Лантаноидлар ва уларнинг бирикмалари

Даврий системанинг IIIВ группасига тартиб рақамлари 58 дан 71 гача бўлганметалларкириб, улар лантаноидлар(лантансимон, лантанга ўхшаш металлар) дейилади. Улар иттрий билан биргаликда сийрак металлар ҳам дейилади.

Лантаноидлар электрон тузилиши боʻйича бошқа элементлардан ташқаридан ҳисоблаганда (n-2) электрон қаватидаги 4f- орбиталларини электронлар билан тўлиб бориши билан фарқ қиладилар. Уларнинг тўлиб бораётган электрон қаватини 4f^1-145s²5p⁶5d¹6s² ҳолида тасаввур қилиш мумкин. Тартиб рақами Z = 58 бўлган Серий элементининг электрон тузилиш 4f¹5s²5p⁶56s² бўлса, энг охирги лантаноид Z = 71 Lu- лютесийнинг электрон қобиғи 4f¹⁴5s²5p⁶5d¹6s² кўринишда тугайди. Шу сабабли бу элементларнинг хоссалари бир-бирига жуда ўхшаш бўлиб, улар битта катакчага жойлаштирилган.

Табиатда тарқалишига кўра лантаноидлар икки группачага бўлинади. Биринчиси (серий группачаси)га La, Ce, Pr, Pm, Sm ва иккинчиси (иттрий группачаси)га Y, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu киради. Умуман лантаноидлар табиатда 170 дан ортиқ минераллар ҳолида тарқалган. Улар ичида атом оғирлиги катта ва тартиб рақами тоқ бўлганлари камроқ тарқалган. Улардан, монатсит (Ce, La, Nd…)PO₄; (Ce, La..)FCO₃ бастнезит; Ce₂Si₂O₇ серит, (V, Eu, Gd)PO₄-ксенотимлар кўп учрайди.

Бу минераллардан лантаноидларни ажратиб олиш анча мураккаб, чунки бу элементларнинг кимёвий хоссалари бир-бирига жуда ўхшаш, атом радиуслари деярли бир хил ва уларни бир-биридан ажратиш усуллари унчалик такомиллашмаган боʻлиб, бўлаклаб (дифференциал) кристаллашга асосланган. Бу усулга биноан лантаноидлар нитрат ва сулфат тузларига ўтказилиб «мишметалл» лантаноидларнинг серий ва лантан билан ҳосил қилган қотишмаси (40-45% Se, 20-25%, La 15%, Nd 10% бошқа лантаноидлар ва 5% гача Fe) ҳолида ажратиб олинади. Ҳозирги вақтда хроматография ва экстракция усуллари билан 99,7-99,9% гача тозаликдаги лантаноидлар ажратиб олиняпти.

Ажратиб олинган бирикмалардан La лар: а) фторидларидан магний ва кальцийтермия усули; b) LaCl₃ ларнинг суюқланмасини электролиз қилиш билан олинади. Олинган металлнинг тозалик даражасини ошириш учун вакуумли қайта ишлаш усулидан фойдаланилади.

Физик хоссалари

Лантаноидларнинг барчаси кумушсимон оқ-ялтироқ металлар бўлиб, ҳавода хиралашади. Серий группачаси металлари пластик ва юмшоқ бўлиб, тартиб рақами ортиши билан қаттиқлиги ортиб боради. Иттрий группачаси металлари анча қаттиқ боʻлиб, улардан иттрий болғаланувчан ва жуда юқори электр ўтказувчанлик хусусиятига эга металл. Лантаноидлар-парамагнит металлар, лекин Eu, Gd, Er хона температурасидан пастда ферромагнитлик хоссасини намоён қилса, Дй температурага боғлиқ ҳолда парамагнит, ферромагнит ва антиферромагнит хоссаларни намоён қилади. Барча лантаноидлар юқори суюқланиш температурасига эга.

