Lantanidin Sarja

KÄSITE

alareunassa jaksollisen elementtejä, erotettu tärkein elin kaavio, on kaksi riviä, joista ensimmäinen edustaa lantanidit. Koostuu lantaanin ja 14 elementtejä lantanidin sarja, lantanidit olivat kerran kutsutaan ”harvinaisten maametallien” metallien. Itse asiassa ne eivät ole erityisen harvinaisia: monet niistä esiintyvät yhtä runsaasti kuin tutummat elementit, kuten elohopea., Ne ovat kuitenkin vaikea purkaa, on ominaisuus, joka määrittelee niitä niin paljon kuin niiden hopeanhohtoinen väri; joskus korkea reaktiivisuus, ja herkkyys epäpuhtauksille. Vaikka jotkut lantanidit ovat rajalliset käyttää, tämän ryhmän jäsenet ovat löytäneet kaiken tupakansytyttimet TV-ruuduissa, ja värillinen lasi säätösauvat ydinreaktoreissa.

MITEN SE TOIMII

Määritellään Lantanidit

lantanidin sarja koostuu 14 elementtejä, atomic numeroita 58 71, joka seuraa lantaani on jaksollisen elementtejä., Nämä 14, yhdessä aktinideja—atomic numeroita 90-103—on asetettu syrjään jaksollisen, koska yhtäläisyyksiä ominaisuuksia, jotka määrittelevät kunkin ryhmän.

erityisesti lantanidit ja aktinidit ovat ainoat F-orbitaalit täyttävät alkuaineet. Lantanidit ja aktinidit ovat todellisuudessa siirtymämetalleina tunnetun suurperheen ”oksia”. Jälkimmäiset esiintyvät jaksollisen järjestelmän IUPAC-versiossa ryhmissä 3-12, vaikka niitä ei ole numeroitu Pohjois-Amerikan versiossa.,

lantanidin sarja on yleensä yhdistetty lantaanin, jonka järjestysluku on 57, yleisotsikon alla lantanidit. Nimensä mukaisesti lantaanisarjan Jäsenillä on tiettyjä ominaisuuksia lantaanin kanssa; tästä seuraa kollektiivinen termi ” lantanidit.”Nämä 15-elementtejä, sekä niiden kemialliset symbolit ovat:

Suurin osa näistä käsitellään erikseen tässä essee.

lantanidien ominaisuudet.

Kirkas ja hopeanhohtoinen ulkonäkö, monet lantanidit—vaikka ne ovat metallit—ovat niin pehmeitä, ne voidaan leikata veitsellä., Lantaani, cerium, praseodyymi, neodyymi, ja europium ovat erittäin reaktiivisia. Altistuessaan hapelle ne muodostavat oksidipinnoitteen. (Oksidi on metallin muodostama yhdiste hapen kanssa.) Estää tämän tuloksen, joka tahraa themetal, nämä viisi lantanideja säilytetään mineraaliöljyssä.

reaktiivinen taipumuksia muiden lantanidit vaihdella: esimerkiksi, gadolinium ja lutetium ei hapettua ennen kuin ne ovat olleet alttiina ilmalle pitkän aikaa. Lantanidit ovat kuitenkin yleensä luokkana melko ”temperamenttisia”., Jos saastuttamia muut metallit, kuten kalsium, ne syövyttävät helposti, ja jos on saastunut kanssa epämetalliatomeja, kuten typpeä tai happea, ne haurastuvat. Saastuminen vaikuttaa myös niiden kiehumispisteet, jotka vaihtelevat 1,506.2°F (819°C) ytterbium 3 025.4°F (1,663°C) lutetium.

