ما هي اللانثانيدات؟

ما هي اللانثانيدات؟

تتكون اللانثانيدات من العناصر الموجودة في المجموعة (f) من الفترة السادسة في الجدول الدوري ويمكن اعتبار هذه المعادن معادن انتقالية إلّا أنّ لها خصائص تميزها عن بقية العناصر وتسمى بالعناصر الأرضية النادرة.

ما هي عناصر اللانثانيدات؟

اللانثانيدات تتضمن بشكل عام العناصر الخمسة عشر التالية: اللانثانم، السيريوم، البراسيوديميوم، النيوديميوم، البروميثيوم، السماريوم، اليوروبيوم، الجادولينيوم، التيربيوم، الديسبروسيوم، الهولميوم، الإربيوم، الثوليوم، الإيتربيوم واللوتيتيوم.

اللانثانيدات: هي مجموعة من 15 عنصر بأعداد ذرية من 57 إلى 71 كل هذه العناصر لها إلكترون تكافؤ واحد في الغلاف (5d) وتشترك العناصر في خصائص مشتركة مع العنصر الأول في المجموعة (اللانثانم). اللانثانيدات هي معادن تفاعلية ذات لون فضي وحالة الأكسدة الأكثر استقرارًا لذرات اللانثانيد هي +3 لكن حالات الأكسدة +2 و+4 شائعة أيضًا، على الرغم من أنّ اللانثانيدات تسمى أحيانًا الأتربة النادرة إلّا أنّ العناصر ليست نادرة بشكل خاص ومع ذلك يصعب فصلهم عن بعضهم البعض.

كيف يتم فصل عناصر اللانثانيدات عن العناصر الأخرى؟

يتم فصل العناصر الأرضية النادرة عن العناصر الأخرى في المعدن عن طريق الترسيب باستخدام كاشف مناسب. يصعب فصل العناصر الأرضية النادرة عن بعضها البعض بوسائل كيميائية عادية لأنّ خصائصها الكيميائية متشابهة وقد يتضمن عزل عنصر فردي مئات التبلورات الجزئية. باستخدام طرق التبادل الأيوني يمكن تحقيق فصل عنصر أرضي نادر بمزيد من السهولة والدقة.

وتسمى أكاسيد العناصر الأرضية النادرة بالأتربة النادرة وتوجد في المعادن التي هي في الواقع أكثر وفرة من تلك الموجودة في بعض المعادن الأخرى مثل تلك الموجودة في مجموعة البلاتين. المصدر الرئيسي للأتربة النادرة هو معدن المونازيت، تشمل بعض المعادن النادرة الأخرى التي تحتوي أيضًا على كميات صغيرة من العناصر الأرضية النادرة: السيريت والجادولينيت والسمارسكايت.

تمّ اكتشاف اللانثانيدات لأول مرة في عام 1787م عندما تمّ العثور على معدن أسود غير عادي في السويد وهذا المعدن المعروف الآن باسم (Gadolinite) تمّ فصله لاحقًا إلى عناصر (Lanthanide) المختلفة. في عام 1794م حصل البروفيسور جادولين على الإيتريا وهو شكل نجس من أكسيد الإيتريوم من المعدن. في عام 1803م، عزل (Berzelius) و(Klaproth) مجمع السيريوم الأول، في وقت لاحق استخدم موسلي أطياف الأشعة السينية للعناصر لإثبات وجود أربعة عشر عنصرًا بين اللانثانوم والهافنيوم وتمّ فصل بقية العناصر لاحقًا من نفس المعدن.

تمّ تصنيف هذه العناصر لأول مرة على أنها “أرض نادرة” نظرًا لحقيقة أنها تم الحصول عليها من معادن نادرة بشكل معقول. ومع ذلك قد يكون هذا مضللًا نظرًا لأنّ عناصر اللانثانيد لها وفرة غير محدودة عمليً وقد تمّ اعتماد مصطلح (Lanthanides) الذي نشأ من العنصر الأول في السلسلة (Lanthanum).

استخدامات اللانثانيدات

تحتوي اللانثانيدات على العديد من الاستخدامات العلمية والصناعية حيث تستخدم مركباتها كمحفزات في إنتاج البترول والمنتجات الاصطناعية وتُستخدم اللانثانيدات أيضاً في المصابيح والليزر والمغناطيس والفوسفور وأجهزة عرض الصور المتحركة وشاشات تكثيف الأشعة السينية، يتم الجمع بين سبيكة أرضية نادرة مختلطة سريعة الاشتعال تسمى (Mischmetall) من اللانثانيدات الخفيفة الأخرى أو معدن (misch) مع الحديد لصنع أحجار صوان لولاعات السجائر تعمل إضافة (Mischmetall) بنسبة أكبر من واحد على تحسين قوة وإمكانية تشغيل الفولاذ منخفض السبائك.

المعادن بشكل عام لها لمعان فضي عندما تقطع حديثاً ومع ذلك يمكن أن تشوّه بسرعة في الهواء خاصةً (Ce وLa وEu) حيث أنّ هذه العناصر تتفاعل مع الماء ببطء في البرودة وعلى الرغم من أنّ هذا التفاعل يمكن أن يحدث بسرعة عند تسخينه. هذا يرجع إلى طبيعتها الكهربية ولدى اللانثانيدات ردود الفعل التالية: تتأكسد بسرعة في الهواء الرطب تذوب بسرعة في الأحماض يكون التفاعل مع الأكسجين بطيئًا في درجة حرارة الغرفة لكن يمكن أن يشتعل في حوالي (150 – 200 درجة مئوية)، تتفاعل مع الهالوجينات عند التسخين وتتفاعل أيضاً عند التسخين مع (S وH وC وN).

الخصائص المشتركة لدى اللانثانيدات

• المعادن الفضية البيضاء التي تُشوه عند تعرضها للهواء مكونةً أكاسيدها.

• تزداد الصلابة إلى حد ما مع زيادة العدد الذري.

• بالانتقال من اليسار إلى اليمين عبر الفترة (زيادة العدد الذري) يتناقص نصف قطر كل لانثانيد 3+ أيون بثبات يشار إلى هذا باسم انكماش اللانثانيد.

• نقاط انصهار عالية ودرجات غليان عالية.

• تتفاعل مع الماء لتحرير الهيدروجين (H2) ببطء في البرودة وبسرعة عند التسخين، عادةً ما ترتبط اللانثانيدات بالماء.

• هم عوامل اختزال قوية.

• مركباتها أيونية بشكل عام، في درجات حرارة مرتفعة تشتعل العديد من العناصر الأرضية النادرة وتحترق بشدة ومعظم المركبات الأرضية النادرة ذات مغنطيسية قوية تتوهج العديد من المركبات الأرضية النادرة بشدة تحت الضوء فوق البنفسجي.

• تميل أيونات اللانثانيد إلى أن تكون ألوانًا باهتة ناتجة عن انتقالات بصرية ضعيفة وضيقة وممنوعة.

• تتعارض اللحظات المغناطيسية لكل من اللانثانيد وأيونات الحديد مع بعضها البعض.

• تتفاعل اللانثانيدات بسهولة مع معظم اللافلزات وتشكل ثنائيات عند التسخين مع معظم اللافلزات.