Кимёвий хоссалари

Фаоллиги жиҳатидан лантаноидлар ишқорий металларга яқин туради ва уларнинг электрод потенцияли La(-2,483 v) -Lu(-2,255 v) қийматга эга. Сув билан жуда шиддатли реакцияга киришади:

2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂

HF ва H₃PO₄ дан бошқа барча суюлтирилган кислоталарда эрийди:

2La + 3H₂SO₄ → La₂(SO₄)₃ + 3H₂

Ҳосил бўладиган тузлари сувда яхши эрийди. LaF₃​ ва LaPO₄ лар сувда эримайди. Нисбий электроманфийлиги 1,2—1,3 қийматларни ташкил этади, барча металлмаслар билан реакцияга киришиб, қайтарувчи хоссаларини намоён қиладилар.

Оксидлари La₂O₃ жуда барқарор бирикмалар бўлиб (ΔH h⋅b = -1661 -1910 kJ/mol) Al₂O₃ ники билан тенглашади. Барча лантаноидлар жуда осон оксидланадилар:

4La + 3O₂​ → 2La_2​O₃​ −ΔH

шу сабабли улар бензол остида сақланади.
Барча оксидлари оқ рангли моддалар бўлиб, сувда қийин эрийди. Эриш жараёнида катта иссиқлик чиқаради:

La_2​O_3​ + 3H_2​O → 2La(OH)₃​ −ΔH

ксидларини олиш учун нитратли ва фосфатли тузлари, гидроксидлари термик парчаланади:

2LaPO₄ ​→ La₂​O₃​ + P₂​O₅​; 2La(OH)_3​ → La₂​O₃​ + 3H_2​O

Барча La(OH)₃ лар кучли асолар бўлиб, сувда яхши эрийди. Гидроксидларининг кучи лантаноидарларнинг ион радиуси камайиши билан камайиб боради, шу сабабли Yb(OH)₃​ ва Lu(OH)₃​ лар амфотер хосса намоён қилади.

Галогенли бирикмалари: LaG_3​ (G = F, Cl, Br, I) ичида фторидлар эримайди, бошқалари сувда ва спиртларда яхши эрийди.

Водородли бирикмалари: LaH₂​ ва LaH₃​ таркибли ион боғланишли моддалар бўлиб, ишқорий-ер металларининг гидридлари сингари сувда осон гидролизланади:

LaH₃​ + 3H_2​O → La(OH)₃​ + 3H_2​

Олтингугурт, фосфор ва азот билан LaS, La₂S₃,La₃S4_,LaS_2​ (металлсимон бирикмалар), LaP va LaN таркибли моддаларни ҳосил қиладилар. Уларнинг ҳаммаси ўтга чидамли (t⁰_парч.=2900∘C) моддалар бўлиб сув таъсирида (нам ҳавода) водород сулфид ва аммиак ҳосил қиладилар:

La_2​S₃ ​+ 6H_2​O→ 2La(OH)₃​ + 3H₂​S

LaN + 3H₂​O → La(OH)₃​ + NH₃

Углерод билан LaC_2​ таркибли карбидлари мавжуд. Улар сув таъсирида ацетилен ҳосил қиладилар. Булардан ташқари, Ла ларнинг қатор комплекс бирикмалари, қўш тузлари, La⁺⁴ ва La⁺² ларнинг турли карбонат, перхлорат, аралаш оксидлари ҳамда сулфатлари синтез қилинган.

Лантаноидларнинг ишлатилиши

Бу металлар пўлатга легирловчи қўшимчалар сифатида қўшилганда унинг оксидланиш температурасини 1200—1300°C га чиқаради. Магнит ва алюминийли қотишмаларга иттирий қўшилса “мустаҳкамловчи”лик хоссасини намоён қилади.

Атом техникасида, электроника, электро- ва радиотехникада нейтронларни ушлаб қолувчи ва турли деталлар таркибида қўлланилади. YbRu₂, LaRu₂ ва YIr₂​ таркибли қотишмалари ўта юқори электр ўтказгич (сверхпроводник)лар сифатида ишлатилади. Лантаноидлар керамика саноатида, CeO₂^—​ радиоактив нур таъсирида хираланмайдиган шиша олишда ишлатилади.