Lanthanoide

Die Elemente der Lantanreihe des Periodensystems der chemischen Elemente




Zu den Lanthanoiden zählt das Element Lanthan und die 14 folgenden Elemente. Es handelt sich hierbei weder um eine Haupt- noch Nebengruppe. Die Elemente der Lanthanoide sind Cer, Praseodym, Neodym, Promethiuzm, Samarium, Europium, Gadolinum, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium.

Lanthanoide

Lanthanoide

Allgemeines zu den Lathanoiden

Das Wort Lathanoide kommt aus dem griechischen und bedeutet „Lathanähnliche“, denn zu den Lathanen gehören neben Lathan noch die lathanähnlichen Stoffe. Dies sind die 14 Elemente, die im Periodensystem auf Lanthan folgen: Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadalinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutentium (Lu). Eigentlich gehört nach dem Begriff Lathanoide Lathan nicht zu den Lathanähnlichen, aber nach der Nomenklatur der IUPAC gehört Lathan der Einfachheit halber auch zu den Lathanoiden. Die Lathanoide werden deshalb auch als Elemente der Lanthanreihe bezeichnet. Alle Lathanoide sind Metalle und gehören zu der Gruppe der „Metalle der Seltenen Erden“.




Physikalische Eigenschaften

Die Lanthanoide sind reaktionsfähige Metalle, die silbrig glänzen sowie realtiv weich sind. Mit steigender Ordnungszahl nimmt ihre Härte zu. Alle Promethium-Isotope sind instabil, also radioaktiv.

Chemische Eigenschaften

Die Lanthanoide haben eine ähnliche Struktur der Valenzschale wie die Elemente der dritten Gruppe des Periodensystems Scandium und Yittrium. Sie oxidieren an der Luft schnell und mit Wasser reagieren sie und bilden dabei Wasserstoff.
Die Lanthanoide unterscheiden sich in der unterschiedlichen Befüllung des 4f-Orbitals, denn Cer hat am wenigstens Elektronen in diesem Orbital und es wird dann von Element zu Element nach und nach aufgefüllt, sodass es bei Lutetium mit 14 Elektronen komplett besetzt ist. Doch die 4f-Orbitale nehmen wenig Einfluss auf das chemische Verhalten, denn sie liegen tief im Innern der Atome. Deshalb sind sich die Lanthanoide in ihren chemischen Eigenschaften relativ ähnlich. Dies gilt auch für die vielen Bestandteile der Ceriterde. Die Oxidationszahl +3 ist ihnen gemeinsam, doch bei einigen Elementen treten auch die Oxidationszahlen +2 sowie +4 auf.

Lanthanoiden-Kontraktion

Wegen der Lanthanoiden-Kontraktion wird der Atomradius in der Reihe von Cer mit 183pm bis Lutetium mit 172pm immer kleiner. Ausnahmen hierbei sind allerdings Europium und Ytterbium. Dies liegt daran, dass die 6s- und 5p-Schale bereits mit Elektronen gefüllt sind. Nun füllen die Lanthanoide die 4f-Schale, die näher am Kern liegt. Da sich dabei auch der Kern mit mehr Protonen füllt, wird die Anziehungskraft stärker und der Atomradius wird kleiner obwohl die Ordungszahl größer wird.

Die Entdeckung der Lanthanoide

Der schwedische Artillerieoffizier Karl Axel Arrhenius entdeckte 1787 ein dunkles Silicatmaterial in einer Feldspatgrube bei Stockholm. Dieses Mineral wurde zuerst Yiterbit genannt, allerdings wurde es später in Gadolinit umbenannt. 1794 konnte der finnische Forscher Johann Gadolin daraus die Yttererde, also ein Oxid des neuen Elements Yttrium, präparieren. 1803 wurde ein weiteres Oxid, das als Ceriterde bezeichnet wurde, gefunden. Doch bis zum Jahr 1839 wurden die Yttererde und die Ceriterde für die gleichen Stoffe gehalten. Dies liegt an der oben beschriebenen sehr ähnlichen chemischen Eigenschaften. Erst im Jahr 1839 gelang es durch die fraktionierende Fällung, aus ihnen weitere Lanthanoidoxide zu isolieren. Nun konnten im Laufe der Jahre durch verschiedene Wissenschaftler immer mehr Lanthanoide isoliert werden, doch das Element 61 blieb lange Zeit unentdeckt. Es wurde erst 1945 als Spaltprodukt des Urans isoliert werden und wurde Promethium genannt.

