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Lage im Periodensystem

Lanthanoide [lantanoˈiːdə] („Lanthanähnliche“; griech.: Endung -ειδἠς (-eides) „ähnlich“) ist eine Gruppenbezeichnung ähnlicher Elemente. Zugerechnet werden ihr das Lanthan und die 14 im Periodensystem folgenden Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Im Sinne des Begriffs gehört Lanthan nicht zu den Lanthanähnlichen. Hier folgt die Nomenklatur der IUPAC aber dem praktischen Gebrauch. Die Verwendung der alten Bezeichnung Lanthanide ist weiterhin erlaubt.^[1]^[2] Alle Lanthanoide sind Metalle und werden auch als Elemente der Lanthanreihe bezeichnet. Sie sind ein Teil der Gruppe der Metalle der Seltenen Erden.

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La

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Ce

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Pr

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Pm

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Sm

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Eu

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Dy

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Er

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Tm

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Yb

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Lu

Alle stabilen Lanthanoide auf einen Blick

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Lanthanoide werden auch als Metalle der seltenen Erden bezeichnet. Dieser Name ist aber insofern verwirrend, als die Elemente dieser Gruppe mit Ausnahme des instabilen Promethiums keineswegs so selten sind, wie es suggeriert wird. So ist beispielsweise Cer in der Natur häufiger als die Elemente Arsen oder Blei. Am Aufbau der Erdkruste sind sie zu einem Massenanteil von 0,02 % beteiligt. Es handelt sich um insgesamt 15 Elemente der 6. Periode, von denen die 14 auf Lanthan folgenden Elemente als Untergruppe der 3. Nebengruppe aufgefasst werden können.

Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit kommen die Lanthanoide in der Natur meist vergesellschaftet vor. Da die Trennung der einzelnen Lanthanoide schwierig ist und ihre chemischen Eigenschaften sehr ähnlich sind, werden diese Elemente oft unter dem (nicht offiziellen) chemischen Symbol Ln (nicht zu verwechseln mit La für Lanthan) zusammengefasst. Viele von ihnen können aus Monazit (auch als sekundäre Ablagerungen – Monazitsande) gewonnen werden. Die häufigsten und ökonomisch wichtigsten lanthanoidführenden Minerale sind:^[3]

Monazit CePO₄
Xenotim YPO₄
Bastnäsit LnCO₃F
Parisit CaLn₂(CO₃)₃F₂
Allanit CaLn(Al,Fe²⁺)₃Si₃O₁₁OH
Synchysit CaLn(CO₃)₂F
Ankylit-(Ce) SrCe(CO₃)₂(OH) · H₂O
Ankylit-(La) Sr(La,Ce)[OH|(CO₃)₂] · H₂O
Cerianit CeO₂

Ln bezeichnet in den Formeln alle Elemente von Lanthan bis Lutetium sowie das sehr ähnliche Yttrium (Y).

In fast allen Mineralen findet man eine Häufung entweder der leichten (Ce) oder der schweren Lanthanoide (Y verhält sich mineralchemisch wie ein schweres Lanthanoid). So enthält beispielsweise Monazit überwiegend Ce und La, während der Gehalt der nachfolgenden Lanthanoide mit der Ordnungszahl abnimmt (daher wird die Formel von Monazit auch immer als CePO₄ angegeben). In Xenotim findet man genau den umgekehrten Fall (daher auch YPO₄). Diese meist sehr effektive Fraktionierung hat ihre Ursache in der Lanthanoiden-Kontraktion und den von Mineral zu Mineral unterschiedlich großen zur Verfügung stehenden Kristallgitterplätzen. Auch andere Mineralgruppen können bisweilen hohe Anteile an Lanthanoiden in ihre Struktur einbauen (z. B. Zirkon, Granat). Weiterhin kommen die Lanthanoide auf dem Mond in Form der sog. KREEP-Erze vor.

In abgebranntem Kernbrennstoff sind Lanthanoide in nennenswerten Mengen vorhanden, da einige von ihnen häufige Spaltprodukte sind. Bei der Wiederaufarbeitung ist die chemische Ähnlichkeit von Actinoiden (wie Uran, Plutonium, Neptunium …) und Lanthanoiden störend. Da viele Lanthanoid-Nuklide starke Neutronengifte sind, müssen diese vor Wiederverwendung des Brennstoffs möglichst „sauber“ abgetrennt werden.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Lanthanoide sind silbrig-glänzende, relativ weiche und reaktionsfähige Metalle. Fast alle weisen die für Metalle typische dichteste Kugelpackung auf. Die Härte nimmt mit steigender Ordnungszahl zu.

Die Lanthanoide gehören wie die Actinoide zu den inneren Übergangselementen oder f-Block-Elementen, da in diesen Reihen die f-Orbitale nicht vollständig mit Elektronen gefüllt sind.

Die Promethium-Isotope sind alle instabil, also radioaktiv.

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufgrund der ähnlichen Struktur der Valenzschale verhalten sich die Lanthanoide chemisch wie die Elemente der 3. Gruppe des Periodensystems Scandium und Yttrium und bilden mit diesen zusammen die Gruppe der Seltenen Erden. An der Luft oxidieren sie schnell und werden matt. Mit Wasser reagieren sie mehr oder weniger schnell unter Bildung von Wasserstoff.