Lantanidit reagoivat nopeasti kuuman veden kanssa tai hitaammin kylmän veden kanssa muodostaen vetykaasua. Kuten edellä todettiin, ne ovat myös melko reaktiivisia hapen kanssa, ja ne kokevat palamisen helposti ilmassa., Kun lantanidin reagoi toisen elementin muodostaa yhdiste, se yleensä menettää kolme sen uloimmat elektronit muodostavat mitä kutsutaan tripositive ionien tai atomien kanssa sähkövaraus +3. Tämä on stabiilein ioni lantanideille, joille kehittyy joskus vähemmän stabiileja +2-tai +4-ioneja. Lantanidit muodostavat yleensä ioniyhdisteitä tai yhdisteitä, jotka sisältävät joko positiivisia tai negatiivisia ioneja muiden aineiden—erityisesti fluorin-kanssa.

ovatko ne todella ”harvinaisia”?,

Vaikka he olivat aikoinaan tunnettu harvinaiset maametallit, lantanidit olivat niin kutsutaan, koska kuten näemme, niitä on vaikea ote yhdisteet, jotka sisältävät muita aineita, mukaan lukien kaikki muut lantanidit. Harvinaisuudesta taas lantanidien niukkuus, thulium, on runsaampaa kuin arseeni tai elohopea, eikä niitä varmasti kukaan ajattele harvinaisina aineina. Miljoonasosina (ppm) thuliumia on maankuoressa 0,2 ppm. Kaikkein runsas ja lantanidit, cerium, on runsaasti 46 ppm, suurempi kuin tina.,

Jos, toisaalta, harvinaisuus on selvää, ei niinkään niukkuus, mutta osalta vaikeuksia saada elementti, sen puhtaassa muodossa, niin todellakin lantanidit ovat harvinaisia. Koska niiden ominaisuudet ovat niin samanlaisia, ja koska he ovat taipuvaisia kokoontua samassa aineita, alkuperäinen eristäminen ja tunnistaminen lantanidit oli työläs tehtävä, joka kesti yli vuosisadan. Edistyminen noudatti yhteistä kaavaa.,

Ensimmäinen, kemisti tunnistaa uuden lantanidin, sitten muutamaa vuotta myöhemmin, toinen tiedemies tuli ja uutettu toinen lantanidin alkaen thesample, että ensimmäinen kemisti oli uskotaan olevan yksi elementti. Näin lantanidit syntyivät ajan myötä, kukin sitä edeltäneestä, pikemminkin kuin venäläiset matryoshka tai” pesivät ” nuket.

lantanidien uuttaminen.

Vaikka useimmat lantanidit oli ensimmäinen eristetty Skandinaviassa, tänään niitä löytyy huomattavasti lämpimämpi leveysasteilla: Brasilia, Intia, Australia, Etelä-Afrikka ja yhdysvallat., Pääasiallinen lähde lantanidit on monatsiittia, raskas, tumma hiekka, josta noin 50% lantanidin massa saatavilla tiede ja teollisuus on purettu.

jotta eri lantanidit muita elementtejä, ne ovat todella yhdistettynä muihin aineisiin—aineet, joilla on alhainen liukoisuus, tai taipumus liueta. Oksalaatit ja fluoridit ovat tähän tarkoitukseen suosittuja niukkaliukoisia aineita. Kun ne on erotettu ei-lantanidin elementtejä, ioninvaihto käytetään erottamaan yksi lantanidin elementti toisesta.,

on Olemassa selvä lasku säteiden lantanidin atomien koska ne lisäävät atomi numero: toisin sanoen, mitä suurempi järjestysluku, pienempi säde. Tämä lasku, joka tunnetaan lantanidin supistumisena, auttaa ioninvaihdon erotusprosessissa. Lantanidit sekoitetaan ioniliuokseen, minkä jälkeen ne kulkeutuvat hartsia sisältävään pitkään kolonniin. Erilaiset lantanidi-ionit sitoutuvat enemmän tai vähemmän tiukasti suhteellisesta koostaan riippuen hartsin kanssa.