Verwendung der Lathanoide

Cer wird für das Auermetall verwendet und ist ein Hauptbestandteil davon. Dieses wird bei Feuerzeugen als „Feuerstein“ verwendet. Das Auermetall wird auch als Oxid in selbstreinigenden Öfen und als Katalysator beim Cracken verwendet.
Praseodym wird für die Herstellung von gleb gefärbtem Glas, wie dies zum Beispiel in Schweißerschutzbrillen ist, benutzt.
Neodym braucht man vor allem für starke Magnete. Aber es ist genauso wie Praseodym Bestandteil von Schweißerschutzbrillengläsern und darüber hinaus wird es in Feststofflasern an der Stelle von Rubinen eingesetzt.
Als Wärmequelle von bemannten und unbemannten Satelliten und Raumsonden dient Promethium.
Samarium wird für Permanentmagnete benutzt wie zum Beispiel in Kopfhörern.
Europium wird als Aktivator der roten Leuchtstoffe in der Fernsehröhre sowie als Neutronenabsorber in Kernkraftreaktoren benutzt.
Ebenfalls in der Fernsehröhre, diesmal aber als Aktivator der grünen Leuchtstoffe, dient Gadolinium.
Als Lasermaterial wird Terbium eingesetzt.
Genauso wie Europium ist auch Dysprosium in den Neutronenabsorber in Kernkraftwerken.
Holmium ist in Legierungen anzutreffen. Hierzu ist noch zu erwähnen, dass generell die Lanthanoide oft in Legierungen vorhanden sind, weil dadurch der Stahl leichter zu verarbeiten ist.
In fotografischen Filtern ist Erbium enthalten.
Ebenfalls als Neutronenabsorber in Kernkraftwerken dient auch Thulium.
Ytterbium kann Röntgenstraheln ohne Elektrizität erzeugen. Dies wird zum Beispiel in tragbaren Röntgenapparaten genutzt.
Und Lutetium ist ein Katalysator beim Polymerisieren und Cracken.

Elemente der Lanthanoide

Lanthan

 Name  Lanthan
Symbol  La
Ordnungszahl  57
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7439-91-0
Serie  Übergangsmetalle

Lanthan hat als chemisches Element die Ordnungszahl 57 und wird in der chemischen Tabelle mit dem Elementsymbol La abgekürzt. Im Atomkern besitzt das Element also 57 Protonen (elektrisch positiv geladene Elementarteilchen). Als so genanntes Übergangsmetall bzw. Metall der Seltenen Erden steht es im Periodensystem in der dritten Gruppe (Nebengruppe), die auch als Scandiumgruppe bezeichnet wird, und in der 6. Periode. Obwohl die F-Schale nicht durch Elektronen besetzt ist, wird das Element sozusagen als Namensgeber zu den so genannten Lanthanoiden gezählt.

 

Cer

 Name  Cer
Symbol  Ce
Ordnungszahl  58
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-45-1
Serie  Lanthanoide

Wenn beim Benutzen eines Feuerzeugs Funken zu sehen sind, dann handelt es sich häufig um ein mit Cer als Zündmetall versehenes Gerät. Durch die Reibung entsteht dort Wärme zur Entzündung. Dies gilt auch für Gasanzünder, welche häufig bei einigen Gasherden benutzt werden. Die Industrie verwendet Cer auch zur Glasherstellung oder als Legierungszusatz, teilweise in Leuchtstoffröhren oder als Glasfärbemittel. In der Chemie wird Cer(IV)-sulfat als Oxidationsmittel in der Cerimetrie angewandt.

 

Praseodym

 Name  Praseodym
Symbol  Pr
Ordnungszahl  59
Aussehen  weiß gelblich
CAS-Nummer  7440-10-0
Serie  Lanthanoide

Bei Praseodym (Elementsymbol Pr) handelt es sich um ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 59 im Periodensystem. Es wird zu den Metallen der seltenen Erden gezählt und steht in der Gruppe der Lanthanoide (La) Periode 6, Block f. Zu seinem Namen kam das Element, bedingt durch seine Grünfärbung, aus den griechischen Worten prásinos (grün)und didymos (doppelt, oder Zwilling).