Beginnend bei Cer wird das 4f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lutetium schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Da die 4f-Orbitale tief im Innern der Atome liegen, nehmen sie im Gegensatz zu den d-Orbitalen der übrigen Nebengruppenelemente wenig Einfluss auf das chemische Verhalten. Die Lanthanoiden-Elemente sind sich somit in ihren chemischen Eigenschaften relativ ähnlich. Sie gleichen sich so sehr, dass man sie bei der Entdeckung der Yttererde 1794 sogar für das Oxid ein und desselben Elements hielt. Das Gleiche gilt für die zahlreichen Bestandteile der Ceriterde. Gemeinsam ist ihnen die Oxidationszahl +3. Daneben treten bei einigen Elementen noch die Oxidationszahlen +2 und +4 auf.

Als Gadolinium Break wird bei den Lanthanoiden eine Unstetigkeit im Verlauf der Ionenradien zwischen Gadolinium und Terbium bezeichnet. Dieser erklärt, warum sich trotz der Ähnlichkeit der Lanthanoide das chemische Verhalten der Elemente nach dem Gadolinium ändert. Das chemische Verhalten lässt sich am Gadolinium Break leicht beeinflussen. So reichen Spuren von Americium, damit ein Terbiumkomplex den Strukturtyp der leichteren Lanthanoide annimmt.^[4]

Farben der Lanthanoid-Ionen in wässriger Lösung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Oxidations- zahl^[5]^[6]	57	58	59	60	61	62	63	64	65	66	67	68	69	70	71
+2						Sm²⁺ blutrot	Eu²⁺ farblos						Tm²⁺ violettrot	Yb²⁺ gelbgrün
+3	La³⁺ farblos	Ce³⁺ farblos	Pr³⁺ gelbgrün	Nd³⁺ violett	Pm³⁺ violettrosa	Sm³⁺ tiefgelb	Eu³⁺ farblos	Gd³⁺ farblos	Tb³⁺ farblos	Dy³⁺ gelbgrün	Ho³⁺ gelb	Er³⁺ tiefrosa	Tm³⁺ blassgrün	Yb³⁺ farblos	Lu³⁺ farblos
+4		Ce⁴⁺ orangegelb	Pr⁴⁺ gelb	Nd⁴⁺ blauviolett					Tb⁴⁺ rotbraun	Dy⁴⁺ orangegelb

Lanthanoiden-Kontraktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufgrund der Lanthanoiden-Kontraktion nimmt der Atomradius innerhalb der Reihe von Cer (183 pm) bis Lutetium (172 pm) nahezu stetig ab (Ausnahmen sind Europium und Ytterbium). Dies liegt daran, dass die Elemente, die – von der Ordnungszahl ausgehend – vor den Lanthanoiden liegen, bereits die 6s- und 5p-Schale mit Elektronen aufgefüllt haben, jedoch die 4f-Schale nicht. Die Lanthanoide füllen nun die 4f-Schale mit Elektronen auf. Bei einer vereinfachten Vorstellung des Atom als aus räumlich abgetrennten Elektronenschalen bestehend, füllt sich nun eine, räumlich gesehen, näher zum Kern befindliche Elektronenschale mit Ladungsträgern. Nebenbei füllt sich der Kern selbstverständlich mit der gleichen Anzahl Protonen, wie Elektronen auf die 4f-Schale hinzukommen. Durch die dadurch bedingte stärkere Anziehung zwischen Elektronen und Protonen schrumpft der Atomradius, während die Ordnungszahl steigt.

Dieser Effekt ist eigentlich nicht außergewöhnlich, da beim Auffüllen einer Schale innerhalb einer Periode immer der Radius sinkt. Allerdings ergeben sich aus dieser Eigenschaft einige Konsequenzen:^[7]

Aufgrund der abnehmenden Größe ist eine Trennung mittels Ionenaustauschern leicht möglich.^{[Anm 1]}
Beim Holmium ist der Radius der Ln³⁺ so klein, dass er fast dem des Y³⁺ entspricht; deshalb findet man Yttrium meist mit den „Schwererden“ zusammen
Innerhalb einer Gruppe haben die Übergangselemente an 2. und 3. Stelle sehr ähnliche Eigenschaften.

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es gibt zahlreiche Beispiele für die Verwendung der Lanthanoide:^[7]

