Lantanoidid: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
MKass (arutelu | kaastöö)
Resümee puudub
MKass (arutelu | kaastöö)
Resümee puudub
1. rida:
'''Lantanoidid''' on 15 [[keemiline element|keemilist elementi]] [[lantaan]]ist [[luteetsium]]ini järjekorranumbritega 57–71. Nimetus on tulnud neist esimese, lantaani järgi. [[Keemilised omadused|Keemiliste omaduste]] poolest sarnanevad nad kõik lantaaniga.
 
'''Lantanoididideks''' nimetatakse 15 [[keemiline element|keemilist elementi]] [[lantaan]]ist [[luteetsium]]ini järjekorranumbritega 57–71. Nimetus on tulnud neist esimese, lantaani järgi, sest k[[Keemilised omadused|eemiliste omaduste]] poolest sarnanevad nad kõik lantaaniga.
Lantanoidid koos keemiliselt sarnaste elementide [[skandium]]i ja [[ütrium]]iga on tuntud kui [[haruldased muldmetallid]].
 
Kõik lantanoidid peale luteetsiumilantaani onloetakse f-ploki elemendid.elementideks, Neilsest onnende viimasenakõrgeima täitunudenergiaga 4f [[orbitaal]]id. Kuigi luteetsiumelektronid on df-ploki metall, peetakse tedagi lantanoidiks, kuna on keemiliste omaduste poolest teiste lantanoididega sarnaneelektronid. Lantanoidid moodustavad kolme[[valents]]eid [[katioon]]e Ln<sup>3+</sup>, mille keemilised omadused on suuresti määratletud [[iooniraadius]]ega, mis väheneb perioodis vasakult paremale.
[[Fail:Lanthanide-table.png|pisi|350x350px|Lantanoidide paiknemine perioodilisustabelis.]]
 
Lantanoidid koos keemiliselt sarnaste elementide [[skandium]]i ja [[ütrium]]iga on tuntud kui [[haruldased muldmetallid]]. Lantanoide leidub [[maakoor]]es rohkem kui näiteks [[kuld]]a, kuid nad ei esine puhtalt ega isegi hästi kättesaadava [[maak|maagina]].
 
[[Perioodilisussüsteem]]is paigutatakse lantanoidid koos [[aktinoidid]]ega enamasti eraldi peatabeli alla.
17. rida ⟶ 16. rida:
Kuna lantanoidid on omadustelt üksteisele väga sarnased, oli nende klassifitseerimine ja esialgne eraldamine keeruline.<ref name="Ln" />
 
== Keemilised omadused ==
==4f orbitaalide mõju==
[[Fail:F orbitals m.png|pisi|Seitse erinevat f-orbitaali ruumilist paigutust vastavalt magnetkvantarvule.|300x300px]]
Lantanoidid on keemilistelt omadustelt üksteisel väga sarnased ning seda just seepärast, et neil lisandub elektrone f-kihti, mis keemilisi omadusi praktiliselt ei mõjuta.
 
=== Elektronkonfiguratsioon ===
4f [[orbitaal]]ide täitumine eristab lantanoide [[poolmetall]]idest. 4f elektronidel esineb läbitungimisefekt, seetõttu ei saa nende orbitaalid kattuda [[ligand]]ide orbitaalidega ja nad ei osale sidemete moodustumisel. Kuna ligandid 4f elektrone ei mõjuta, on kristallvälja efektid väiksed ja magnetilised omadused ei sõltu keskkonnast.<ref name="Ln" />
Lantanoidide [[elektronkonfigutratsioon|elektronkonfiguratsioon]]i saab väljendada kujul [Xe] ''6''s<sup>2</sup>''5''d<sup>0..1</sup>''4''f<sup>2..14</sup>. Neil lisandub [[elektron]]e väljastpoolt kolmandale nivoole ehk 4f-nivoole, aga väliskihi elektronide arv ei muutu (6s<sup>2</sup>) ning enamikel on ka eelviimane 5d elektronkiht püsivalt ühtmoodi. 4f-alanivoo moodustavad seitse f-orbitaali, millele mahub kokku neliteist elektroni.
Kuna kokku on seitse 4f orbitaali, siis paardumata elektronide arv võib olla kuni 7, mis põhjustab lantanoidide suure [[magnetmoment|magnetmomendi]]. Magnetmomendi mõõtmist saab kasutada 4f elektronide paiknemise uurimiseks aatomis.<ref name="gjPbp" /> [[Lantanoidne kontraktsioon|Lantanoidset kontraktsiooni]], aatomiraadiuse vähenemist perioodis, seletatakse sageli sellega, et 5s ja 5p elektronide varjestav toime 4f elektronidele on nõrk.<ref name="Ln" />
 
5d alanivoo on enamasti põhiolekus tühi, erandiks on elemendid [[lantaan]], [[gadoliinium]] ja [[luteetsium]], mille korral on üks elektron paigutatud 5d-nivoole. Kuna orbitaalide täitumata (f<sup>0</sup>), pooltäidetud (f<sup>7</sup>) ja täielikult täidetud (f<sup>14</sup>) olek on sümmeetriline ja stabiilne, siis proovitakse neid olekuid säilitada ning olukorra saavutamiseks liias olev elektron on paigutunud 5d-nivoole.
==Oksüdatsiooniastmed ja ionisatsioonienergiad==
 
