Место редкоземельных элементов в периодической системе элементов и их электронное строение

Введение

Редкоземельные элементы или редкоземельные металлы - это группа химических элементов в периодической таблице Д.И.Менделеева, состоящая из пятнадцати лантанидов, а также скандия и иттрия.
Скандий и иттрий считаются редкоземельными элементами, поскольку они, как правило, встречаются в тех же рудных месторождениях, что и лантаноиды, и демонстрируют сходные химические, но при этом различные электронные и магнитные свойства. В редких случаях можно использовать более широкое определение, которое включает актиниды, поскольку актиниды обладают некоторыми минералогическими, химическими и физическими характеристиками.
17 редкоземельных элементов: скандий (Sc), иттрий (Y), лантан (La), церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu).
Несмотря на свое название, редкоземельные элементы, за исключением радиоактивного прометия, многочисленны в земной коре, причем церий является 25-м наиболее распространенным элементом, который встречается чаще, чем медь.
Однако из-за своих геохимических свойств редкоземельные элементы обычно рассеяны и не часто обнаруживаются в виде редкоземельных минералов, поэтому экономически эксплуатируемые рудные месторождения встречаются реже.
В 1787 году первым обнаруженным редкоземельным минералом стал гадолинит - минерал, состоящий из церия, иттрия, железа, кремния и других элементов. Этот минерал был добыт из шахты в деревне Иттерби в Швеции; четыре из редкоземельных элементов носят названия, полученные из этого единственного местоположения.
Химические свойства редкоземельных элементов
Скандий, иттрий и лантаноиды имеют высокую реакционную способность. Химическая активность этих элементов особенно заметна при повышенных температурах. При нагревании в кислороде металлы легко реагируют с ним, образуя оксиды: R2O3 (R – атом редкоземельного элемента), CeO2, Pr6O11, Tb4O7. Во время горения данных металлов в атмосфере кислорода выделяется большое количество тепла. Для церия характерной особенностью является свойство пирофорности — способность искриться при разрезании металла на воздухе.
Лантан, церий и другие металлы уже при обычной температуре реагируют с водой и кислотами-неокислителями, выделяя водород. Из-за высокой активности к атмосферному кислороду и воде куски лантана, церия, празеодима, неодима и европия следует хранить в парафине, остальные из редкоземельных металлов окисляются плохо и их можно хранить в нормальных условиях без противоокислительных веществ.
Химическая активность редкоземельных металлов неодинакова. От скандия до лантана химическая активность возрастает, а в ряду лантан — лютеций — снижается. Отсюда следует, что наиболее активным металлом является лантан. Это обуславливается уменьшением радиусов атомов элементов от лантана до лютеция с одной стороны, и от лантана до скандия — с другой.
Редкоземельные элементы чаще всего проявляют степень окисления +3. Из-за этого наиболее характерными являются оксиды R2O3 — твёрдые, крепкие и тугоплавкие соединения. Будучи основными оксидами, они для большинства элементов способны соединяться с водой и создавать основания — R(OH)3. Гидроксиды редкоземельных металлов малорастворимы в воде.
Поскольку металлы данной подгруппы активны, а их соли с сильными кислотами растворимы, они легко растворяются и в кислотах-неокислителях, и кислотах-окислителях.
Все редкоземельные металлы энергично реагируют с галогенами, создавая RHal3 (Hal — галоген). С серой и селеном они также реагируют, но при нагревании.
Геологическое распределение редкоземельных элементов
Редкоземельный элемент церий является на самом деле 25-м самым распространенным элемент в земной коре. Только крайне нестабильный и радиоактивный элемент прометий довольно редок.