tämän vaiheen jälkeen lantanidit pestään ioninvaihtopylväästä ja eri liuoksiksi., Yksitellen ne erkanevat täysin toisistaan, minkä jälkeen ne sekoitetaan happoon ja kuumennetaan oksidiksi. Tämän jälkeen oksidi muunnetaan fluoridiksi tai kloridiksi, joka voidaan pelkistää metallin muotoon kalsiumin avulla.

tosielämän SOVELLUKSIA

Historiallinen Lähestymistapa

opiskelu lantanidit, yksi voi yksinkertaisesti liikkua pitkin jaksollisen, mistä lantaanin aina lutetium., Kuitenkin, ottaen huomioon vaikeudet talteen lantanidit, yksi toinen lähestymistapa, sekä historialliset linjat auttaa ymmärtämään ainutlaatuinen paikka jokainen lantanidin vie koko perhe.

termit ”lantanidin sarja” tai jopa ”romu” ei nousta jonkin aikaa—toisin sanoen, tutkijat eivät heti tienneet, että he olivat tekemisissä koko ryhmän metalleja. Kuten usein tieteellisten löytöjen kohdalla, lantanidien eristäminen noudatti epäsäännöllistä kaavaa, eivätkä ne nousseet atomilukujärjestykseen.,

Cerium löydettiin itse asiassa jo kauan ennen lantaania itseään, kahdeksastoista vuosisadan jälkipuoliskolla. Siitä seurasi muutama vuosikymmen myöhemmin ytterite-nimisen mineraalin löytyminen, joka nimettiin Ruotsin Ytterbyn kaupungin mukaan, jonka läheltä se löydettiin vuonna 1787. Seuraavassa luvulla, useimmat jäljellä lantanidit poimittiin ytterite, ja mies eniten vastuussa tästä oli ruotsalainen kemisti Carl Gustav Mosander (1797-1858).,

Koska Mosander oli enemmän tekemistä tunnistaminen lantanidit kuin jokin yksittäinen, lähi-osa tämä historiallinen katsaus on omistettu hänen havainnot. Tunnustamista ja eristäminen lantanidit ei lopu Mosander, kuitenkin; siksi anothergroup mineraaleja käsitellään yhteydessä jälkimmäisen aikana lantanidin löytö.

varhaiset Lantanidit

CERIUM.

Vuonna 1751, ruotsalainen kemisti Axel Crönstedt (1722-1765) on kuvattu, mitä hän ajatteli oli uusi muoto, volframi, jonka hän oli löytänyt Bastnäs Minun lähellä Riddarhyttan, Ruotsi., Myöhemmin, saksalainen kemisti Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) ja ruotsalainen kemisti Wilhelm Hisinger (1766-1852) itsenäisesti analysoidaan materiaali Crönstedt oli löydetty, ja molemmat totesivat, että tämä on uusi elementti. Se nimettiin Ceriumiksi vuonna 1801 löydetyn Marsin ja Jupiterin välisen asteroidin Cereksen kunniaksi. Vasta vuonna 1875 ceriumia todella louhittiin malmista.

Joukossa sovelluksia cerium on metalliseos kutsutaan misch metallia, valmiit fuusioimalla kloridit ja cerium, lantaani, neodyymi ja praseodyymi., Saatu seos syttyy tai alle huoneenlämmössä, ja sitä käytetään usein, koska ”flint” tupakansytyttimeen, koska se kipinöitä, kun kitka metalli pyörä on sovellettu.

Cerium on myös käytetty jet moottorin osat, katalysaattorina jolloin ammoniakkia, ja kuten anti-knock agentti bensiini—että on, kemikaali, joka vähentää ”koputtaa” kuulostaa joskus tuotetaan moottorin huonompi laadut polttoainetta. Vuonna cerium (IV) oksidi, tai CeO2, sitä käytetään poimia väri aiemmin värillistä lasia, ja on myös soveltaa emali ja keraamiset pinnoitteet.

