Lanthanoidy jsou podle současné mezinárodní chemické nomenklatury[1] skupinou patnáctichemických prvků počínajícíchlanthanem, tedy prvků s protonovým číslem 57 až 71 (dříve se pod tento název řadilo pouze čtrnáct prvků následujících za lanthanem, které doplňují jeho elektronovou konfiguraci doorbitalu 4f). Veškeré lanthanoidy vykazují velmi podobné chemické chování a patří mezi kovy. Spolu seskandiem ayttriem tvoří skupinuprvků vzácných zemin.
Chemické chování i základní fyzikální vlastnosti všech prvků skupina lanthanoidů jsou velmi podobné. Všechny patří mezi kovy, mají stříbrolesklou barvu a jsou velmi měkké.
Jejich reaktivita postupně klesá se stoupajícím atomovým číslem. Oproti prvním dvěma prvkům lanthanu a ceru, které poměrně rychle reagují se vzdušnýmkyslíkem, jsou prvky řazené za europiem na vzduchu relativně stálé. S vodou reagují za vznikuplynnéhovodíku, snadno se rozpouští v běžných minerálních kyselinách. Za zvýšené teploty také přímo reagují s běžnými nekovovými prvky jakodusíkem,borem,křemíkem,fosforem,sírou ahalogeny.
Ve sloučeninách se vyskytují především v mocenství Me+3. Výjimkou jsoucer, který tvoří velmi stabilní sloučeniny i v mocenství Ce+4 aeuropium, jehož sloučeniny v mocenství Eu+2 jsou zcela stálé. Sloučeniny jiných lanthanoidů ve valencích +2 a +4 jsou spíše kuriozitami, jsou velmi nestálé a nemají žádný praktický význam.
Chemické vlastnosti solí lanthanoidů jsou značně podobné sloučeninámhliníku. Všechny tvoří například vysoce stabilní oxidy, které nereagují s vodou a jen velmi obtížně se redukují. Ze solí anorganických kyselin jsou důležité předevšímfluoridy afosforečnany, jejich nerozpustnost ve vodě se používá k separaci lanthanoidů od jiných kovových iontů. Další nerozpustnou sloučeninou ješťavelan, který je možno použít ke gravimetrickému stanovení těchto prvků po jejich vzájemné separaci.
Netypické vlastnosti, vybočující z obvyklého chování lanthanoidů vykazujegadolinium, které jako jediné z této skupiny máferromagnetické vlastnosti a podobá se tím prvkům jako ježelezo nebonikl. Odlišnostípromethia je fakt, že se tento prvek v přírodě prakticky nevyskytuje, protože žádný z jehoizotopů není stabilní a všechny seradioaktivně rozpadají.
Jako lanthanoidovou kontrakci označujeme jev, kdy se s postupným zvyšováním atomového čísla prvku zmenšuje poloměr následujících atomů. Ve skupině lanthanoidů je tento trend zvláště markantní, pro první ze skupiny –lanthan se uvádí atomový poloměr 1,061 Å a poslednílutecium pouze 0,848 Å.
V normálních řadách prvků se průměr atomu (jeho obalu) se zvyšujícím se atomovým číslem taktéž zmenšuje, ovšem ne tolik razantně. V případě lanthanoidů se postupné zmenšování atomového poloměru vysvětluje tím, žeelektrony doplňované postupně do orbitalů4f vykazují nízké stínění kladného nábojeatomového jádra a tak s přibývajícím atomovým číslem a tím i počtemprotonů v jádře rosteefektivní náboj jádra působící přitažlivou silou na elektrony.
Přestože jsou lanthanoidy také označovány jako prvky vzácných zemin, není jejich výskyt naZemi nijak řídký. Nejčastěji zastoupený cer je celkově 26. prvkem v pořadí elementárního složenízemské kůry a i nejméně běžnélutecium vykazuje 200× vyšší obsah nežzlato.
V přírodě se lanthanoidy vyskytují pouze ve formě sloučenin. Neexistují však ani minerály, v nichž by se některé lanthanoidy (prvky vzácných zemin) vyskytovaly samostatně, ale vždy se jedná o minerály směsné, které obsahují prakticky všechny prvky této skupiny. Navíc jsou v těchto minerálech téměř vždy přítomny prvky jakoyttrium nebo radioaktivníthorium.
Mezi nejznámější minerály na bázi fosforečnanů patřímonazity (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4, jinou hojně zastoupenou skupinu tvoříbastnäzity (Ce, La, Y)CO3F– směsné flourouhličitany prvků vzácných zemin a dále například minerályeuxenit (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6 nebosamarskit ((Y,Ce,U,Fe)3(Nb,Ta,Ti)5O16).
Při průmyslové výrobě prvků vzácných zemin se jejich rudy nejprve louží směsíkyseliny sírové achlorovodíkové a ze vzniklého roztoku solí se přídavkemhydroxidu sodného vysráží nerozpustnéhydroxidy všech lanthanoidů. Přitom lze selektivně oddělit většinu ceru, protožehydroxid ceričitýCe(OH)4 hydrolyzuje již z poměrně kyselých roztoků a k jeho vysrážení dochází nejdříve.
Separace jednotlivých prvků se provádí řadou různých postupů – kapalinovouextrakcí, za použitíionexových kolon nebo selektivním srážením nerozpustnýchkomplexních solí.
Pro přípravu jednotlivých čistých kovů jsou používány různé metody.
Praktické využití lanthanoidů výrazně stoupá v posledních přibližně 50 letech, kdy byly do praxe zavedeny průmyslově využitelné separační metody jakokapalinová extrakce nebo dělení pomocí ionexových kolon. Zároveň silně stoupla poptávka po relativně nízce zastoupených prvcích jako jeeuropium aterbium, které jsou spolu s yttriem nezbytné pro výrobu barevných televizních obrazovek.
Podrobnější popis využitelnosti jednotlivých prvků vzácných zemin je uveden pod hesly těchto prvků, obecně se s nimi setkáme v následujících odvětvích a aplikacích:
V metalurgii se jejich vysoká afinita kekyslíku uplatní při odkysličování roztavených kovů a malé přídavky lanthanoidů do různých slitin mají vliv na výsledné mechanické vlastnosti produktu. Napříkladoceli nebolitina pak vykazují vyšší tvárnost a kujnost a mají vyšší mechanickou odolnost proti nárazu.
Významné uplatnění nalézají vesklářském průmyslu. Přídavky malých množství různých lanthanoidů měníindex lomu vyrobeného skla, působí odbarvování a čeření skloviny, upravují absorpční vlastnosti skla pro světlo různých vlnových délek a podobně.
Při výrobě barevných televizních obrazovek jsou především sloučeniny europia, terbia a yttria nezbytné pro výrobuluminoforů.
V jaderné energetice nacházejí uplatnění především těžší lanthanoidy, které vykazují velmi vysokýúčinný průřez pro záchytneutronů a slouží proto jako součást slitin pro výrobumoderátorových tyčí pro regulaci provozujaderných reaktorů.
