монацит обычно содержит фосфат церия, лантана, неодима, самария и / или празеодима. Он также часто содержит торий, а иногда и уран, что делает его радиоактивным. Монацит встречается в Бразилии, Индии, Южной Африке, Австралии и США. Извлечение редкоземельных элементов из монацита - сложный процесс, требующий многих фильтраций и нейтрализаций.

Сколько существует редкоземельных элементов?
Итак, сколько редкоземельных элементов существует на самом деле? Ответ - 15 или 17, в зависимости от того, как вы определяете редкоземельный элемент. Если вы добавите скандий и иттрий, их будет 17. Если вы этого не сделаете, и какие-либо из них включают настоящие лантаноиды, то существует всего 15 редкоземельных элементов. Причина, по которой скандий и иттрий часто включаются, заключается в том, что их физические и химические свойства аналогичны истинным лантаноидам, и они встречаются в тех же рудах.

Список элементов-лантаноидов

Лантан – элемент 57
Название Лантан происходит от греческого слова Лантанеин, что означает “скрытый”. Он был открыт шведским химиком Карлом Густавом Масандером в 1839 году. Он достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом, пластичный и имеет серебристый цвет. Лантан имеет множество промышленных применений, в том числе для зажигания факелов, зажигалок и паяльных трубок. Он также используется в электронных катодах и лампочках, чтобы предотвратить излучение желтого света.

Церий – элемент 58
Церий обладает физическими свойствами, сходными с лантаном, и имеет похожий внешний вид. На сегодняшний день это самый распространенный лантаноид в земной коре. Церий был открыт немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в 1803 году. Он назван в честь карликовой планеты Церера, которая вращается вокруг Солнца между Марсом и Юпитером. Церий легко реагирует с водой и галогенными элементами. Соединения на основе церия используются для полировки стекла, но также используются в каталитических нейтрализаторах и светодиодных лампах для получения белого цвета.

Празеодим – элемент 59
Празеодим имеет сходные физические характеристики с церием и лантаном, и эта закономерность будет сохраняться на протяжении всего нашего обзора лантаноидов. Однако он обладает гораздо более мощными оптическими, электрическими и магнитными свойствами. Они слишком реакционноспособны, чтобы встречаться в природе в чистой элементарной форме. Празеодим был обнаружен австрийским химиком бароном Карлом Аур фон Вельсбахом при разделении солей разного цвета. В отличие от многих других редкоземельных металлов, празеодим парамагнитен при любых температурах. Празеодим используется в широком спектре применений, от керамических моек до ветряных турбин и мощных магнитов.

Оксид празеодима - редкоземельный элемент
Неодим – элемент 60
Неодим имеет много общих физических и химических свойств с предыдущими лантаноидами, но в отличие от своих товарищей по периодической таблице, неодим способен отображать несколько цветов в различных степенях окисления. Он производит розовый, синий и желтый цвета при степенях окисления + 2, + 3, + 4 соответственно. Большая часть природного неодима на Земле находится в Восточной Азии. Он также был открыт Вельсбахом в 1885 году. Наиболее значительное применение неодима - в электронике. Неодим способен образовывать сильномагнитные сплавы с другими металлами. Эти сплавы используются в широком спектре современных технологий, таких как динамики, микрофоны и наушники. Большие магниты на основе неодима встречаются в электродвигателях гибридных автомобилей. Неодим является одним из наиболее влиятельных и важных элементов экономики 21-го века!

Прометий – элемент 61
Прометий является одним из самых редких элементов на земле. По оценкам, во всем мире в земной коре содержится всего около 500 граммов. Однако их можно получить в лаборатории путем бомбардировки Урана-235 нейтронами с очень высокими скоростями. В результате этого процесса образуется прометий-147, единственный изотоп элемента, имеющий практическое применение. Впервые он был синтезирован по ошибке в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси в 1945 году. Относительно мало химии известно о прометии, потому что он настолько нестабилен и, следовательно, его трудно изучать. Помимо исследований, прометий используется только в атомных батареях.

Самарий – элемент 62
Самарий обладает. тот же серебристый блеск, что и у других лантаноидов, но намного тверже и несколько более пластичен. Они также окисляются на воздухе, но гораздо медленнее. Самарий содержится в некоторых частях земной коры в концентрации до 3%, что делает его относительно распространенным. Французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл, выделил и назвал элемент в 1879 году. Как и его двоюродный брат неодим, самарий используется для изготовления мощных магнитов, но магниты на основе самария способны выдерживать гораздо более высокие температуры.