GADOLINIUM.,

Vuonna 1794, seitsemän vuotta sen jälkeen, kun löytö ytterite, suomalainen kemisti Johan Gadolin (1760-1852) katsoi, että ytterite sisälsi uuden elementin, joka oli myöhemmin nimeltään gadolinite hänen kunniakseen. Hyvin samankaltainen nimi olisi sovellettava elementti uutetaan ytterite, ja vuosien välillä Gadolin on löytämisen ja tunnistamisen tämä elementti jännitti aikana kaikkein hedelmällistä toimintaa lantanidin tunnistaminen.,

seuraavalla vuosisadalla, kaikki muut lantanidit löydettiin sisällä koostumus gadolinite; sitten, vuonna 1880, Sveitsiläinen kemisti Jean-Charles Galissard de Marignac (1817-1894) löytyi vielä toinen elementti piilossa. Ranskalainen kemisti Paul emile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) löysi saman alkuaineen kuusi vuotta myöhemmin, ja ehdotti, että sitä voidaan kutsua gadoliniumia.

väriltään hopeanhohtoinen, mutta joskus kellertävällä valulla gadoliniumilla on korkea taipumus hapettua kuivassa ilmassa. Koska se on erittäin tehokas syömällä neutroneja, se voisi olla hyödyllistä ydinreaktorit., Sen seitsemästä isotoopista kaksi on kuitenkin niin vähissä, ettei sillä ole juuri ollut ydinsovellusta. Käytetään phosphors väri tv-sarjaa, muun muassa, gadolinium lupaavalta ultra korkean teknologian sovellukset: erittäin alhaisissa lämpötiloissa se muuttuu erittäin magneettisia ja voivat toimia suprajohde.

Mosanderin Lantanidit

lantaani.

Välillä 1839 ja 1848, Mosander oli täynnä talteen eri lantanidit alkaen ytterite, joka silloin oli tullut tunnetuksi gadolinite., Kun hän onnistui ensimmäisen kerran irrottamaan alkuaineen, hän antoi sille nimen lanthana, joka tarkoittaa ” piilossa.”Materiaalia, josta lopulta käytettiin nimitystä lantaani, valmistettiin puhtaassa muodossa vasta vuonna 1923.

Kuten monet muut lantanidit, lantaani on erittäin pehmeä niin pehmeä, että se voidaan leikata veitsellä, ja hopeanhohtoinen-valkoinen väri. Lantanideista reaktiivisimmista se hajoaa nopeasti kuumassa vedessä, mutta hitaammin kylmässä vedessä. Lantaani reagoi myös helposti hapen kanssa ja syövyttää nopeasti kosteassa ilmassa.

ceriumin tapaan lantaania käytetään misch-metallissa., Koska lantaaniyhdisteet tuottavat erityisiä optisia ominaisuuksia lasissa, sitä käytetään myös erikoistuneiden linssien valmistukseen. Lisäksi lantaanin yhdisteitä fluorin tai hapen kanssa käytetään valokaarilamppujen valmistuksessa elokuvateollisuudelle.

SAMARIUM.

Vaikka analysoimalla oksidi muodostuu lantanidin vuonna 1841, Mosander päätti, että hän oli uusi elementti kätensä, jota hän kutsui didymium., Neljä vuosikymmentä myöhemmin, Boisbaudran otti toisen tarkastella didynium, ja totesi, että ei ole elementti; pikemminkin, se sisälsi elementin, jonka hän nimeltä samarium jälkeen mineraali samarskite, jossa se on löytynyt. Vielä myöhemmin Marignac tutki samarskiittia, kun hän sai selville, mikä tuli tunnetuksi gadoliniumina. Mutta tarina ei pääty tähän: jopa myöhemmin, vuonna 1901, ranskalainen kemisti Eugéne-Anatole Demarçay (1852-1903) löytyi vielä yksi elementti, indium, in samarskite.

Samarium levitetään tänään ydinvoimalaitoksen valvonta-tangot, carbon-arc valaisimet, ja inoptical masers ja laserit., Koboltin seoksissa sitä käytetään valmistettaessa kaikkein pysyvimpiä saatavilla olevia sähkömagneetteja. Samariumia käytetään myös optisen lasin valmistuksessa ja katalyyttinä etyylialkoholin valmistuksessa.