Cer: ist Hauptbestandteil im Auermetall, das als „Feuerstein“ von Feuerzeugen verwendet wird, ebenso als Oxid in selbstreinigenden Öfen und als Katalysator beim Cracken.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Cer
Praseodym: befindet sich in gelb gefärbtem Glas, z. B. in Schweißerschutzbrillen.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Praseodym
Neodym: wird hauptsächlich für starke Magnete (Neodym-Eisen-Bor) verwendet. Ist ebenfalls Bestandteil der Schweißerschutzbrillengläser und wird in Feststofflasern an Stelle von Rubinen eingesetzt.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Neodym
Promethium: dient als Wärme- bzw. Energiequelle in (unbemannten) Satelliten und Raumsonden.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Promethium
Samarium: findet als Permanentmagnet Anwendung, z. B. in Kopfhörern.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Samarium
Europium: dient als Neutronenabsorber in Kernspaltungsreaktoren, aber auch als Aktivator der roten Leuchtstoffe in der Fernsehröhre.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Europium
Gadolinium: findet man auch in der Fernsehröhre als Aktivator der grünen Leuchtstoffe.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Gadolinium
Terbium: wird als Lasermaterial eingesetzt.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Terbium
Dysprosium: ist als Neutronenabsorber in Kernreaktoren zu finden.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Dysprosium
Holmium: ist nur in Legierungen anzutreffen. Allgemein sind die Lanthanoide häufig in Legierungen anzutreffen, sie machen Stahl leichter verarbeitbar.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Holmium
Erbium: ist in fotografischen Filtern enthalten.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Erbium
Thulium: dient auch in Kernkraftwerken als Neutronenabsorber.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Thulium
Ytterbium: erzeugt Röntgenstrahlen ohne Elektrizität, z. B. in tragbaren Röntgenapparaten.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Ytterbium
Lutetium: ist ein Katalysator beim Cracken und Polymerisieren.
Hauptartikel: „Verwendung“ im Artikel Lutetium

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

↑ Vor der Einführung von Ionenaustauschern konnte man nur bei Cer (drei- und vierwertig) oder Europium (zwei- und dreiwertig) verschiedene Wertigkeitsstufen ausnutzen, bei den anderen Elementen musste man zur Trennung hunderte Male umkristallisieren.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1928–1947.
James E. Huheey: Anorganische Chemie, 1. Auflage, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6, S. 873–900.
Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1571–1600.
dtv-Atlas zur Chemie 1981, Teil 1, S. 216–221.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur von und über Lanthanoide im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
W. Thum: Die Entdeckung der Seltenerdmetalle. Eine unter didaktischen Gesichtspunkten erstellte Zusammenfassung für den Unterricht. chemie-master.de

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

↑ Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: Die systematische Nomenklatur der anorganischen Chemie. Springer-Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63097-X.
↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry, IUPAC Recommendations 2005.
↑ A. M. Mariano: Economic geology of rare earth minerals. In: B. R. Lipin, G. A. McKay (Hrsg.): Reviews in Mineralogy, Vol. 21 – Geochemistry and mineralogy of rare earth elements (1989). Herausgegeben von der “Mineralogical Society of America”, ISBN 0-939950-25-1, S. 309–337.
↑ Georg Steinhauser: Strukturchemie - Ein Hauch von Nichts. In: Nachrichten aus der Chemie. 66, 2018, S. 118, doi:10.1002/nadc.20184067855.
↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1937.
↑ dtv-Atlas zur Chemie. 1981, Teil 1, S. 220.
↑ ^a ^b Lanthanoide-Vortragsskript der Uni Bayreuth.

[8] Vor der Einführung von Ionenaustauschern konnte man nur bei Cer (drei- und vierwertig) oder Europium (zwei- und dreiwertig) verschiedene Wertigkeitsstufen ausnutzen, bei den anderen Elementen musste man zur Trennung hunderte Male umkristallisieren.

[1] Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: Die systematische Nomenklatur der anorganischen Chemie. Springer-Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63097-X.

[2] Nomenclature of Inorganic Chemistry, IUPAC Recommendations 2005.

[3] A. M. Mariano: Economic geology of rare earth minerals. In: B. R. Lipin, G. A. McKay (Hrsg.): Reviews in Mineralogy, Vol. 21 – Geochemistry and mineralogy of rare earth elements (1989). Herausgegeben von der “Mineralogical Society of America”, ISBN 0-939950-25-1, S. 309–337.

[DOI10.1002/nadc.20184067855-4] Georg Steinhauser: Strukturchemie - Ein Hauch von Nichts. In: Nachrichten aus der Chemie. 66, 2018, S. 118, doi:10.1002/nadc.20184067855.

[HOWI1-5] A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1937.

[dtv1-6] dtv-Atlas zur Chemie. 1981, Teil 1, S. 220.

[uni-bayreuth-7] Lanthanoide-Vortragsskript der Uni Bayreuth.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[Anm 1]