Lantanoidide puhul on oluline ka asjaolu, et 4f-kihist saab üks elektron küllaltki nõrga ergastuse korral minna üle 5d-kihti, tekitades stabiilse 5d<sup>1</sup>-oleku. Selline ergastus ka tavatingimustes toimub. Ülejäänud 4f-elektronid on 5s<sup>2</sup>- ja 5p<sup>6</sup>-elektronide poolt varjestatud ning ei avalda mõju lantanoidide keemilistele omadustele. Seega määravad keemilised omadused peamiselt kahes väliskihis paiknevad 6s<sup>2</sup>5d<sup>1</sup> elektronid, mistõttu on lantanoidide omadused üksteisele väga sarnased.<ref name=":0">{{Raamatuviide|autor=N. S. Ahmetov|pealkiri=Anorgaaniline keemia|aasta=1974|koht=|kirjastus=Valgus|lehekülg=515-521}}</ref>
Kõikidel lantanoididel on [[lahus]]tes võimalik [[oksüdatsiooniaste]] +3. Varem arvati, et oksüdatsiooniaste +2 on ainult [[samaarium]]il, [[euroopium]]il ja [[üterbium]]il. Nüüd on teada, et lahuses on see võimalik kõigil lantanoididel.<ref name="OioHZ" /> Kuna tseeriumi ja praseodüümi neljandat [[elektron]]i on võrdlemisi lihtne eemaldada, moodustuvad Ce(IV) ja Pr(IV) ühendid, näiteks [[hapnik]]uga reageerimisel tekib pigem CeO<sub>2</sub> kui Ce<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.
 
{| class="wikitable"
Lantanoidide [[ionisatsioonienergia]]id võib võrrelda [[alumiinium]]i omaga. Alumiiniumi esimese kolme elektroni eemaldamise energia on 5139 kJ/mol, lantanoidide omad jäävad vahemikku 3455–4186 kJ/mol. Euroopiumi ionisatsioonienergia on suurim. See [[korrelatsioon|korreleerub]] lantanoidide reaktsioonivõimega<ref name="Ln" />. Euroopiumi ja üterbiumi suur ionisatsioonienergia on seotud vastavalt 4f alakihi pooliku või täieliku täitumisega. Sellised konfiguratsioonid suurendavad stabiilsust ja ionisatsioonienergia suureneb.
! Element
!La !! Ce !! Pr !! Nd !! Pm !! Sm !! Eu !! Gd !! Tb !! Dy!! Ho !! Er !! Tm !! Yb !! Lu
|-
| Aatomi elektronkonfiguratsioon|| '''5d<sup>1</sup>''' ||'''5d<sup>1</sup>'''4f<sup>1</sup>||4f<sup>3</sup>|| 4f<sup>4</sup>|| 4f<sup>5</sup>||4f<sup>6</sup>|| 4f<sup>7</sup>||'''5d<sup>1</sup>''' 4f<sup>7</sup>||4f<sup>9</sup>||4f<sup>10</sup>|| 4f<sup>11</sup>||4f<sup>12</sup>||4f<sup>13</sup>||4f<sup>14</sup>||'''5d<sup>1</sup>'''4f<sup>14</sup>
|-
| Ln<sup>3+</sup> elektronkonfiguratsioon || 4f<sup>0</sup> || 4f<sup>1</sup>||4f<sup>2</sup>|| 4f<sup>3</sup>|| 4f<sup>4</sup>||4f<sup>5</sup>|| 4f<sup>6</sup>|| 4f<sup>7</sup>||4f<sup>8</sup>|| 4f<sup>9</sup>|| 4f<sup>10</sup>||4f<sup>11</sup>||4f<sup>12</sup>|| 4f<sup>13</sup>||
4f<sup>14</sup>
|}
 