ERBIUM ja TERBIUM.

palata Mosander, hän tutkii ytterite vuonna 1843, kun hän tunnistaa kolme eri ”maat”, jotka kaikki hän on myös nimetty Ytterby: yttria, erbia, ja terbia. Erbium oli ensimmäinen uutettu., Puhdas näyte sen oksidi oli valmis vuonna 1905 ranskalainen kemisti Georges Urbain (1872-1938) ja Amerikkalainen kemisti Charles James (1880-1928), mutta puhdasta metallia itsessään oli vain uuttaa vuonna 1934.

Pehmeä ja muokattavaksi, jossa on kiiltävä hopeanhohtoinen väri, erbium tuottaa suolat (jotka ovat yleensä yhdistelmiä metallia epämetalli), jotka ovat vaaleanpunainen ja nousi, joten se on hyödyllinen sävytys agentti. Yksi sen oksideista käytetään esimerkiksi lasin ja posliinin sävyttämiseen punertavalla valulla. Sitä sovelletaan rajoitetusti myös ydinvoimateollisuudessa.,

Mosander myös tunnistaa toinen elementti, terbium, vuonna ytterite vuonna 1839, ja Marignac eristetty sen puhtaampaan muotoon lähes puoli vuosisataa myöhemmin, vuonna 1886. Yhteisen teeman toistamiseksi se on hopeanharmaa ja tarpeeksi pehmeä leikattavaksi veitsellä. Elektronisuihkun osuessa terbiumia sisältävään yhdisteeseen tulee vihertävä väri, minkä vuoksi sitä käytetään fosforina väritelevisioissa.

myöhempi lantanidien Isolaatio

YTTERBIUM, HOLMIUM ja THULIUM.,

vuosia sen jälkeen, kun Mosander on edistytty vain vähän, löytö lantanidit, ja kun se tuli, se oli muodossa kolmas elementti, joka on nimetty kaupunki, jossa niin monet lantanidit löydettiin. Analysoidessaan vuonna 1878, mitä Mosander oli kutsunut erbiaksi, Marignac tajusi, että se sisälsi yhden tai mahdollisesti kaksi alkuainetta.

vuosi myöhemmin, ruotsalainen kemisti Lars Fredrik Nilson (1840-1899) totesi, että se todellakin sisältää kaksi elementtiä, jotka olivat nimeltään ytterbium ja skandium. (Skandium, jonka järjestysluku on 21, ei kuulu lantaanisarjaan.,) Urbain on joskus hyvitetään löytämässä ytterbium: vuonna 1907, hän osoitti, että materiaalit Nilson oli tutkittu, olivat itse asiassa sekoitus kaksi oksideja. Joka tapauksessa, Urbain sanoi, että luotto olisi annettava Marignac, joka on eniten tärkeä hahmo historiassa lantanidit muut kuin Mosander. Kuten ytterbium, se on erittäin muokattavaksi, kuten muut lantanidit, mutta ei ole mitään merkittäviä sovelluksia teollisuuden.

ruotsalainen kemisti Per Teodor Cleve (1840-1905) löytyi vuonna 1879, että erbia sisälsi kaksi elementtejä, jotka hän nimesi holmium ja tulium., Thulium viittaa Skandinavian muinaisnimeen Thuleen. Harvinaisin kaikista lantanideista, thulium on erittäin muokattavaa-ja myös erittäin kallista. Siksi sillä on vain vähän kaupallisia sovelluksia.

DYSPROSIUM.

