Lantanowce

Grupa obejmuje 14 pierwiastków następujących po lantanie o liczbach atomowych od 58 do 71. Charakterystyczną cechą tych pierwiastków jest stopniowe obsadzanie elektronami poziomu 4f. Ekranowanie wypełnianego poziomu 4f powoduje znaczne podobieństwo chemiczne i fizyczne lantanowców. W związku ze zwiększającym się ładunkiem jądra w szeregu lantanowców ich promienie atomowe maleją wraz ze wzrostem liczby atomowej. Jest to tak zwana kontrakcja lantanowców. Wszystkie lantanowce tworzą w roztworach wodnych jony trójdodatnie. Z konfiguracji elektronowych lantanowców w stanie podstawowym wynika szczególna trwałość połowicznie i całkowicie zapełnionego poziomu 4f.

Metody wydzielania lantanowców z ród zależą od ich głównych składników i obecnych domieszek. Rudy krzemianowe roztwarza się w kwasie solnym co pozwala na wydzielenie rozpuszczalnego w wodzie chlorku lantanu(III). Rudy fosforanowe roztwarza się w stężonym kwasie siarkowym(VI) lub w roztworach wodorotlenków. Zawarty w rudach tor oddziela się w postaci tlenku toru(IV), jodanu(V) lub fluorku. Do rozdzielania mieszaniny soli lantanowców wykorzystuje się metody krystalizacji frakcyjnej lub chromatografię jonowymienną. Same metale otrzymuje się metodą metalotermiczną stosując wapń jako reduktor lub przez elektrolizę stopionych halogenków. Lantanowce są pierwiastkami silnie elektrododatnimi, o potencjałach utlenienia zbliżonych do wartości charakterystycznej dla magnezu. W kwasach mineralnych roztwarzają się z wydzieleniem wodoru. Reagują podobnie z woda. W temperaturze pokojowej są odporne na działanie tlenu, natomiast w podwyższonych temperaturach reagują z większością niemetali. Niektóre reakcje lantanowców zestawiono poniżej:

Ln + X₂ → LnX₃     temp. > 200°C (reakcja gwałtowna) X = F, Cl, Br, I

Ln + O₂ → Ln₂O₃  temp. > 150°C

Ln + N₂ → LnN  temp. 1000°C

Ln + S₈ (Se₈) → Ln₂S₃ (Ln₂Se₃) ← Ln + H₂A (A = S, Se, Te) jako produkty uboczne powstają inne siarczki

Ln + H₂O → Ln₂O₃·H₂O reakcja szybka przy ogrzewaniu

Ln + C → LnC₃ ← Ln₂O₃ + C

Ln + H₂ → LnH₂  w 20°C

Ln + H₂ → LnH₃  w 300°C

Wodorki lantanowców typu LnH₃ tworzą tylko europ i iterb. Poza tymi prostymi wodorkami powstają bardzie złożone związki. Wodorki lantanowców mają metaliczny wygląd i są półprzewodnikami. Ponieważ pomiary magnetyczne wskazują na to, że w sieciach krystalicznych wodorków występują jony lantanowców na +3. Fluorki lantanowców są związkami trudnotopliwymi i trudno rozpuszczalnymi w wodzie. Chlorki odznaczają się dobra rozpuszczalnością w wodzie, ale w wyniku ogrzewania hydratów nie następuje odwodnienie a tworzą się tlenohalogenki typu LnOX. Tlenki lantanowców są trudno rozpuszczalne w wodzie i roztworach wodorotlenków. Natomiast łatwo rozpuszczają się w rozcieńczonych roztworach mocnych kwasów, poza HF. W wyniku reakcji wodnych roztworów jonów lantanowców(III) z wodą amoniakalną lub roztworami zasad strącają się wodorotlenki w postaci śluzowatych osadów. Strącanie rozpoczyna się już przy pH = 7. Wodne roztwory jonów lantanowców w kontakcie z jonami węglanowymi tworzą węglany i zasadowe węglany.

Akwajony typu [Ln(H₂O)³⁺ są kwasami, których moc jest tym większa im mniejszy jest rozmiar jonu lantanowca:

[Ln(H₂O)]³⁺ + H₂O → [Ln(OH)(H₂O)_n–1]²⁺ + H₃O⁺