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 {{Infobox Elementgruppe
 | GruppeV = Erdalkalimetalle
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-'''Lanthanoide''' [{{IPA|lantanoˈiːdə}}] („Lanthanähnliche“; [[Griechische Sprache|griech.]]: Endung ''-ειδἠς'' (''-eides'') „ähnlich“) ist eine Gruppenbezeichnung ähnlicher [[Chemisches Element|Elemente]]. Zugerechnet werden ihr das [[Lanthan]] und die 14 im [[Periodensystem]] auf das [[Lanthan]] folgenden Elemente [[Cer]], [[Praseodym]], [[Neodym]], [[Promethium]], [[Samarium]], [[Europium]], [[Gadolinium]], [[Terbium]], [[Dysprosium]], [[Holmium]], [[Erbium]], [[Thulium]], [[Ytterbium]] und [[Lutetium]]. Im Sinne des Begriffs gehört Lanthan nicht zu den Lanthanähnlichen. Hier folgt die Nomenklatur der IUPAC aber dem praktischen Gebrauch. Die Verwendung der alten Bezeichnung ''Lanthanide'' ist weiterhin erlaubt.<ref>Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: ''Die systematische Nomenklatur der anorganischen Chemie'', Springer-Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63097-X.</ref><ref>''Nomenclature of Inorganic Chemistry, IUPAC Recommendations 2005''.</ref> Alle Lanthanoide sind [[Metalle]] und werden auch als ''Elemente der Lanthanreihe'' bezeichnet. Sie sind ein Teil der Gruppe der [[Metalle der Seltenen Erden]].
+'''Lanthanoide''' [{{IPA|lantanoˈiːdə}}] („Lanthanähnliche“; [[Griechische Sprache|griech.]]: Endung ''-ειδἠς'' (''-eides'') „ähnlich“) ist eine Gruppenbezeichnung ähnlicher [[Chemisches Element|Elemente]]. Zugerechnet werden ihr das [[Lanthan]] und die 14 im [[Periodensystem]] folgenden Elemente [[Cer]], [[Praseodym]], [[Neodym]], [[Promethium]], [[Samarium]], [[Europium]], [[Gadolinium]], [[Terbium]], [[Dysprosium]], [[Holmium]], [[Erbium]], [[Thulium]], [[Ytterbium]] und [[Lutetium]]. Im Sinne des Begriffs gehört Lanthan nicht zu den Lanthanähnlichen. Hier folgt die Nomenklatur der IUPAC aber dem praktischen Gebrauch. Die Verwendung der alten Bezeichnung '''''Lanthanide''''' ist weiterhin erlaubt.<ref>Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: ''Die systematische Nomenklatur der anorganischen Chemie''. Springer-Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63097-X.</ref><ref>''Nomenclature of Inorganic Chemistry, IUPAC Recommendations 2005''.</ref>
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+Alle Lanthanoide sind [[Metalle]] und werden auch als ''Elemente der Lanthanreihe'' bezeichnet. Sie sind ein Teil der Gruppe der [[Metalle der Seltenen Erden]].
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-[[Datei:Lanthanoide.jpg|thumb|right|400px|Alle stabilen Lanthanoide auf einen Blick]]
+[[Datei:Lanthanoide.jpg|mini|hochkant=2.0|Alle stabilen Lanthanoide auf einen Blick]]
 == Vorkommen ==
-Die Lanthanoide werden auch als Metalle der seltenen Erden bezeichnet. Dieser Name ist aber insofern verwirrend, weil die Elemente dieser Gruppe mit Ausnahme des instabilen Promethiums keineswegs so selten sind, wie es suggeriert wird. So ist beispielsweise [[Cer]] in der Natur häufiger als die Elemente [[Arsen]] oder [[Blei]]. Am Aufbau der [[Erdkruste]] sind sie zu einem Massenanteil von 0,02 % beteiligt. Es handelt sich um insgesamt 14 Elemente der [[Periode-6-Element|6. Periode]], die als Untergruppe der [[Gruppe-3-Element|3. Nebengruppe]] aufgefasst werden können.
+Die Lanthanoide werden auch als Metalle der seltenen Erden bezeichnet. Dieser Name ist aber insofern verwirrend, als die Elemente dieser Gruppe mit Ausnahme des instabilen Promethiums keineswegs so selten sind, wie es suggeriert wird. So ist beispielsweise [[Cer]] in der Natur häufiger als die Elemente [[Arsen]] oder [[Blei]]. Am Aufbau der [[Erdkruste]] sind sie zu einem Massenanteil von 0,02 % beteiligt. Es handelt sich um insgesamt 15 Elemente der [[Periode-6-Element|6.&nbsp;Periode]], von denen die 14 auf Lanthan folgenden Elemente als Untergruppe der [[Gruppe-3-Element|3.&nbsp;Nebengruppe]] aufgefasst werden können.
-Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit kommen die Lanthanoide in der Natur meist vergesellschaftet vor. Da die Trennung der einzelnen Lanthanoide schwierig ist und ihre chemischen Eigenschaften sehr ähnlich sind, werden diese Elemente oft unter dem (nicht offiziellen) chemischen Symbol Ln (nicht zu verwechseln mit La für Lanthan) zusammengefasst. Viele von ihnen können aus [[Monazit]] (auch als sekundäre Ablagerungen – Monazitsande) gewonnen werden. Die häufigsten und ökonomisch wichtigsten lanthanoidführenden Minerale sind:<ref>Mariano A. M.: Economic geology of rare earth minerals. In Lipin B. R. & McKay G. A. (Hrsg.): Reviews in Mineralogy, Vol. 21 – Geochemistry and mineralogy of rare earth elements (1989); Herausgegeben von der "Mineralogical Society of America"; ISBN 0-939950-25-1; S.&nbsp;309–337.</ref>
+Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit kommen die Lanthanoide in der Natur meist vergesellschaftet vor. Da die Trennung der einzelnen Lanthanoide schwierig ist und ihre chemischen Eigenschaften sehr ähnlich sind, werden diese Elemente oft unter dem (nicht offiziellen) chemischen Symbol Ln (nicht zu verwechseln mit La für Lanthan) zusammengefasst. Viele von ihnen können aus [[Monazit]] (auch als sekundäre Ablagerungen – Monazitsande) gewonnen werden. Die häufigsten und ökonomisch wichtigsten lanthanoidführenden Minerale sind:<ref>A. M. Mariano: ''Economic geology of rare earth minerals''. In: B. R. Lipin, G. A. McKay (Hrsg.): ''Reviews in Mineralogy'', Vol. 21 – Geochemistry and mineralogy of rare earth elements (1989). Herausgegeben von der “Mineralogical Society of America”, ISBN 0-939950-25-1, S.&nbsp;309–337.</ref>
 * [[Monazit]] CePO<sub>4</sub>
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 * [[Cerianit]] CeO<sub>2</sub>
-:<small>''Ln'' bezeichnet in den Formeln alle Elemente von Lanthan bis Lutetium sowie das sehr ähnliche [[Yttrium]] (Y).</small>
+: <small>''Ln'' bezeichnet in den Formeln alle Elemente von Lanthan bis Lutetium sowie das sehr ähnliche [[Yttrium]] (Y).</small>
 In fast allen Mineralen findet man eine Häufung entweder der leichten (Ce) oder der schweren Lanthanoide (Y verhält sich mineralchemisch wie ein schweres Lanthanoid). So enthält beispielsweise Monazit überwiegend Ce und La, während der Gehalt der nachfolgenden Lanthanoide mit der Ordnungszahl abnimmt (daher wird die Formel von Monazit auch immer als CePO<sub>4</sub> angegeben). In Xenotim findet man genau den umgekehrten Fall (daher auch YPO<sub>4</sub>). Diese meist sehr effektive Fraktionierung hat ihre Ursache in der Lanthanoiden-Kontraktion und den von Mineral zu Mineral unterschiedlich großen zur Verfügung stehenden Kristallgitterplätzen. Auch andere [[Mineralgruppe]]n können bisweilen hohe Anteile an Lanthanoiden in ihre Struktur einbauen (z.&nbsp;B. [[Zirkon]], [[Granat]]). Weiterhin kommen die Lanthanoide auf dem Mond in Form der sog. [[KREEP|KREEP-Erze]] vor.
+In [[abgebrannter Kernbrennstoff|abgebranntem Kernbrennstoff]] sind Lanthanoide in nennenswerten Mengen vorhanden, da einige von ihnen häufige [[Spaltprodukt]]e sind. Bei der [[Wiederaufarbeitung]] ist die chemische Ähnlichkeit von [[Actinoide]]n (wie Uran, Plutonium, Neptunium …) und Lanthanoiden störend. Da viele Lanthanoid-Nuklide starke [[Neutronengift]]e sind, müssen diese vor Wiederverwendung des Brennstoffs möglichst „sauber“ abgetrennt werden.
 == Eigenschaften ==
-[[Datei:Hexagonal dichteste Kugelpackung.png|miniatur|links|Kristallstruktur der Lanthanoide bis auf Cer, Samarium, Europium und Ytterbium.]]
+[[Datei:Hexagonal dichteste Kugelpackung.svg|mini|links|Kristallstruktur der Lanthanoide bis auf Cer, Samarium, Europium und Ytterbium.]]
 === Physikalische Eigenschaften ===
 Die Lanthanoide sind silbrig-glänzende, relativ weiche und reaktionsfähige Metalle. Fast alle weisen die für Metalle typische [[dichteste Kugelpackung]] auf. Die Härte nimmt mit steigender Ordnungszahl zu.
 Die Lanthanoide gehören wie die [[Actinoide]] zu den ''inneren Übergangselementen'' oder ''[[f-Block]]-Elementen'', da in diesen Reihen die [[f-Orbital]]e nicht vollständig mit Elektronen gefüllt sind.
+Die Promethium-Isotope sind alle instabil, also radioaktiv.
 === Chemische Eigenschaften ===
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 Beginnend bei Cer wird das 4f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lutetium schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Da die 4f-Orbitale tief im Innern der [[Atom]]e liegen, nehmen sie im Gegensatz zu den [[d-Orbital]]en der übrigen Nebengruppenelemente wenig Einfluss auf das chemische Verhalten. Die Lanthanoiden-Elemente sind sich somit in ihren chemischen Eigenschaften relativ ähnlich. Sie gleichen sich so sehr, dass man sie bei der Entdeckung der Yttererde 1794 sogar für das [[Oxide|Oxid]] ein und desselben Elements hielt. Das Gleiche gilt für die zahlreichen Bestandteile der Ceriterde. Gemeinsam ist ihnen die [[Oxidationszahl]] +3. Daneben treten bei einigen Elementen noch die Oxidationszahlen +2 und +4 auf.