Nimetty kreikan sanasta dysprositos, tai ”vaikea saada klo,” dysprosium löysi Boisbaudran. Erottaessaan ytteriitin vuonna 1886 hän löysi galliumin (järjestysluku 31—ei lantanidia), samariumin (käsitelty edellä) ja dysprosiumin. Jälleen kerran, mineraali uutetaan ytterite oli nimetty aiemmin löydetty elementti, ja jälleen kerran se osoittautui sisältävät useita elementtejä., Kyseinen aine oli tällä kertaa se, holmium, joka, kuten Boisbaudran löysi, oli todella monimutkainen seos, terbium, erbium, holmium, ja elementti hän oli tunnistettu dysprosium. Puhdas näyte saatiin vasta vuonna 1950.

Koska dysprosium on korkea affiniteetti neutroneja, se on joskus käytetään säätösauvojen ydinreaktoreihin, ”liottamalla” neutroneja pikemminkin kuin sieni imee vettä. Pehmeä, kiiltävän hopeanvärinen kuten muutkin lantanidit, dysprosiumia käytetään myös lasereissa, mutta muuten sillä on vähän käyttöä.

EUROPIUM ja LUTETIUM.,

ottaa huomioon, Että monet muut lantanidit ovat nimetty alueilla pohjois-Euroopassa, nimi europium viittaa Euroopan mantereella kokonaisuutena, ja että lutetium on viittaus vanha Roomalainen nimi Pariisiin. Kuten edellä mainittiin, Demarçay löysi europiumin samarskitesta, löydön, jonka hän teki vuonna 1901. Itse asiassa, Boisbaudran oli huomannut, mikä näytti olevan uusi elementti noin kymmenen vuotta aiemmin, mutta hän ei jatkaa sitä, ja näin ollen luotto menee hänen maanmiehensä.

lantanideista reaktiivisin, europium reagoi sekä kylmään veteen että ilmaan., Lisäksi se pystyy syttymään tuleen spontaanisti. Neutronien talteenoton tehokkaimpia elementtejä käytetään ydinreaktoreiden valvontajärjestelmissä. Lisäksi sen yhdisteitä hyödynnetään televisiovastaanottimien fosforien valmistuksessa: yksi tällainen yhdiste esimerkiksi säteilee punertavaa hehkua. Postimerkkien liimaan lisätään vielä yksi europiumyhdiste, joka mahdollistaa Postimerkkien sähköisen skannauksen.

Lutetiumin löytänyt Urbain nimesi sen kotikaupunkinsa mukaan., James tunnisti myös eräänlaisen lantanidin, mutta ilmoitti löydöstään vasta paljon myöhemmin. Lutetiumilla on vain vähän teollisuussovelluksia, lukuun ottamatta joitakin katalyyttikäyttötapoja öljyn tuotannossa.

WHERE TO LEARN MORE

Cotton, Simon. Lantanidit ja aktinidit. New York: Oxford University Press, 1991.

Heiserman, David L. tutkii kemiallisia alkuaineita ja niiden yhdisteitä. Blue Ridge Summit, PA: Tab Books, 1992.

”Luminescent Lantanides” (www-sivusto). <http://orgwww.chem.uva.nl/lanthanides/> (16. Toukokuuta 2001).

Snedden, Robert. Materiaali., Des Plaines, IL: Heinemannin kirjasto, 1999.

Oxlade, Chris. Metalli. Chicago: Heinemannin Kirjasto, 2001.

Stwertka, Albert. Opas elementeistä. New York: Oxford University Press, 1996.

Whyman, Kathryn. Metallit ja seokset. Kuvitti Louise Nevett ja Simon Bishop. New York: Gloucester Press, 1988.

keskeiset termit

metalliseos:

kahden tai useamman metallin seos.

atomiluku:

protonien määrä atomin ytimessä., Koska tämä luku on erilainen kunkin alkuaineen osalta, alkuaineet luetellaan alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä järjestysluvun mukaan.

ioni:

atomi tai atomit, jotka ovat menettäneet tai saaneet yhden tai useamman elektronin ja joilla on siten nettosähkövaraus.

LANTANIDIN SUPISTUMINEN:

progressiivinen lasku säde lantanidin atomeista kuin ne kasvaa atomicnumber.