===Oksüdatsiooniastmed===
==Lantanoidide eraldamine==
 
Lantanoididele on kõige iseloomulikum [[oksüdatsiooniaste]] +3, mis tekib kahe väliskihi [[elektron]]ide (6s<sup>2</sup> 5d<sup>1</sup>) loovutamisel. Lisaks võivad neil esineda oksüdatsiooniastmed +4 ja +2. Sellised variatsioonid esinevad kõige rohkem elementidel, mis paiknevad [[lantaan]]i (f<sup>0</sup>), [[gadoliinium]]i (f<sup>7</sup>) ja [[luteetsium]]i (f<sup>14</sup>) läheduses. Variatsioonide esinemise põhjuseks on stabiilse f-oleku saavutamine. Näiteks on euroopiumi põhioleku [[elektronkonfiguratsioon]] [Xe]''6''s<sup>2</sup>''5''d<sup>0</sup>''4''f<sup>7</sup> ning stabiilse f<sup>7</sup> oleku säilitamiseks võib juhtuda, et element loovutada ainult 6s<sup>2</sup> elektronid. Sarnaselt [[euroopium]]ile saab selgitada ka [[üterbium]]i +2 oksüdatsiooniastme tekkimist. Varasemalt arvati, et +2 oksüdatsiooniaste on võimalik ainult [[euroopium]]il, [[üterbium]]il ja [[samaarium|samaariumil,]] kuid on selgunud, et ka teistel lantanoididel võib selline oksüdatsiooniaste esineda. Siiski on +2 oksüdatsiooniaste vähepüsiv võrreldes +3 olekuga.<ref name=":0" />
Lantanoidide sarnane ioonraadius muudab nende üksteisest eraldamise looduslikest [[maak]]idest ja segudest keeruliseks. Kuna lantanoidide [[ioon]]idel on natuke erinev raadius, on nende [[soolad]]e [[võreenergia]] ja ioonide [[hüdratatsioonienergia]] erinevad, mille tõttu on lantanoididel natuke erinev [[lahustuvus]]. Seda kasutatakse nende eraldamiseks. Eraldamisviisid võib jagada neljaks: keemiline eraldamine, fraktsioneeriv kristallisatsioon, [[ekstraheerimine]] ja [[ioonivahetus]].<ref name="elements" /><ref name="Ln" />
 
Võimalik on ka +4 oksüdatsiooniastme esinemine. Selline oksüdatsiooniaste on kõige iseloomulikum [[tseerium]]ile, aga võib esineda ka [[praseodüüm]]i puhul. Tseerium loovutab sellise oleku saavutamiseks kõik oma väliskihi elektronid ning tekib stabiilne (f<sup>0</sup>) olek. Element moodustab +4 oksüdatsiooniastmega mitmeid ühendeid ning näiteks [[hapnik]]uga reageerimisel tekib pigem CeO<sub>2</sub> kui Ce<sub>2</sub>O<sub>3,</sub> mis annab märku +4 oksüdatsiooniastme stabiilsusest. Pr(IV) on küllalt vähepüsiv [[oksüdeerija]].<ref name=":0" />
===Keemiline eraldamine===
 
=== Ionisatsioonienergiad ===
Lantanoidide keemilisel eraldamisel kasutatakse ebatavalisi oksüdatsiooniastmeid. Lantanoidide soolade [[redutseerimine|redutseerimisel]] [[tsink]] [[amalgaam]]iga redutseerub +2 oksüdatsiooniastmesse ainult Eu<sup>3+</sup> ioon ning see (Eu<sup>2+</sup>) sadestatakse [[Sulfaadid|sulfaadina]] EuSO<sub>4</sub>.<ref name="Ln" />
Lantanoidide [[ionisatsioonienergia]]id võib võrrelda [[alumiinium]]i omaga. Alumiiniumi esimese kolme elektroni eemaldamise energia on 5139 kJ/mol, lantanoidide omad jäävad vahemikku 3455–4186 kJ/mol. Euroopiumi ionisatsioonienergia on suurim. See [[korrelatsioon|korreleerub]] lantanoidide reaktsioonivõimega<ref name="Ln" />. Euroopiumi ja üterbiumi suur ionisatsioonienergia on seotud vastavalt 4f alakihi pooliku või täieliku täitumisega. Sellised konfiguratsioonid suurendavad stabiilsust ja ionisatsioonienergia suureneb.
=== Reaktsioonivõime ===
[[Fail:Lighter flint spark trails.png|pisi|220x220px|Ferrotseeriumist tulepulga sädemed.]]Lantanoidid on keemiliselt küllaltki aktiivsed, nad järgnevad oma [[keemiline aktiivsus|aktiivsus]]elt [[leelismuldmetallid]]ele. Nad reageerivad juba [[õhuhapnik]]u ja õhuniiskusega, moodustades vastavaid [[oksiid]]e ja [[hüdroksiid]]e. Happega reageerides tõrjuvad nad välja vesiniku ning moodustavad vastava soola. Mõned aktiivsust iseloomustavad reaktsioonid:
 
Õhuhapnikuga:              4 Ln  +  3 O<sub>2</sub> = 2 Ln<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
===Fraktsioneeriv kristallisatsioon===
 
Vees:                    2 Ln  + 6 H<sub>2</sub>O= 2 Ln(OH)<sub>3</sub> + 3 H<sub>2</sub>
Ajalooliselt on lantanoidide üksteisest eraldamiseks kasutatud fraktsioneerivat kristallisatsiooni, mis kasutab ära nende soolade (näiteks [[bromaat]]ide ja [[etüülsulfaat]]ide) natuke erinevat lahustuvust. Luteetsiumi avastaja [[Charles James]] sooritas [[1911]]. aastal 15 tuhat rekristalliseerimist, et saada puhast [[tuulium]]bromaati.<ref name="Ln" />
 
Happes:                         2 Ln + 6 HCl = 2 LnCl<sub>3</sub> + 3 H<sub>2</sub>
===Ekstraheerimine===
 