+Als Gadolinium Break wird bei den Lanthanoiden eine Unstetigkeit im Verlauf der Ionenradien zwischen Gadolinium und Terbium bezeichnet. Dieser erklärt, warum sich trotz der Ähnlichkeit der Lanthanoide das chemische Verhalten der Elemente nach dem Gadolinium ändert. Das chemische Verhalten lässt sich am Gadolinium Break leicht beeinflussen. So reichen Spuren von Americium, damit ein Terbiumkomplex den Strukturtyp der leichteren Lanthanoide annimmt.<ref name="DOI10.1002/nadc.20184067855">[[Georg Steinhauser (Radioökologe)|Georg Steinhauser]]: ''Strukturchemie - Ein Hauch von Nichts.'' In: ''Nachrichten aus der Chemie.'' 66, 2018, S.&nbsp;118, {{DOI|10.1002/nadc.20184067855}}.</ref>
 === Farben der Lanthanoid-Ionen in wässriger Lösung ===
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 |-----
-|bgcolor=#dddddd| Oxidationszahl<ref name="HOWI1">Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie'', 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S.&nbsp;1937.</ref><ref name="dtv1">dtv-Atlas zur Chemie '''1981''', Teil 1, S.&nbsp;220.</ref> || 57 || 58 || 59 || 60 || 61 || 62 || 63 || 64 || 65 || 66 || 67 || 68 || 69 || 70 || 71
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+! 57 || 58 || 59 || 60 || 61 || 62 || 63 || 64 || 65 || 66 || 67 || 68 || 69 || 70 || 71
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+|style="background:#FFFFFF; color:#000000;"| '''Eu<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
-| '''Gd<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
+|style="background:#FFFFFF; color:#000000;"| '''Gd<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
-| '''Tb<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
+|style="background:#FFFFFF; color:#000000;"| '''Tb<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
-|bgcolor=#ccff00| '''Dy<sup>3+</sup>'''<br />''gelbgrün''
+|style="background:#ccff00"| '''Dy<sup>3+</sup>'''<br />''gelbgrün''
-|bgcolor=#ffff00| '''Ho<sup>3+</sup>'''<br />''gelb''
+|style="background:#ffff00"| '''Ho<sup>3+</sup>'''<br />''gelb''
-|bgcolor=#ee00dd| <font color="white">'''Er<sup>3+</sup>'''<br />''tiefrosa''</font>
+|style="background:#ee00dd; color:#FFFFFF;"| '''Er<sup>3+</sup>'''<br /> ''tiefrosa''
-|bgcolor=#eeff00| '''Tm<sup>3+</sup>'''<br />''blassgrün''
+|style="background:#eeff00"| '''Tm<sup>3+</sup>'''<br />''blassgrün''
-| '''Yb<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
+|style="background:#FFFFFF; color:#000000;"| '''Yb<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
-| '''Lu<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
+|style="background:#FFFFFF; color:#000000;"| '''Lu<sup>3+</sup>'''<br />''farblos''
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 | +4
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-|bgcolor=#ffdd00| '''Ce<sup>4+</sup>'''<br />''orangegelb''
+|style="background:#ffdd00"| '''Ce<sup>4+</sup>'''<br />''orangegelb''
-|bgcolor=#ffff00| '''Pr<sup>4+</sup>'''<br />''gelb''
+|style="background:#ffff00"| '''Pr<sup>4+</sup>'''<br />''gelb''
-|bgcolor=#7700dd| <font color="white">'''Nd<sup>4+</sup>'''<br />''blauviolett''</font>
+|style="background:#7700dd; color:#FFFFFF;"| '''Nd<sup>4+</sup>'''<br /> ''blauviolett''
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+|style="background:#dd6600"| '''Tb<sup>4+</sup>'''<br />''rotbraun''
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+|style="background:#ffdd00"| '''Dy<sup>4+</sup>'''<br />''orangegelb''
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 == Lanthanoiden-Kontraktion ==
 {{Hauptartikel|Lanthanoidenkontraktion}}
-Aufgrund der Lanthanoiden-Kontraktion nimmt der Atomradius innerhalb der Reihe von [[Cer]]&nbsp;(183&nbsp;pm) bis [[Lutetium]]&nbsp;(172&nbsp;pm) nahezu stetig ab (Ausnahmen sind Europium und Ytterbium). Dies liegt daran, dass die Elemente, die – von der Ordnungszahl ausgehend – vor den Lanthanoiden liegen, bereits die 6s- und 5p-Schale mit Elektronen aufgefüllt haben, jedoch die 4f-Schale nicht. Die Lanthanoide füllen nun die 4f-Schale mit Elektronen auf. Bei einer vereinfachten Vorstellung des Atom als aus räumlich abgetrennten Elektronenschalen bestehend, füllt sich nun eine, räumlich gesehen, näher zum Kern befindliche Elektronenschale mit Ladungsträgern. Nebenbei füllt sich der Kern selbstverständlich mit der gleichen Anzahl Protonen, wie Elektronen auf die 4f-Schale hinzukommen. Durch die dadurch bedingte stärkere Anziehung zwischen Elektronen und Protonen schrumpft der Atomradius, während die Ordnungszahl steigt.
+Aufgrund der Lanthanoiden-Kontraktion nimmt der Atomradius innerhalb der Reihe von [[Cer]]&nbsp;(183&nbsp;pm) bis [[Lutetium]]&nbsp;(172&nbsp;pm) nahezu stetig ab (Ausnahmen sind Europium und Ytterbium). Dies liegt daran, dass die Elemente, die –&nbsp;von der Ordnungszahl ausgehend&nbsp;– vor den Lanthanoiden liegen, bereits die 6s- und 5p-Schale mit Elektronen aufgefüllt haben, jedoch die 4f-Schale nicht. Die Lanthanoide füllen nun die 4f-Schale mit Elektronen auf. Bei einer vereinfachten Vorstellung des Atom als aus räumlich abgetrennten Elektronenschalen bestehend, füllt sich nun eine, räumlich gesehen, näher zum Kern befindliche Elektronenschale mit Ladungsträgern. Nebenbei füllt sich der Kern selbstverständlich mit der gleichen Anzahl Protonen, wie Elektronen auf die 4f-Schale hinzukommen. Durch die dadurch bedingte stärkere Anziehung zwischen Elektronen und Protonen schrumpft der Atomradius, während die Ordnungszahl steigt.
