Лантаноиды


Лантано́иды (лантани́ды)[К 1] — семейство, состоящее из 15 химических элементов III группы 6-го периода периодической таблицы — металлов, с атомными номерами 57—71 (от лантана до лютеция)[1][2][3][4][5][6][7][8][9]. Все представители семейства имеют стабильные изотопы, кроме прометия. Название происходит от слова на древнегреческом языке λανθάνειν („скрытый“).

Скандий, иттрий и лантаноиды относятся к группе редкоземельных элементов (сокр. РЗЭ) и часто рассматриваются в этом контексте, однако распространенность отдельных элементов показывает, что редкими они не являются. В научных материалах для обозначения лантаноидов применяют вышеуказанный термин, включая в него иттрий и скандий, или по отдельности.

Запись Ln используется для указания на все или некоторые металлы, ионы, степени окисления, при записи химических формул и пр.

У всех лантаноидов, начиная с церия и заканчивая иттербием, заполняется 4f-подоболочка; у лантана 4f-электронов нет, а у лютеция — 14. Неспаренные 4f-электроны наделяют некоторые металлы различными ценными магнитными, спектроскопическими и люминесцентными свойствами. Более того, поскольку эти электроны хорошо экранированы внешними подоболочками (5s и 5p), спектральные характеристики сохраняются при добавлении лигандов. Все лантаноиды образуют катионы Ln3+ (некоторые ещё и Ln2+, Ln4+), ионный радиус которых постоянно уменьшается при увеличении атомного номера, — этот феномен известен как лантаноидное сжатие (то же самое проявляется у актиноидов)[10]. Непрерывно понижается осно́вность элементов от лантана до лютеция, что обуславливает различие в растворимости солей и в устойчивости их комплексных соединений[11].

Химическая связь с лантаноидами имеет почти всегда ионный характер. Лантаноиды — «тяжелые» акцепторы и имеют значительное сходство по своим свойствам с донором атомов — кислородом, из-за чего наиболее вероятными биологическими лигандами для них являются карбоксильные и фосфатные группы. Координационные числа для них могут быть от 6 до 12 (8—9 преимущественно в биологических системах)[10].

Публикация работы норвежским геохимиком Виктором Гольдшмидтом, в которой впервые был употреблен термин лантаноиды, произошла в 1925 г. (аналогично было дано название актиноидам в 1937 г.)[12][13][14].




Процентное отношение мировых ресурсов РЗЭ по странам[114][К 15]: Китай (43 %) Россия (10 %) Австралия (10 %) Канада (8 %) Бразилия (8 %) Гренландия (6 %) США (3 %) Вьетнам (2 %) ЮАР (2 %) Габон (2 %) Другие (6 %)






Области потребления РЗЭ в 1975 г.[212] Металлургия (45 %) Катализаторы, химикалии (36 %) Оптические стёкла, керамика (17 %) Люминофоры, электроника (2 %)







Области потребления РЗЭ в 1989—1991 гг.[213][К 23] Металлургия (26 %) Катализаторы (38 %) Стёкла (23 %) Другие (13 %)





Массовые проценты промышленного использования РЗЭ в 2009 г.[214][К 24] Магниты (21 %) Катализаторы (20 %) Сплавы (18 %) Полировальные порошки (12 %) Оптические стёкла (10 %) Люминофоры (7 %) Керамика (6 %) Другие (6 %)

Максимальная энергия продукта и наибольшая рабочая температура основных постоянных магнитов[166]
Разработка постоянных магнитов