[[Halogeen]]idega:             2 Ln + 3 Hal<sub>2</sub> = 2 LnHal<sub>3</sub>
Tööstuslikult eraldatakse lantanoide üksteisest [[ekstraheerimine|ekstraheerimise]] teel. Tavaliselt kasutatakse selleks [[Nitraadid|nitraatide]] [[vesilahus]]eid ja orgaanilise faasina [[petrooleum]]i, mis sisaldab [[tri-n-butüülfosfaat]]i. Moodustunud komplekside tugevus suureneb ioonraadiuse vähenedes, seega lahustuvus orgaanilises faasis suureneb.<ref name="elements" />
 
Kuumutamisel reageerivad lantanoidid ka [[lämmastik|N<sub>2</sub>]], [[väävel|S]], [[süsinik|C]], [[räni|Si]], [[fosfor|P]], [[vesinik|H<sub>2</sub>]] ja teiste [[mittemetall]]idega.
===Ioonvahetuskromatograafia===
 
Pulbrilisel kujul on lantanoidid [[pürofoorsus|pürofoorsed]] ning selle omaduse tõttu leiavad nad kasutust [[välgumihkel|välgumihklites]] ja tulepulkades. Täpsemalt kasutatakse tulepulga valmistamisel [[ferrotseerium]]it ehk põhiosas [[tseerium]]ist ja [[lantaan]]ist koosnevat metallisegu, mille süttimisomadused on väga head. <ref name=":0" />
[[Ioonivahetuskromatograafia]] ei ole lantanoidide eraldamisel tööstusliku tähtsusega. Meetodit hakati arendama pärast [[Manhattani projekt]]i, kuna lantanoidide [[radioaktiivsus|radioaktiivseid]] [[isotoop]]e sooviti eraldada [[uraan]]ist. Avastati, et kui Ln<sup>3+</sup> ioonid [[adsorptsioon|adsorbeeritakse]] katioonvahetusvaigul ja töödeldakse kompleksimoodustajaga, näiteks [[sidrunhape|sidrunhappega]], siis suurema aatomnumbriga katioonid [[elueerumine|elueeruvad]] varem kui väiksema aatomnumbriga katioonid. Anioonne ligand seostub kõige tugevamini kõige raskema (ja väiksema) katiooniga, millel on kõige suurem [[tihedus]]. Selle meetodi puuduseks on piikide kattumine suurematel kontsentratsioonidel.<ref name="Ln" />
 
==Keemilised ühendid==
===Ln(III) ühendid===
 
Kolmevalentsed ioonid on kõvad [[aktseptor]]id ja seega moodustavad stabiilsemaid [[kompleksühend|komplekse]] liganditega, mille doonoriks on hapnik vaba [[elektronpaar]]iga, kui liganditega, kus doonoriks on [[lämmastik]]. Suuremad ioonid perioodi alguses moodustavad vesilahustes komplekse, mille [[koordinatsiooniarv]] on 9 [Ln(H<sub>2</sub>O)9]<sup>3+</sup>, ja väiksemad ioonid komplekse koordinatsiooniarvuga 8 [Ln(H<sub>2</sub>O)8]<sup>3+</sup>. Kompleksid monodentaatsete liganditega on üldiselt nõrgad, kuna vee [[molekul]]e on raske esimesest koordinatsioonisfäärist välja tõrjuda. Tugevamad kompleksid moodustuvad [[kelaadid|kelaatsete]] ligandidega.<ref name="Ln" />
 
===Hüdriidid===
 
Lantanoidid reageerivad [[eksotermiline reaktsioon|eksotermiliselt]] [[vesinik]]uga, moodustades [[elektrijuhtivus|elektrit juhtivad]] di[[hüdriid]]e üldvalemiga LnH<sub>2</sub>. Edasisel reaktsioonil vesinikuga moodustub trihüdriid, mis ei juhi elektrit ja sarnaneb rohkem soolaga. Trihüdriidide tekkel suureneb ruumala 8–10%. Seda muutust seostatakse laengu suurema lokaliseerumisega vesiniku [[aatom]]itele, mis muutuvad omadustelt rohkem [[anioon]]seks.<ref name="AAgAL" /> Hüdriidid on suure reaktsioonivõimega, kuna H<sup>-</sup> [[hüdrolüüs]]ub kergesti.<ref name="Ln" />
 
===Haliidid===
 
Kõik lantanoidid moodustavad tri[[haliidid|haliide]] [[fluor]]i, [[kloor]]i, [[broom]]i ja [[jood]]iga. Neil kõigil on kõrge [[sulamistemperatuur]] ja ioonilised omadused.<ref name="elements" /> [[Fluoriid]]id lahustuvad vees vähesel määral ega reageeri õhuhapnikuga. Kloori, broomi ja joodi ühendid lahustuvad vees hästi ning kõrgetel temperatuuridel moodustavad [[Oksohaliidid|oksohaliide]].<ref name="fDdzx" /> Gaasifaasis on trihaliidid tasapinnalised, kergemad lantanoidid moodustavad vähem [[dimeer]]e kui raskemad. Dimeeride struktuur sarnaneb Al<sub>2</sub>Cl<sub>6</sub> omaga.<ref name="p8ULE" />
 
