Lanthanoide
Lanthanoide (Lanthanähnliche) ist eine Gruppenbezeichnung ähnlicher Elemente. Zugerechnet werden ihr das Lanthan und die 14 im Periodensystem folgenden Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Eigentlich zählt Lanthan nicht zu den Lanthanähnlichen. Hier folgt die Nomenklatur der IUPAC aber dem praktischen Gebrauch. Die Verwendung der alten Bezeichnung Lanthanide ist weiterhin erlaubt [1]. Alle Lanthanoide sind Metalle und werden auch als Elemente der Lanthanreihe bezeichnet.
Die Lanthanoide (früher: Lanthanide) sind silbrig-glänzende, relativ weiche und reaktionsfreudige Metalle. An der Luft oxidieren sie schnell und werden matt. Im Wasser zersetzen sie sich mehr oder weniger schnell unter Freisetzung von Wasserstoffgas.
Sie werden auch als Metalle der seltenen Erden bezeichnet. Dieser Name ist aber insofern verwirrend, weil die Elemente dieser Gruppe mit Ausnahme des instabilen Promethiums keineswegs so selten sind, wie es suggeriert wird. So ist beispielsweise Cer in der Natur häufiger als die Elemente Arsen oder Blei. Am Aufbau der Erdkruste sind sie zu 0,02 Gewichtsprozent beteiligt. Es handelt sich um insgesamt 14 Elemente der 6. Periode, die als Untergruppe der 3. Nebengruppe aufgefasst werden können.
Aufgrund der ähnlichen Struktur der Valenzschale verhalten sich die Lanthanoide chemisch wie die Elemente der 3. Gruppe der Periodensystems Scandium und Yttrium und bilden mit diesen zusammen die Gruppe der Seltenen Erden.
Die Lanthanoide gehören wie die Actinoide zu den inneren Übergangselementen oder f-Block-Elementen, da in diesen Reihen die f-Orbitale nicht vollständig mit Elektronen gefüllt sind.
Beginnend bei Cer wird das 4f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lutetium schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Da die 4f-Orbitale tief im Innern der Atome liegen, nehmen sie im Gegensatz zu den d-Orbitalen der übrigen Nebengruppenelemente wenig Einfluss auf das chemische Verhalten. Die Lanthanoiden-Elemente sind sich somit in ihren chemischen Eigenschaften relativ ähnlich. Sie gleichen sich so sehr, dass man sie bei der Entdeckung der Yttererde 1794 sogar für das Oxid ein und des selben Elements hielt. Das gleiche gilt für die zahlreichen Bestandteile der Ceriterde. Gemeinsam ist ihnen die Oxidationszahl +3. Daneben treten bei einigen Elementen noch die Oxidationszahlen +2 und +4 auf. Alle weisen die für Metalle typische dichteste Kugelpackung auf. Die Härte nimmt mit steigender Ordnungszahl zu.
Lanthanoiden-Kontraktion
Aufgrund der sogenannten Lanthanoiden-Kontraktion nimmt der Ionenradius innerhalb der Reihe von Cer (107 pm, 3+) bis Lutetium (85 pm, 3+) stetig ab. Dies lässt sich durch die unvollständige Abschirmung der zunehmenden Kernladung gegenüber den 4f-Valenzelektronen erklären, die, obwohl sehr diffus und im Normalfall in relativ großer Entfernung vom Kern gelegen, stärker zum Kern hingezogen werden, wodurch das Atomvolumen "kontrahiert".
Vorkommen
Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit kommen die Lanthanoiden in der Natur meist vergesellschaftet vor. Viele von ihnen können aus einem Phosphat-Mineral – dem so genannten Monazit – bzw. seiner sekundären Ablagerungen – den Monazitsanden – gewonnen werden. Weitere lanthanoidhaltige Minerale sind Xenotim, Bastnäsit und Cerit.
Quellen
- ↑ Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: Die systematische Nomenklatur der anorganischen Chemie, Berlin 1999, ISBN 354063097X und Nomenclature of Inorganic Chemistry, IUPAC Recommendations Draft March 2004