Lanthanoide

Lanthanoide [lantanoˈiːdə] ("Lanthanähnliche"; griech.: Endung -ειδἠς (-eides) "ähnlich") ist eine Gruppenbezeichnung ähnlicher Elemente. Zugerechnet werden ihr das Lanthan und die 14 im Periodensystem auf das Lanthan folgenden Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Im Sinne des Begriffs gehört Lanthan nicht zu den Lanthanähnlichen. Hier folgt die Nomenklatur der IUPAC aber dem praktischen Gebrauch. Die Verwendung der alten Bezeichnung Lanthanide ist weiterhin erlaubt. Alle Lanthanoide sind Metalle und werden auch als Elemente der Lanthanreihe bezeichnet. Sie sind ein Teil der Gruppe der Metalle der Seltenen Erden.

Relativ häufig werden die Lanthanoiden auch noch mit dem (veralteten) Begriff Lanthaniden oder Lanthanidelemente bezeichnet; auch in neueren Publikationen.

Alle stabilen Lanthanoide auf einen Blick

Vorkommen

Die Lanthanoide werden auch als Metalle der seltenen Erden bezeichnet. Dieser Name ist aber insofern verwirrend, weil die Elemente dieser Gruppe mit Ausnahme des instabilen Promethiums keineswegs so selten sind, wie es suggeriert wird. So ist beispielsweise Cer in der Natur häufiger als die Elemente Arsen oder Blei. Am Aufbau der Erdkruste sind sie zu einem Massenanteil von 0,02 % beteiligt.

Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit kommen die Lanthanoide in der Natur meist vergesellschaftet vor. Viele von ihnen können aus Monazit (auch als sekundäre Ablagerungen — Monazitsande) gewonnen werden. Die häufigsten und ökonomisch wichtigsten lanthanoidführenden Minerale sind:

Monazitsand
US-Government

• Monazit CePO₄
• Xenotim YPO₄
• Bastnäsit LnCO₃F
• Parisit CaLn₂(CO₃)₃F₂
• Allanit CaLn(Al,Fe²⁺)₃Si₃O₁₁OH
• Cerianit CeO₂

In fast allen Mineralen findet man eine Häufung entweder der leichten (Ce) oder der schweren Lanthanoide (Y verhält sich mineralchemisch wie ein schweres Lanthanoid). So enthält beispielsweise Monazit überwiegend Ce und Ln, während der Gehalt der nachfolgenden Lanthanoide mit der Ordnungszahl abnimmt (daher wird die Formel von Monazit auch immer als CePO₄ angegeben). In Xenotim findet man genau den umgekehrten Fall (daher auch YPO₄). Diese meist sehr effektive Fraktionierung hat ihre Ursache in der Lanthanoiden-Kontraktion und den von Mineral zu Mineral unterschiedlich großen zur Verfügung stehenden Kristallgitterplätzen. Auch andere Mineralgruppen können bisweilen hohe Anteile an Lanthanoiden in ihre Struktur einbauen (z.B. Zirkon, Granat).

Physikalische Eigenschaften

Die Lanthanoide sind silbrig-glänzende, relativ weiche und reaktionsfähige Metalle. Fast alle weisen die für Metalle typische dichteste Kugelpackung auf. Die Härte nimmt mit steigender Ordnungszahl zu.

Die Lanthanoide gehören wie die Actinoide zu den inneren Übergangselementen oder f-Block-Elementen, da in diesen Reihen die f-Orbitale nicht vollständig mit Elektronen gefüllt sind.

Chemische Eigenschaften

Aufgrund der ähnlichen Struktur der Valenzschale verhalten sich die Lanthanoide chemisch wie die Elemente der 3. Gruppe des Periodensystems Scandium und Yttrium und bilden mit diesen zusammen die Gruppe der Seltenen Erden. An der Luft oxidieren sie schnell und werden matt. Mit Wasser reagieren sie mehr oder weniger schnell unter Bildung von Wasserstoff.

Beginnend bei Cer wird das 4f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lutetium schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Da die 4f-Orbitale tief im Innern der Atome liegen, nehmen sie im Gegensatz zu den d-Orbitalen der übrigen Nebengruppenelemente wenig Einfluss auf das chemische Verhalten. Die Lanthanoiden-Elemente sind sich somit in ihren chemischen Eigenschaften relativ ähnlich. Sie gleichen sich so sehr, dass man sie bei der Entdeckung der Yttererde 1794 sogar für das Oxid ein und desselben Elements hielt. Das gleiche gilt für die zahlreichen Bestandteile der Ceriterde. Gemeinsam ist ihnen die Oxidationszahl +3. Daneben treten bei einigen Elementen noch die Oxidationszahlen +2 und +4 auf.