Chemische Eigenschaften von Seltenerdelementen

Scandium, Yttrium und Lanthanide haben eine hohe Reaktivität. Die chemische Aktivität dieser Elemente macht sich besonders bei erhöhten Temperaturen bemerkbar. Beim Erhitzen auf 300-400°C reagieren Metalle sogar mit Wasserstoff und bilden RH3 und RH2 (das Symbol R steht für ein Atom eines Seltenerdelements).

Diese Verbindungen sind ziemlich stark und haben einen salzigen Charakter. Beim Erhitzen in Sauerstoff reagieren Metalle leicht damit und bilden Oxide: R2O3, CeO2, Pr6O11, Tb4O7 (nur Sc und Y sind durch Bildung eines schützenden Oxidfilms luftbeständig, selbst wenn sie auf 1000°C erhitzt werden).

Bei der Verbrennung dieser Metalle in einer Sauerstoffatmosphäre wird viel Wärme frei. Wenn 1 g Lanthan verbrannt wird, werden 224,2 kcal Wärme freigesetzt. Für Cer ist ein charakteristisches Merkmal die Eigenschaft der Pyrophorizität – die Fähigkeit, beim Schneiden von Metall in Luft zu funkeln.

Cer, Lanthan und andere Metalle reagieren bei Normaltemperatur mit Wasser und nicht oxidierenden Säuren unter Freisetzung von Wasserstoff. Aufgrund der hohen Aktivität gegenüber Luftsauerstoff und Wasser sollten Lanthan-, Cer-, Praseodym-, Neodym- und Europiumstücke in Paraffin gelagert werden, die restlichen Seltenerdmetalle sind schlecht oxidiert (mit Ausnahme von Samarium, das mit a Oxidfilm, aber nicht vollständig von diesem korrodiert) und sie können unter normalen Bedingungen ohne antioxidative Substanzen gelagert werden.

Die chemische Aktivität von Seltenerdmetallen variiert. Von Scandium zu Lanthan nimmt die chemische Aktivität zu, in der Lanthan-Lutetium-Reihe nimmt sie ab. Daraus folgt, dass Lanthan das aktivste Metall ist. Dies ist auf eine Abnahme der Radien der Atome der Elemente von Lanthan auf Lutetium einerseits und von Lanthan auf Scandium andererseits zurückzuführen.

Der Effekt der “Lanthanoid-Kontraktion” (Kompression) führt dazu, dass die den Lanthaniden folgenden Elemente (Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin) die Atomradien um 0,2-0,3 Å reduziert haben, daher ihre sehr ähnlichen Eigenschaften mit die Eigenschaften der entsprechenden Elemente der fünften Periode.

Bei den Elementen – Scandium, Yttrium, Lanthan – beginnt sich die d-Schale der vorletzten Elektronenschicht gerade erst zu bilden, daher nehmen die Radien der Atome und die Aktivität der Metalle dieser Gruppe von oben nach unten zu. Durch diese Eigenschaft unterscheidet sich die Gruppe von anderen sekundären Untergruppen der Metalle, bei denen sich die Aktivitätsreihenfolge umgekehrt ändert.

Da der Radius des Yttriumatoms (0.89 Å) dem Radius des Holmiumatoms (0.894 Å) nahe kommt, sollte dieses Metall in Bezug auf die Aktivität einen der vorletzten Plätze einnehmen. Scandium sollte aufgrund seiner Aktivität nach Lutetium lokalisiert werden. In dieser Serie wird die Wirkung von Metallen auf Wasser abgeschwächt.

Seltenerdelemente weisen am häufigsten eine Oxidationsstufe von +3 auf. Aus diesem Grund sind R2O3-Oxide die charakteristischsten – feste, starke und feuerfeste Verbindungen. Als basische Oxide können sie sich für die meisten Elemente mit Wasser verbinden und Basen bilden – R(OH)3. Hydroxide von Seltenerdmetallen sind in Wasser schwer löslich. Die Fähigkeit von R2O3, sich mit Wasser zu verbinden, dh die Hauptfunktion, und die Löslichkeit von R (OH)3 nehmen in der gleichen Reihenfolge ab wie die Aktivität von Metallen: Lu (OH) 3 und insbesondere Sc (OH) 3 zeigen einige Eigenschaften der Amphoterität. So wurde neben einer Lösung von Sc(OH)3 in konzentrierter NaOH ein Salz erhalten: Na3Sc(OH)6 ·2H2O.

Da die Metalle dieser Untergruppe aktiv sind und ihre Salze mit starken Säuren löslich sind, lösen sie sich sowohl in nicht oxidierenden Säuren als auch in oxidierenden Säuren leicht auf.

Alle Seltenerdmetalle reagieren heftig mit Halogenen und erzeugen RHal3 (Hal – Halogen). Sie reagieren auch mit Schwefel und Selen, aber wenn sie erhitzt werden.