-Dieser Effekt ist eigentlich nicht außergewöhnlich, da beim Auffüllen einer Schale innerhalb einer Periode immer der Radius sinkt. Allerdings ergeben sich aus dieser Eigenschaft einige Konsequenzen:<ref name="uni-bayreuth">[http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/lanthanoide/lanthanoide.htm Lanthanoiden-Vortragsskript der Uni Bayreuth.]</ref>
-* Aufgrund der abnehmenden Größe ist eine Trennung mittels [[Ionenaustauscher]]n leicht möglich.<ref group="Anm">Vor der Einführung von Ionenaustauschern konnte man
+Dieser Effekt ist eigentlich nicht außergewöhnlich, da beim Auffüllen einer Schale innerhalb einer Periode immer der Radius sinkt. Allerdings ergeben sich aus dieser Eigenschaft einige Konsequenzen:<ref name="uni-bayreuth">[https://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/lanthanoide/Lanthanoide.pdf Lanthanoide-Vortragsskript] der Uni Bayreuth.</ref>
+* Aufgrund der abnehmenden Größe ist eine Trennung mittels [[Ionenaustauscher]]n leicht möglich.<ref group="Anm">Vor der Einführung von Ionenaustauschern konnte man
 nur bei Cer (drei- und vierwertig) oder [[Europium]] (zwei- und dreiwertig) verschiedene Wertigkeitsstufen ausnutzen, bei den anderen Elementen musste man zur Trennung hunderte Male [[Umkristallisation|umkristallisieren]].</ref>
-* Beim Holmium ist der Radius der Ln<sup>3+</sup> so klein, dass er fast dem des Y<sup>3+</sup> entspricht; deshalb findet man Yttrium meist mit den "Schwererden" zusammen
+* Beim Holmium ist der Radius der Ln<sup>3+</sup> so klein, dass er fast dem des Y<sup>3+</sup> entspricht; deshalb findet man Yttrium meist mit den „Schwererden“ zusammen
 * Innerhalb einer Gruppe haben die Übergangselemente an 2. und 3. Stelle sehr ähnliche Eigenschaften.
 == Verwendung ==
-Es gibt zahlreiche Beispiele für die Verwendung der Lanthanoide:<ref name="uni-bayreuth"/>
+Es gibt zahlreiche Beispiele für die Verwendung der Lanthanoide:<ref name="uni-bayreuth" />
-* Cer: ist Hauptbestandteil im [[Auermetall]], das als  "Feuerstein" von Feuerzeugen verwendet wird, ebenso als Oxid in selbstreinigenden Öfen und als Katalysator beim [[Cracken]]. {{Hauptartikel|Cer#Verwendung}}
+* Cer: ist Hauptbestandteil im [[Auermetall]], das als „Feuerstein“ von Feuerzeugen verwendet wird, ebenso als Oxid in selbstreinigenden Öfen und als Katalysator beim [[Cracken]]. {{Hauptartikel|Cer #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Cer }}
-* Praseodym: befindet sich in gelb gefärbtem Glas, z.&nbsp;B. in Schweißerschutzbrillen. {{Hauptartikel|Praseodym#Verwendung}}
+* Praseodym: befindet sich in gelb gefärbtem Glas, z.&nbsp;B. in Schweißerschutzbrillen. {{Hauptartikel|Praseodym#Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Praseodym}}
-* Neodym: ist ebenfalls Bestandteil der Schweißerschutzbrillengläser und wird in Feststofflasern an Stelle von Rubinen eingesetzt. {{Hauptartikel|Neodym#Verwendung}}
+* Neodym: wird hauptsächlich für starke Magnete ([[Neodym-Eisen-Bor]]) verwendet. Ist ebenfalls Bestandteil der Schweißerschutzbrillengläser und wird in Feststofflasern an Stelle von Rubinen eingesetzt. {{Hauptartikel|Neodym #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Neodym }}
-* Promethium: dient als Wärmequelle in (unbemannten) Satelliten und Raumsonden. {{Hauptartikel|Promethium#Verwendung}}
+* Promethium: dient als Wärme- bzw. [[Radioisotopengenerator|Energiequelle]] in (unbemannten) Satelliten und Raumsonden. {{Hauptartikel|Promethium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Promethium }}
-* Samarium: findet als Permanentmagnet Anwendung, z.&nbsp;B. in Kopfhörern. {{Hauptartikel|Samarium#Verwendung}}
+* Samarium: findet als Permanentmagnet Anwendung, z.&nbsp;B. in Kopfhörern. {{Hauptartikel|Samarium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Samarium }}
-* Europium: dient als Neutronenabsorber in Kernkraftreaktoren, aber auch als Aktivator der roten Leuchtstoffe in der Fernsehröhre. {{Hauptartikel|Europium#Verwendung}}
+* Europium: dient als [[Neutronenabsorber]] in Kernspaltungsreaktoren, aber auch als Aktivator der roten Leuchtstoffe in der Fernsehröhre. {{Hauptartikel|Europium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Europium }}