Европий – элемент 63
Европий на сегодняшний день является наиболее реакционноспособным лантаноидом. Их высокая реакционная способность требует, чтобы они хранились в инертных жидкостях, чтобы предотвратить их реакцию с воздухом. Европий легко реагирует со всеми галогенами и образует стабильные соединения с халькогенами. Как и самарий, он был открыт Буабодраном в 1892 году. В отличие от самария, он очень мягкий и податливый. Европий является одним из самых редких элементов на Земле. Чистого европия в природе не существует. Их необходимо добывать из минералов, таких как монацит. Европий не имеет столь многочисленных применений, как другие лантаноиды, но он используется во многих оптоэлектронных устройствах, таких как лазеры и люминесцентные лампы.

Гадолиний – элемент 64
Гадолиний обладает физическими свойствами, более похожими на церий и празеодим, чем европий. При температурах выше 20 градусов Цельсия это самый парамагнитный элемент в периодической таблице. Окисленная форма элемента может быть найдена в природе. Гадолиний был впервые обнаружен швейцарским химиком Жаном Шарлем де Мариньяком в 1880 году, а позже был выделен Буабодраном. При высоких температурах гадолиний образует бинарные соединения со многими неметаллами. Он также служит сильным восстановителем в лабораторных экспериментах. Единственное известное промышленное применение гадолиния - это экранирование ядерных реакторов.

Тербий – элемент 65
Тербий обладает физическими свойствами, сходными с европием. Он также содержится исключительно в таких минералах, как церит, монацит и эвксенит. Тербий был открыт шведским химиком Карлом Густавом Мосандером в 1843 году. Тербий - электроположительный элемент, который реагирует с водой, галогенами и сильными кислотами. Одно из применений тербия в промышленности - в качестве стабилизатора в высокотемпературных топливных элементах. Он также используется в производстве электронных устройств, таких как системы гидролокаторов и цветные телевизионные трубки.

Диспрозий – элемент 66
Диспрозий - высокомагнитный лантаноид. Его характерные магнитные свойства усиливаются при очень низких температурах. Это самый медленно тускнеющий лантаноид. Буабодран отметил, насколько сложно выделить элемент с помощью кислот, впоследствии назвав его в честь греческого слова “диспрозитос”, переводимого как “труднодоступный”. Основное применение диспрозия - магниты в ветряных турбинах.

Гольмий – элемент 67
Гольмий - это лантаноид, который был открыт шведским химиком Пером Теодором Кливом в 1878 году путем выделения. Они слишком реакционноспособны, чтобы встречаться в природе, однако они относительно стабильны в очень сухих условиях при комнатной температуре. Их добывают из минералов с использованием метода, известного как ионообмен. Как и многие другие лантаноиды, гольмий обладает сильными магнитными свойствами. Он также обладает относительно уникальной способностью поглощать большое количество нейтронов, что делает его очень практичным материалом для использования в конструкции ядерных реакторов.

Эрбий – элемент 68
Эрбий - серебристо-белый лантаноид, первоначально обнаруженный в Иттерби, Суиден, отсюда и его название. Ион Er3 + выделяет флуоресцентный розовый цвет, который легко поглощается водой в биологических тканях. Это делает эрбий хорошо подходящим для использования в хирургических лазерах. Другие виды применения включают металлургию, поскольку он образует прочные связи с металлами в четвертой строке периодической таблицы.

Тулий – элемент 69
Тулий - серебристо-серый лантаноид, который также был открыт Пером Теодором Кливом. Это второй по редкости лантаноид после прометия. При очень высоких температурах тулий функционирует как сверхпроводник. Он также используется в качестве источника излучения в небольших рентгеновских устройствах. В настоящее время тулий-170 исследуется в качестве источника излучения для лечения рака.

Иттербий – элемент 70
Иттербий - серебристо-желтый металл, который служит предпоследним лантаноидом. Как и другие поздние лантаноиды, иттербий способен образовывать комплексы с девятью молекулами воды при помещении в водный раствор. Многие свойства, такие как температура плавления и температура кипения, значительно отличаются от других лантаноидов из-за его электронной конфигурации с закрытой оболочкой. Иттербий имеет широкий спектр применений, от ядерной медицины до металлургии и создания атомных часов.

Заключение о редкоземельных элементах
Лантаноиды - это металлические элементы, которые занимают позиции 57-70 в периодической таблице. При просмотре периодической таблицы они лежат ниже переходных металлов и выше актиноидов.

Часто называемые редкоземельными элементами, все они имеют некоторые общие физические характеристики, такие как цвет и пластичность. Однако некоторые химические свойства отличаются между соседними лантаноидами. Их широкий спектр нетипичных свойств - вот что делает лантаноиды такой важной частью нашего современного технологического мир