Huvud Övrig

Sällsynt jordelement

Innehållsförteckning:

Sällsynt jordelement
Sällsynt jordelement
Anonim

Elastiska egenskaper

Som med de flesta av de andra egenskaperna hos de sällsynta jordartsmetallerna faller de elastiska modulerna för de sällsynta jordartsmetallerna i den mellersta percentilen av de andra metallelementen. Värdena för skandium och yttrium är ungefär samma som för slutdelarna på lantaniderna (erbium till lutetium). Det finns en generell ökning av elastisk modul med ökande atomantal. De anomala värdena för cerium (viss bindning av 4f) och ytterbium (divalency) är tydliga.

Mekaniska egenskaper

Metallerna med sällsynta jordar är varken svaga eller särskilt starka metallelement, och de uppvisar viss blygsamhet. Eftersom de mekaniska egenskaperna är ganska starkt beroende av renheten hos metallerna och deras termiska historia, är det svårt att jämföra de rapporterade värdena i litteraturen. Den ultimata styrkan varierar från cirka 120 till cirka 160 MPa (megapascal) och duktilitet från cirka 15 till 35 procent. Styrkan hos ytterbium (europium har inte uppmättts) är mycket mindre, 58 MPa, och duktiliteten är högre, cirka 45 procent, som förväntat för den tvåvärda metallen.

Kemiska egenskaper

Reaktiviteten hos de sällsynta jordartsmetallerna med luft uppvisar en betydande skillnad mellan de lätta lantaniderna och de tunga. De lätta lantaniderna oxiderar mycket snabbare än de tunga lantaniderna (gadolinium genom lutetium), skandium och yttrium. Denna skillnad beror delvis på variationen i bildad oxidprodukt. Ljus lantanider (lantan genom neodym) bilda den hexagonala A-typ R 2 O 3 struktur; de mitt lantanider (samarium genom gadolinium) bildar den monoklina B-typ R 2 O 3 fas; medan tunga lantanider, skandium och yttrium bildar den kubiska C-typ R 2 O 3 modifiering. A-typen reagerar med vattenånga i luften för att bilda en oxyhydroxid, vilket får den vita beläggningen att spallas och tillåter oxidation att fortsätta genom att exponera den färska metallytan. Oxiden av C-typ bildar en tät, koherent beläggning som förhindrar ytterligare oxidation, liknande aluminiumets beteende. Samarium och gadolinium, som utgör B-typ R 2 O 3 fas, oxiderar något snabbare än de tyngre lantanider, skandium och yttrium men ändå bilda en sammanhängande beläggning som stoppar ytterligare oxidation. På grund av detta måste de lätta lantaniderna förvaras i vakuum eller i en inert gasatmosfär, medan de tunga lantaniderna, skandium och yttrium kan lämnas utomhus under åratal utan någon oxidation.

Europium-metall, som har en bcc-struktur, oxiderar snabbast av någon av de sällsynta jordartserna med fuktig luft och måste hanteras hela tiden i en inert gasatmosfär. Reaktionsprodukten av europium när den utsätts för fuktig luft är ett hydrat hydroxid, Eu (OH) 2 -H 2 O, vilket är en ovanlig reaktionsprodukt eftersom alla andra sällsynta jordartsmetaller bildar en oxid.

Metallerna reagerar kraftigt med alla syror utom fluorvätesyra (HF), släppa H 2 gas och bilda motsvarande sällsynta jordarts-anjon förening. De sällsynta jordartsmetallerna bildar en olöslig RF 3- beläggning när de placeras i fluorvätesyra som förhindrar ytterligare reaktion.

De sällsynta jordartsmetaller lätt reagerar med vätgas för att bilda RH 2 och, under starka hydridisering betingelser, RH 3 fas-utom skandium, som inte bildar en trihydride.

Föreningar

De sällsynta jordartselementen bildar tiotusentals föreningar med alla elementen till höger om - och inklusive - grupp 7-metaller (mangan, technetium och rhenium) i det periodiska systemet, plus beryllium och magnesium, som ligger längst vänster sida i grupp 2. Viktiga sammansatta serier och vissa enskilda föreningar med unika egenskaper eller ovanligt beteende beskrivs nedan.

oxider

Den största familjen av oorganiska sällsynta jordartsföreningar som hittills studerats är oxiderna. Den vanligaste stökiometrin är R 2 O 3 sammansättning, men, eftersom ett fåtal lantanidelementen har andra valenstillstånd förutom 3+, andra stökiometrier existerar-exempelvis ceriumoxid (CeO 2), praseodymoxid (Pr 6 O 11), terbium oxid (Tb 4 O 7), europiumoxid (EuO), och Eu 3 O 4. Det mesta av diskussionen kommer att fokusera på de binära oxiderna, men ternära och andra högre ordning oxider kommer också att ses över kort.