Teadaolevalt moodustavad tetrahaliide tseerium, praseodüüm ja [[terbium]].<ref name="elements" />
 
==Füüsikalised omadused==
97. rida ⟶ 93. rida:
|Keemistemperatuur (°C)
|3469 || 3468 || 3127 || 3027 || 3000 || 1900 || 1429 || 3000 || 2800 || 2600 || 2600 || 2900 || 1727 || 1427 || 3327
|-
|Ln raadius (pm)||188 ||183 ||182 ||181 ||181 || 180|| 199 ||180|| 178 ||177 ||176 ||175|| 174 ||194 ||173
|-
|Ln<sup>3+</sup> raadius (pm)||116 ||114 ||113 ||111 ||109|| 109|| 107 ||105 ||104 ||103|| 102 ||100 ||99 ||99 ||98
 
|}
 
LantanoidideLantanoidid on raskesti sulavad hõbevalged metallid. Nende sulamistemperatuur suureneb perioodis vasakult paremale (lantaan (920 °C) – luteetsium (1622 °C)) ning sõltub 6s, 5p ja 4f orbitaalide [[hübidisatsiooniaste|hübridisatsiooniastmest]]. Kõige madalam sulamistemperatuur (795 °C) on tseeriumil, kuna tema vastavad orbitaalid on kõige rohkem hübridiseerunud.<ref name="85V6Y" /> Lantanoidid on pehmed metallid, nende [[kõvadus]] suureneb perioodispiki perioodi. Euroopium on kõige väiksema tihedusega (5,264 g/cm³) ja suurima [[metalliline raadius|metallilise raadiusega]] (208,4199 pm) lantanoid. Seda saab võrrelda [[baarium]]iga, mille metalliline raadius on 222 pm. Arvatakse, et euroopiumi aatom sisaldab suuremaid Eu<sup>2+</sup> ioone ja et tema [[juhtivustsoon]]is on ainult 2 elektroni. Sarnane seletus on antud üterbiumi suurele aatomiraadiusele 193,3194 pm.<ref name="elements" />
 
Lantanoididele on omane suhteliselt suur [[eritakistus]] 29–134 Ω•cm. Võrdluseks alumiiniumi eritakistus on 2,655 Ω•cm. Lantanoidid on [[paramagnetism|paramagnetilised]], välja arvatud lantaan, üterbium ja luteetsium, millel ei ole paardumata f-elektrone. [[Gadoliinium]] muutub [[ferromagnetism|ferromagnetiliseks]] temperatuuril alla 16 °C ([[Curie punkt]]). Raskemad lantanoidid terbiumist tuuliumini muutuvad ferromagnetiliseks palju madalamal temperatuuril.
 
=== Lantanoidne kontraktsioon ===
Lantanoidsed kontratsiooniks nimetatakse lantanoidide raadiuse vähenemist piki perioodi [[lantaan]]ist [[luteetsium]]ini. [[Perioodilisustabel]]is piki perioodi edasi liikudes vähenevad kõigi elementide raadiused efektiivse tuumalaengu suurenemise tõttu, kuid lantanoidide korral on raadiuse muutumine suurem, kui esialgu oskaks oodata. Raadiuse intensiivsem vähenemine on tingitud sellest, et juurdetulevad f-eletronid [[varjestus|varjestavad]] üksteist väga vähesel määral võrreldes näiteks s-, p- ja d-elektronidega ning seetõttu on välimiste kihtide elektronidele mõjuv efektiivne tuumalaeng palju suurem. Kontraktsioon leiab aset nii aatomi- kui ka iooniraadiuste puhul.<ref name=":1">{{Raamatuviide|autor=C. E. Housecroft, A. G. Sharpe|pealkiri=Inorganic Chemistry (second edition)|aasta=2005|koht=|kirjastus=Pearson Education Limited|lehekülg=744-746}}</ref>
 
=== Spektroskoopilised omadused ===
Ln<sup>3+</sup> ioonide spektrid sisaldavad enamasti paljusid neelduvuspiike ning neid põhjustavad põhiliselt 4f-4f üleminekud. 4f-4f üleminekud erinevad tüüpilistest UV-Vis üleminekutest selle poolest, et tekkivad piigid on kitsad ja karakteristlikud vastavale ioonile. Piigid on kitsad seepärast, et 4f-elektronid paiknevad alles väljastpoolt kolmandas [[elektronkiht|elektronkihis]] ning nad on hästi [[varjestus|varjestatud]]. Seetõttu ei ole toimuvad elektronüleminekud mõjutatud keskkonnast ja [[solvent|solvendist]] ning iooniga kompleksi moodustavatest [[ligand]]idest. Neelduvuspiikide intensiivsused on madalad, mis tähendab, et f-f elektronüleminekute toimumine ei ole väga tõenäoline (tegemist on Laporte-keelatud üleminekutega). Toimuda võivad ka 4f-5d üleminekud, mis on samuti keelatud. Nende neelduvuspiigid on sarnasemad d-d elektronüleminekutele, sest nad on laiad ning mõjutatud keskkonnast ja ligandist. Lantanoidide ühendid leiavad oma kitsaste 4f-4f neelduvuspiikide tõttu kasutust näiteks [[fosfoor]]ide koostises.<ref name=":1" />
[[Fail:050euro-uv.jpg|pisi|50-eurone rahatäht UV-valguse all. Eu3+ ioonid panevad tindi punaselt heledama.]]
 