-* Gadolinium: findet man auch in der Fernsehröhre als Aktivator der grünen Leuchtstoffe. {{Hauptartikel|Gadolinium#Verwendung}}
+* Gadolinium: findet man auch in der Fernsehröhre als Aktivator der grünen Leuchtstoffe. {{Hauptartikel|Gadolinium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Gadolinium }}
-* Terbium: wird als Lasermaterial eingesetzt. {{Hauptartikel|Terbium#Verwendung}}
+* Terbium: wird als Lasermaterial eingesetzt. {{Hauptartikel|Terbium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Terbium }}
-* Dysprosium: ist als Neutronenabsorber in Kernkraftreaktoren zu finden. {{Hauptartikel|Dysprosium#Verwendung}}
+* Dysprosium: ist als Neutronenabsorber in Kernreaktoren zu finden. {{Hauptartikel|Dysprosium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Dysprosium }}
-* Holmium: ist nur in Legierungen anzutreffen. Allgemein sind die Lanthanoiden häufig in Legierungen anzutreffen, sie machen Stahl leichter verarbeitbar. {{Hauptartikel|Holmium#Verwendung}}
+* Holmium: ist nur in Legierungen anzutreffen. Allgemein sind die Lanthanoide häufig in Legierungen anzutreffen, sie machen Stahl leichter verarbeitbar. {{Hauptartikel|Holmium#Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Holmium}}
-* Erbium: ist in fotografischen Filtern enthalten. {{Hauptartikel|Erbium#Verwendung}}
+* Erbium: ist in fotografischen Filtern enthalten. {{Hauptartikel|Erbium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Erbium }}
-* Thulium: dient auch in Kernkraftwerken als Neutronenabsorber. {{Hauptartikel|Thulium#Verwendung}}
+* Thulium: dient auch in Kernkraftwerken als Neutronenabsorber. {{Hauptartikel|Thulium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Thulium }}
-* Ytterbium: erzeugt Röntgenstrahlen ohne Elektrizität, z.&nbsp;B. in tragbaren Röntgenapparaten. {{Hauptartikel|Ytterbium#Verwendung}}
+* Ytterbium: erzeugt Röntgenstrahlen ohne Elektrizität, z.&nbsp;B. in tragbaren Röntgenapparaten. {{Hauptartikel|Ytterbium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Ytterbium }}
-* Lutetium: ist ein Katalysator beim Cracken und Polymerisieren. {{Hauptartikel|Lutetium#Verwendung}}
+* Lutetium: ist ein Katalysator beim Cracken und Polymerisieren. {{Hauptartikel|Lutetium #Verwendung|titel1=„Verwendung“ im Artikel Lutetium }}
-== Siehe auch ==
-* [[Actinoide]]
 == Anmerkungen ==
-<references group="Anm"/>
+<references group="Anm" />
-== Einzelnachweise ==
-<references/>
 == Literatur ==
+* {{Holleman-Wiberg|Auflage=102.|Startseite=1928|Endseite=1947}}
-* Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie'', 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S.&nbsp;1928–1947.
-* James E. Huheey: ''Anorganische Chemie'', 1. Auflage, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6, S.&nbsp;873–900.
+* [[James E. Huheey]]: ''Anorganische Chemie'', 1. Auflage, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6, S.&nbsp;873–900.
-* Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: ''Chemie der Elemente'', 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S.&nbsp;1571–1600.
+* [[Norman N. Greenwood]], [[Alan Earnshaw]]: ''Chemie der Elemente'', 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S.&nbsp;1571–1600.
 * dtv-Atlas zur Chemie '''1981''', Teil 1, S.&nbsp;216–221.
 == Weblinks ==
 * {{DNB-Portal|4074013-4}}
-* [http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=Lan_Entdeckung W. Thum: Die Entdeckung der Seltenerdmetalle, Eine unter didaktischen Gesichtspunkten erstellte Zusammenfassung für den Unterricht. (chemie-master.de)]
+* W. Thum: [http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=Lan_Entdeckung ''Die Entdeckung der Seltenerdmetalle''. Eine unter didaktischen Gesichtspunkten erstellte Zusammenfassung für den Unterricht.] chemie-master.de
+== Einzelnachweise ==
-{{Normdaten|TYP=s|GND=4074013-4}}
+<references />
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 [[Kategorie:Lanthanoid| ]]
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„Lanthanoide“ – Versionsunterschied

Aktuelle Version vom 11. März 2024, 15:47 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Farben der Lanthanoid-Ionen in wässriger Lösung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Lanthanoiden-Kontraktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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„Lanthanoide“ – Versionsunterschied

Aktuelle Version vom 11. März 2024, 15:47 Uhr

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Farben der Lanthanoid-Ionen in wässriger Lösung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Lanthanoiden-Kontraktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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