Лантаноиды

Лантаноиды - семейство из 14 химических элементов с атомными номерами от 58 (церий) до 71 (лютеций). Это элементы: церий (58), празеодим (59), неодим (60), прометий (61), самарий (62), европий (63), гадолиний (64), тербий (65), диспрозий (66), гольмий (67), эрбий (68), тулий (69), иттербий (70) и лютеций (71). Все они принадлежат к семейству редкоземельных элементов. Название "лантаноиды" означает "подобные лантану", но иногда употребляется и другое - "лантаниды", т. е. "идущие за лантаном". Первое название лучше отражает свойства этих элементов, очень похожих на лантан и друг на друга; в своих соединениях они обычно проявляют степень окисления + 3.

Причина такого сходства - в особенностях построения электронных конфигураций их атомов. У всех 14 элементов от церия до лютеция две внешние электронные оболочки атомов практически остаются неизменными. На одной из подоболочек 3-й снаружи N - оболочки, на f - подоболочке, 14 мест остаются незанятыми и 14 электронов заполняют эти свободные места. Поэтому в семействе лантаноидов 14 химических элементов. N - оболочка мало влияет на химические свойства лантаноидов, поэтому их разделение всегда представляло трудную задачу для химиков. Наиболее эффективными методами разделения являются жидкостная экстракция и ионообменная хроматография. Они позволяют получать соединения отдельных лантаноидов в достаточно чистом виде, хотя некоторые из них стоят пока дороже золота.

Между тем химию лантаноидов нельзя считать такой уж однообразной. Многие лантаноиды проявляют и иные степени окисления.

Известны соединения, где церий, празеодим, тербий и диспрозий в степени окисления +4, самарий, европий и иттербий - в степени окисления +2. Лантаноиды - активные металлы, образуют довольно сильные основания, в свободном виде заметно различаются по свойствам.

В периодической системе все лантаноиды помещаются в III группе в одной клетке с лантаном, а их ряд расшифровывается в нижней части таблицы элементов. Такое расположение лантаноидов ныне общепринято. Известны и другие варианты их размещения в системе, не получившие широкого распространения.

Заполняющаяся N - оболочка в атомах лантаноидов играет роль своеобразного экрана, ослабляющего притяжение ядром внешних электронов, поэтому не происходит резкого уменьшения их атомных радиусов по мере роста Z (заряда атомного ядра). Этот эффект называется лантаноидным сжатием. Он приводит к тому, что следующие за лантаноидами элементы (гафний, тантал, вольфрам) очень похожи на своих предшественников по группам (цирконий, ниобий и молибден) из-за близости величин атомных радиусов.

Ряд лантаноидов

В наши дни большинство лантаноидов широко используются в технике: это сплавы, легированные церием; неодимовое стекло; люминофоры для цветного телевидения, активированные европием. Небольшие добавки лантаноидов к стали, чугуну, алюминиевым и магниевым сплавам увеличивают их стойкость к коррозии, жаропрочность. Сплав церия с железом (мишметалл) входит в состав поглотителей газов в электровакуумных приборах. Смесь неодима с празеодимом необходима при получении бесцветных стекол, поглощающих ультрафиолетовые лучи. Многие соли лантаноидов служат катализаторами (ускорителями) различных химических реакций. В сельском хозяйстве соединения лантаноидов применяют в качестве инсектицидов и микроудобрений.