=== Fluorestsentsomadused ===
Ergastades lantanoidide Ln<sup>3+</sup> komplekse UV-kiirgusega, hakkavad paljud neist kiirgama [[fluorestsents]]kiirgust. Mõne ühendi jaoks on fluorestsentsi tekkeks tarvis madalamaid temperatuure. Fluorestsentsi kiirgamise võime tõttu leiavad lantanoidid kasutust telerite fosfoorides ja fluorestsentsvalgustites. Fluorestsentskiirgus tekib tänu 4f-4f elektronüleminekutele, mis saavad toimuda kõigis olekutes peale f<sup>0</sup>, f<sup>7</sup> ja f<sup>14</sup>. Peale kiirguse neelamist on Ln<sup>3+</sup> ioon ergastunud ning saab põhiolekusse tagasi minna fluorestsentsi kiirates või mittekiirguslikult relakseerudes. Kommertsiaalselt on oma fluorestsentsomaduste tõttu olulisimad Nd<sup>3+</sup>, Eu<sup>3+</sup> ja Tb<sup>3+</sup>. Nd<sup>3+</sup> leiab kasutust Nd:YAG [[laser]]ites, Eu<sup>3+</sup> ja Tb<sup>3+</sup> komplekse kasutatakse näiteks nutiseadmete ekraanides vastavalt punase ja rohelise kiirguse tekitamiseks.<ref name=":1" /> Teada on, et Eu<sup>3+</sup> ioone kasutatakse ka euro rahatähtede turvaelementide koostises.<ref name="Ln" />
[[Fail:Bluthirnschranke nach Infarkt nativ und KM.png|pisi|280x280px|Kontrastaine mõju MRT uuringule: rabanduse saanud patsiendi ajust tehtud pilt vasakul ilma kontrastaineta ning paremal kontrastainega.]]
 
=== Magnetilised omadused ===
Kuna lantanoididel on seitse 4f-[[orbitaal]]i, siis paardumata elektronide arv võib olla kuni 7, mis põhjustab lantanoidide suure [[magnetmoment|magnetmomendi]]. Magnetmomendi mõõtmist saab kasutada 4f elektronide paiknemise uurimiseks aatomis.<ref name="gjPbp" /> Lantanoidid on paardumata elektronide tõttu ka [[paramagnetism|paramagnetilised]], välja arvatud lantaan, üterbium ja luteetsium, millel paardumata f-elektrone ei esine. [[Gadoliinium]] muutub [[ferromagnetism|ferromagnetiliseks]] temperatuuril alla 16 °C ([[Curie punkt]]). Raskemad lantanoidid [[terbium]]ist [[tuulium]]ini muutuvad ferromagnetiliseks palju madalamal temperatuuril. Heade magnetiliste omaduste tõttu leiavad lantanoidid kasutust magnetite koostises, samuti [[magnetresonantstomograafia|MRT]] kontrastainetes.<ref name="Ln" /> Kontrastaines on Gd<sup>3+</sup> seotud kompleksi ning selle verre süstimisel on võimalik MRT pildiga tuvastada, kas kusagil kehas on verejooks või blokaad.
 
==Keemilised ühendid==
===Lantanoidide(III) ühendid===
Tuntakse paljusid lantanoidide (III) binaarseid ühendeid ning mitmeid erinevaid soolasid.
 
==== Oksiidid ====
Oksiide iseloomustavad suured [[tekkesoojus]]ed ning kõrged [[sulamistemeratuur|sulamispunktid]] (2000 <sup>o</sup>C juures). Viimase omaduse pärast kasutatakse neid tulekindla keraamika valmistamisel värvainetena, sest neil on mitmeid erinevaid värvusi. Lantanoidide (III) oksiidid vees ei lahustu, kuid reageerivad sellega ja moodustavad hüdroksiide. Lämmastik- ning soolhappes oksiidid lahustuvad, aga kuumutamisel kaotavad sarnaselt [[alumiiniumoksiid]]ile oma keemilise aktiivsuse. [[Leelis]]tega reaktsiooni ei toimu.<ref name=":0" />
 
==== Hüdroksiidid ====
Hüdroksiidid Ln(OH)<sub>3</sub> on vees raskesti lahustuvad [[amorfne aine|amorfsed]] sademed, mille aluselisus mõnevõrra väheneb aatomiraadiuse vähenedes piki perioodi. Samuti väheneb sama trendi järgides hüdroksiidide lahustuvus ja termiline püsivus.<ref name=":0" />
 
