Lantanoidid: erinevus redaktsioonide vahel

Kuna lantanoidid on omadustelt üksteiseleüksteisega väga sarnased, oli nende klassifitseerimine ja esialgne eraldamine keeruline.<ref name="Ln" />

Lantanoidid on keemilistelt omadustelt üksteiselüksteisega väga sarnased ning seda just seepärast, et neil lisandub elektrone f-kihti, mis keemilisi omadusi praktiliselt ei mõjuta.

Lantanoidide [[elektronkonfigutratsioon|elektronkonfiguratsioon]]i saab väljendada kujul [Xe] ''6''s²''5''d^0..1''4''f^2..14. Neil lisandub [[elektron]]e väljastpoolt kolmandale nivoole ehk 4f-nivoole, aga väliskihi elektronide arv ei muutu (6s²) ning enamikelenamikul on ka eelviimane 5d elektronkiht püsivalt ühtmoodi. 4f-alanivoo moodustavad seitse f-orbitaali, millele mahub kokku neliteist elektroni.

Lantanoidide puhul on oluline ka asjaolu, et 4f-kihist saab üks elektron küllaltki nõrga ergastuse korral minna üle 5d-kihti, tekitades stabiilse 5d¹-oleku. Selline ergastus ka tavatingimustes toimub. Ülejäänud 4f-elektronid on 5s²- ja 5p⁶-elektronide poolt varjestatud ning eiega avalda mõju lantanoidide keemilistele omadustele. Seega määravad keemilised omadused peamiselt kahes väliskihis paiknevad 6s²5d¹ elektronid, mistõttu on lantanoidide omadused üksteiseleüksteisega väga sarnased.<ref name=":0">{{Raamatuviide|autor=N. S. Ahmetov|pealkiri=Anorgaaniline keemia|aasta=1974|koht=|kirjastus=Valgus|lehekülg=515-521}}</ref>

Lantanoididele on kõige iseloomulikum [[oksüdatsiooniaste]] +3, mis tekib kahe väliskihi [[elektron]]ide (6s² 5d¹) loovutamisel. Lisaks võivad neil esineda oksüdatsiooniastmed +4 ja +2. Sellised variatsioonid esinevad kõige rohkem elementidel, mis paiknevad [[lantaan]]i (f⁰), [[gadoliinium]]i (f⁷) ja [[luteetsium]]i (f¹⁴) läheduses. Variatsioonide esinemise põhjuseks on stabiilse f-oleku saavutamine. Näiteks on euroopiumi põhioleku [[elektronkonfiguratsioon]] [Xe]''6''s²''5''d⁰''4''f⁷ ning stabiilse f⁷ oleku säilitamiseks võib juhtuda, et element loovutada ainult 6s² elektronid. Sarnaselt [[euroopium|euroopiumiga]]ile saab selgitada ka [[üterbium]]i +2 oksüdatsiooniastme tekkimist. VarasemaltVarem 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" />

Õhuhapnikuga:              4 Ln  +  3 O₂ = 2 Ln₂O₃

Vees:                    2 Ln  + 6 H₂O= 2 Ln(OH)₃ + 3 H₂

Ln³⁺ 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 elektronüleminekuteleelektronüleminekutega, 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" />

Ergastades lantanoidide Ln³⁺ 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 f⁰, f⁷ ja f¹⁴. Peale kiirguse neelamist on Ln³⁺ ioon ergastunud ning saab põhiolekusse tagasi minna fluorestsentsi kiirates või mittekiirguslikult relakseerudes. Kommertsiaalselt on oma fluorestsentsomaduste tõttu olulisimad Nd³⁺, Eu³⁺ ja Tb³⁺. Nd³⁺ leiab kasutust Nd:YAG [[laser]]ites, Eu³⁺ ja Tb³⁺ komplekse kasutatakse näiteks nutiseadmete ekraanides vastavalt punase ja rohelise kiirguse tekitamiseks.<ref name=":1" /> Teada on, et Eu³⁺ ioone kasutatakse ka euro rahatähtede turvaelementide koostises.<ref name="Ln" />

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 Gd³⁺ seotud kompleksi ning selle verre süstimisel on võimalik MRT -pildiga tuvastada, kas kusagil kehas on verejooks või blokaad.

Tuntakse paljusid lantanoidide (III) binaarseid ühendeid ningja mitmeid erinevaid soolasid.

Oksiide iseloomustavad suured [[tekkesoojus]]ed ningja kõrged [[sulamistemeratuur|sulamispunktid]] (2000 ^oC 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- ningja soolhappes oksiidid lahustuvad, aga kuumutamisel kaotavad sarnaselt [[alumiiniumoksiid|alumiiniumoksiidiga]]ile oma keemilise aktiivsuse. [[Leelis]]tega reaktsiooni ei toimu.<ref name=":0" />

Lantanoididel on väga palju erinevaid kasutusvaldkondi oma eriliste omaduste tõttu ning nõudlus nende järgijärele 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 muutmiselkahjutustamise. Suurel hulgal kasutatakse neid klaasitööstuses erinevateeri värvustevärvusee 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" />