Neodym

 Name  Neodym
Symbol  Nd
Ordnungszahl  60
Aussehen  silbrigweiß gelblich
CAS-Nummer  7440-00-8
Serie  Lanthanoide

Neodym ist ein Stoff, der zu den sogenannten seltenen Erden gezählt wird. Zwei Wissenschaftler namens Carl Gustav Mosander und Carl F. Auer von Welsbach gewannen erstmalig im Jahre 1885 aus Didym das Neodym. Dazu wurde Didym in Neodym und Praseodym aufgetrennt. Aus diesem Grund gilt Praseodym auch als Ersatz für Neodym. Das Neodym war allerdings noch unrein. Die Herstellung von reinem Neodym gelang erst viel später, im Jahre 1925.

 

Promethium

 Name  Promethium
Symbol  Pm
Ordnungszahl  61
Aussehen  metallisch
CAS-Nummer  7440-12-2
Serie  Lanthanoide

Promethium ist ein Element der Lanthanoiden Reihe und wurde als letztes Element entdeckt. Obwohl bereits in den 20er Jahren einige Forscher Elemente wie Illinium und Florentrium entdeckt hatten, konnten spezielle Ergebnisse nicht reproduziert werden. Auch eine Forschergruppe aus dem Jahr 1941 an der State Ohio University brachten keinen Erfolg. Erst nach weiteren vier Jahren entdeckten Glendenin, Corvel und Marinsky in den USA (Oak Ridge) das Uranspaltprodukt. Mit Hilfe eines Ionenaustauschverfahrens konnte das Element isoliert werden und erhielt den Namen Promethium. Dieses stellt das vierte der Reihe von Lanthanoiden dar und ist als einziges, wo alle Isotope radioaktiv sind. In der Natur findet man es in nur ganz wenigen Mengen in Uranerzlagerstätten.

Samarium

 Name  Samarium
Symbol  Sm
Ordnungszahl  62
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-19-9
Serie  Lanthanoide

1879 entdeckte der französische Forscher namens Paul Emile Lecoq de Boisbaudran das Element im Mineralgestein Samarskit, welches aus Uran und Tatal besteht. 32 Jahre später erfolgte die allererste Reindarstellung. Samarium ist mittlerweile das fünfte Element aus der Lanthanoiden Reihe. Die Häufigkeit am Aufbau der Erdkruste ist dabei mit einem Gewichtsprozent von 0,0006 angegeben. Als wichtigstes Ausgangsmaterial gilt dabei das Monazit Mineral.

 

Europium

 Name  Europium
Symbol  Eu
Ordnungszahl  63
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-53-1
Serie  Lanthanoide

Europium ist ein chemisches Element des Periodensystems, welches die Ordnungszahl 63 besitzt und gehört zu den Lanthanoiden. Aufgrund der zuletzt genannten Eigenschaft gehört Europium, welches das Elementsymbol ‚Eu‘ hat, zu den Metallen der seltenen Erden (Lanthanoide). Europium sieht silbrig weiß aus.

 

Gadolinium

 Name  Gadolinium
Symbol  Gd
Ordnungszahl  64
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-54-2
Serie  Lanthanoide

In der Volksrepublik China steht das chemische Element Gadolinium relativ hoch im Kurs. Das Riesenreich ist der wichtigste Produzent des zu den seltenen Erden zählenden Gadolinium. Es dient insbesondere der Herstellung von Mikrowellenanwendungen und der Produktion eines grünen Leuchtstoffs für nachleuchtende Bildschirme.

 

Terbium

 Name  Terbium
Symbol  Tb
Ordnungszahl  65
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-27-9
Serie  Lanthanoide

Erstmals entdeckt und nachgewiesen wurde es in Jahre 1843 von Carl Gustav Mosander. Seinen Namen erhielt Terbium nach dem Entdeckungsort, der Grube Ytterby bei Stockholm, Schweden. Terbium gehört zu den seltenen Erden und steht in der Gruppe der Lanthanoide. Es ist ein weiches Schwermetall, von silbrig-grauer Farbe, welches an Sauerstoff schnell anläuft. Bei Raumtemperatur kommt es in hexagonaler Kristallstruktur vor und ist chemisch relativ stabil. Terbium ist paramagnetisch und kommt in der Natur nur als 159 Tb Isotop vor, jedoch können weitere Isotope synthetisch hergestellt werden.