==== Kompleksid ====
Kolmevalentsed ioonid on kõvad [[aktseptor]]id ja seega moodustavad stabiilsemaid [[kompleksühend|komplekse]] ligandidega, mille doonoriks on hapnik vaba [[elektronpaar]]iga, kui ligandidega, kus doonoriks on [[lämmastik]]. Suuremad ioonid perioodi alguses moodustavad vesilahustes komplekse, mille [[koordinatsiooniarv]] on 9 [Ln(H<sub>2</sub>O)9]<sup>3+</sup>, ja väiksemad ioonid komplekse koordinatsiooniarvuga 8 [Ln(H<sub>2</sub>O)8]<sup>3+</sup>. Kompleksid monodentaatsete ligandidega on üldiselt nõrgad, kuna vee [[molekul]]e on raske esimesest koordinatsioonisfäärist välja tõrjuda. Tugevamad kompleksid moodustuvad [[kelaadid|kelaatsete]] ligandidega.<ref name="Ln" />
 
===Hüdriidid===
 
Lantanoidid reageerivad [[eksotermiline reaktsioon|eksotermiliselt]] [[vesinik]]uga, moodustades [[elektrijuhtivus|elektrit juhtivad]] di[[hüdriid]]e üldvalemiga LnH<sub>2</sub>. Edasisel reaktsioonil vesinikuga moodustub trihüdriid, mis ei juhi elektrit ja sarnaneb rohkem soolaga. Trihüdriidide tekkel suureneb ruumala 8–10%. Seda muutust seostatakse laengu suurema lokaliseerumisega vesiniku [[aatom]]itele, mis muutuvad omadustelt rohkem [[anioon]]seks.<ref name="AAgAL" /> Hüdriidid on suure reaktsioonivõimega, kuna H<sup>-</sup> [[hüdrolüüs]]ub kergesti.<ref name="Ln" />
 
===Haliidid===
 
Kõik lantanoidid moodustavad tri[[haliidid|haliide]] [[fluor]]i, [[kloor]]i, [[broom]]i ja [[jood]]iga. Neil kõigil on kõrge [[sulamistemperatuur]] ja ioonilised omadused.<ref name="elements" /> [[Fluoriid]]id lahustuvad vees vähesel määral ega reageeri õhuhapnikuga. Kloori, broomi ja joodi ühendid lahustuvad vees hästi ning kõrgetel temperatuuridel moodustavad [[Oksohaliidid|oksohaliide]].<ref name="fDdzx" /> Gaasifaasis on trihaliidid tasapinnalised, kergemad lantanoidid moodustavad vähem [[dimeer]]e kui raskemad. Dimeeride struktuur sarnaneb Al<sub>2</sub>Cl<sub>6</sub> omaga.<ref name="p8ULE" />
 
Teadaolevalt moodustavad tetrahaliide tseerium, praseodüüm ja [[terbium]].<ref name="elements" />
 
==Lantanoidide eraldamine==
 
Lantanoidide sarnane ioonraadius muudab nende üksteisest eraldamise looduslikest [[maak]]idest ja segudest keeruliseks. Kuna lantanoidide [[ioon]]idel on natuke erinev raadius, on nende [[soolad]]e [[võreenergia]] ja ioonide [[hüdratatsioonienergia]] erinevad, mille tõttu on lantanoididel natuke erinev [[lahustuvus]]. Seda kasutatakse nende eraldamiseks. Eraldamisviisid võib jagada neljaks: keemiline eraldamine, fraktsioneeriv kristallisatsioon, [[ekstraheerimine]] ja [[ioonivahetus]].<ref name="elements" /><ref name="Ln" />
 
===Keemiline eraldamine===
 
Lantanoidide keemilisel eraldamisel kasutatakse ebatavalisi oksüdatsiooniastmeid. Lantanoidide soolade [[redutseerimine|redutseerimisel]] [[tsink]] [[amalgaam]]iga redutseerub +2 oksüdatsiooniastmesse ainult Eu<sup>3+</sup> ioon ning see (Eu<sup>2+</sup>) sadestatakse [[Sulfaadid|sulfaadina]] EuSO<sub>4</sub>.<ref name="Ln" />
 
===Fraktsioneeriv kristallisatsioon===
 
Ajalooliselt on lantanoidide üksteisest eraldamiseks kasutatud fraktsioneerivat kristallisatsiooni, mis kasutab ära nende soolade (näiteks [[bromaat]]ide ja [[etüülsulfaat]]ide) natuke erinevat lahustuvust. Luteetsiumi avastaja [[Charles James]] sooritas [[1911]]. aastal 15 tuhat rekristalliseerimist, et saada puhast [[tuulium]]bromaati.<ref name="Ln" />
 
===Ekstraheerimine===
 
Tööstuslikult eraldatakse lantanoide üksteisest [[ekstraheerimine|ekstraheerimise]] teel. Tavaliselt kasutatakse selleks [[Nitraadid|nitraatide]] [[vesilahus]]eid ja orgaanilise faasina [[petrooleum]]i, mis sisaldab [[tri-n-butüülfosfaat]]i. Moodustunud komplekside tugevus suureneb ioonraadiuse vähenedes, seega lahustuvus orgaanilises faasis suureneb.<ref name="elements" />
 
===Ioonvahetuskromatograafia===
 
[[Ioonivahetuskromatograafia]] ei ole lantanoidide eraldamisel tööstusliku tähtsusega. Meetodit hakati arendama pärast [[Manhattani projekt]]i, kuna lantanoidide [[radioaktiivsus|radioaktiivseid]] [[isotoop]]e sooviti eraldada [[uraan]]ist. Avastati, et kui Ln<sup>3+</sup> ioonid [[adsorptsioon|adsorbeeritakse]] katioonvahetusvaigul ja töödeldakse kompleksimoodustajaga, näiteks [[sidrunhape|sidrunhappega]], siis suurema aatomnumbriga katioonid [[elueerumine|elueeruvad]] varem kui väiksema aatomnumbriga katioonid. Anioonne ligand seostub kõige tugevamini kõige raskema (ja väiksema) katiooniga, millel on kõige suurem [[tihedus]]. Selle meetodi puuduseks on piikide kattumine suurematel kontsentratsioonidel.<ref name="Ln" />
 
==Kasutamine==
 
Lantanoididel on väga palju erinevaid kasutusvaldkondi oma eriliste omaduste tõttu ning nõudlus nende järgi aina kasvab. Heade magnetiliste omaduste tõttu leiavad nad kasutust ülitugevate magnetite koostises ning näiteks ka [[magnetresonatstomograafia|MRT]] uuringutes kasutatavate kontrastainete koostises<ref name="Ln" />. Katalüütiliste omaduste tõttu kasutatakse neid muuhulgas bensiini tootmise protsessi juures <ref name=":2" /> ning sõidukite heitgaaside kahjutus muutmisel. Suurel hulgal kasutatakse neid klaasitööstuses erinevate värvuste ja omadustega klaaside tootmisel<ref>{{Raamatuviide|autor=H. Karik|pealkiri=Leiutised ja avastused keemias|aasta=2009|koht=|kirjastus=Kirjastus Ilo|lehekülg=387}}</ref>, samuti optika poleerimisel. Veel kasutatakse lantanoide [[luminests]]entsomaduste tõttu fosfoorides, nutiseadmetes, telerite ekraanides. Erinevate lantanoidide ühendite eri värvuste ja kõrgete sulamistemperatuuride tõttu kasutatakse neid tulekinda keraamika valmistamisel.<ref name=":2">{{Netiviide|Autor=Canadian Rare Earth Elements Network|URL=http://www.cim.org/en/RareEarth/Home/GlobalUseofREEs|Pealkiri=Global use of REE|Väljaanne=|Aeg=|Kasutatud=4.11.2017}}</ref><ref name=":0" />
Lantanoididel ja nende ühenditel on mitu kasutusvaldkonda, kuid kasutamise kogused on väiksed. Aastas kasutatakse [[katalüsaator]]itena ja [[prillid]]e tootmisel 15 tuhat tonni lantanoide, mis on umbes 85% kogutoodangust.<ref name="JtwHZ" /> Lantanoide kasutatakse veel [[ülijuht]]ides, [[magnet]]ites, [[Magneesiumisulamid|magneesiumisulamites]], Nd:YAG [[laser]]is [[pöördhõive|pöördhõibe]] tekitamiseks ja [[luminestsents|luminestseeruvates]] materjalides.
 
== Viited ==
112. rida ⟶ 170. rida:
<ref name="elements">N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Butterworth-Heinemann, 1997, pp. 1230–1242.</ref>
<ref name="gjPbp">M. N. Bochkarev, I. L. Fedushkin, A. A. Fagin, T. V. Petrovskaya1, J. W. Ziller, R. N. R. Broomhall-Dillard, W. J. Evans, Synthesis and Structure of the First Molecular Thulium(II) Complex: [TmI2(MeOCH2CH2OMe)3]. Angewandte Chemie International Edition in English, 36 (1997) 133–135</ref>
 
<ref name="OioHZ">M. R. MacDonald, J. E. Bates, J.W. Ziller, F. Furche, W. Evans, Completing the Series of +2 Ions for the Lanthanide Elements: Synthesis of Molecular Complexes of Pr, Gd, Tb, and Lu. Journal of the American Chemical Society 135 (2013) 9857–9868</ref>
<ref name="AAgAL">Y. Fukay, The Metal-Hydrogen System, Basic Bulk Properties, 2nd edition, Springer, 2005</ref>
<ref name="fDdzx">J.M.Haschke, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Vol. 4, North Holland Publishing Company, 1979, lk. 100–110</ref>
<ref name="p8ULE">K. Attila, Structure and Vibrations of Lanthanide Trihalides: An Assessment of Experimental and Theoretical Data. Journal of Physical and Chemical Reference Data 33 (2004) 337</ref>
<ref name="85V6Y">N. Krishnamurthy, C. K. Gupta, Extractive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, 2004</ref>
<ref name="JtwHZ">Ian McGill "Rare Earth Elements" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a22 607</ref>
}}