 

Dysprosium

 Name  Dysprosium
Symbol  Dy
Ordnungszahl  66
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7429-91-6
Serie  Lanthanoide

Das chemische Element Dysprosium trägt das Elementsympbol Dy und besitzt im Periodensystem die Ordnungszahl 66. Dort ist es unter den Lanthanoide eingeordnet.
Die Entdeckung dieses Elements wurde von Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, einem französischen Chemiker, im Jahre 1886 gemacht. Dem Chemiker gelang es aus dem Oxid des Elements Holmium eine Probe zu isolieren. Diese enthielt Dysprosium(III)-oxid. Holmiumoxid war zur damaligen Zeit noch recht unerforscht. Des Weiteren kommt hinzu, dass die Lanthanoide, zu denen auch Holmium dazugehört, von den ihren chemischen Eigenschaften kaum zu unterscheiden sind. Sie sind alle ziemlich ähnlich. Auch zur heutigen Zeit stellt sich das Unterscheiden dieser Lanthanoide als komplizierte Aufgabe dar.

Holmium

 Name  Holmium
Symbol  Ho
Ordnungszahl  67
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-60-0
Serie  Lanthanoide

Bestimmte chemische Elemente/Schwermetalle sind in der Bevölkerung wenig bekannt. Hierzu zählt mit Sicherheit auch das Schwermetall Holmium. Holmium ist silbergrau, weich, gut dehnbar und gehört zu den Metallen der Seltenen Erden. Doch seit wann ist dieses chemische Element bekannt, wer hat es erfunden?

 

Erbium

 Name  Erbium
Symbol  Er
Ordnungszahl  68
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7440-52-0
Serie  Lanthanoide

Im Jahre 1843 entdeckte Carl Gustav Mosander * 10.09.1797, ein schwedischer Chemiker und Chirurg, dass bislang unbekannte Metall Erbium. Wie vermutet wird, handelte es sich damals nicht um das reine Oxid. Es betraf eher eine Mischung der Oxide aus Scandium, Holium, Ytterbium, Thulium ebenso natürlich Erbium.
Die Chemiker Marc Delafontaine und Nils Johan, beide aus Berlin, machten sich später der Aufklärung verdient.
Das reine Erbiumoxid entstand im Jahre 1905 durch den französischen Chemiker Georges Urbain sowie dem amerikanischen Chemiker Charles James.

 

Thulium

 Name  Thulium
Symbol  Tm
Ordnungszahl  69
Aussehen  silbrig grau
CAS-Nummer  7440-30-4
Serie  Lnathanoide

 

Thulium ist ein chemisches Element. Es zählt zu den Metallen der seltenen Erde. Sein Elementsymbol ist Tm und die Ordnungszahl ist 69. 1879 wurde Thulium vom schwedischen Naturforscher Professor Per Teodor Cleve entdeckt. Er fand heraus, dass die Elemente Erbium und Ytterbium beim Trennen unterschiedlich starke Absorptionsbanden aufwiesen. Dies bedeutete, dass diese Elemente in weitere Elemente aufgespalten werden können. Die zwei Elemente nannte Professor Cleve anschließend Holmium und Thulium.

 

Ytterbium

 Name  Yterbium
Symbol  Yb
Ordnungszahl  70
Aussehen  sibrig weiß
CAS-Nummer  7440-64-4
Serie  Lanthanoide

Die „seltene Erde“ Ytterbium

Das chemische Element Ytterbium ist ein Metall der sogenannten „seltenen Erden“. Es ist silberglänzend und besitzt eine wesentlich geringere Dichte als die benachbarten Elemente im Periodensystem der Gruppe der Lanthanoide. Auch der Siedepunkt dieses Schwermetalls ist deutlich niedriger als bei anderen vergleichbaren Elementen.

 

Lutetium

 Name  Lutetium
Symbol  Lu
Ordnungszahl  71
Aussehen  silbrig weiß
CAS-Nummer  7439-94-3
Serie  Lanthanoide

Lutetium ist im Periodensystem in der Lanthanoid-Gruppe zu finden. Ebenso wie auch die anderen Lanthanoide, ist auch Lutetium ein Schwermetall mit silberglänzendem Erscheinungsbild. Was die Lanthanoide angeht, so hat Lutetium den kleinsten Atomradius, die höchste Dichte und ebenso den höchsten Siede- und Schmelzpunkt. Unabhängig voneinander und doch beinahe zeitgleich haben, im Jahr 1907, Charles James, Carl Auer von Welsbach und Georges Urbain dieses Element entdeckt. Zwei Jahre später, im Jahr 1909, wurde schließlich entschieden, dass die Entdeckung Georges Urbain zustand. So erhielt das Element auch den Namen, der Urbain vorgeschlagen hatte: Lutetium. Gerade im deutschsprachigen Raum war jedoch relativ lange die Bezeichnung Cassiopeium verbreitet, die von Carl Auer von Welsbach damals vorgeschlagen wurde.

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