Lanthanoidy

Vlastnosti
Výskyt
Výroba
Využití

Chemické vlastnosti lanthanoidů

Jako lanthanoidy (lanthanidy, prvky vzácných zemin) označujeme následujících 14 vnitřně přechodných kovových prvků 6. periody periodické tabulky: cer, praseodym, neodym, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium a lutecium.

Lanthanoidy jsou nejčastěji kovy stříbrobílé barvy, čisté jsou měkké až plastické. Na vzduchu se obvykle pokrývají barevnou vrstvou oxidu nebo hydroxidu, ale některé jsou na vzduchu stálé. Všechny lanthanidy jsou dobře rozpustné v běžných minerálních kyselinách a reagují s vodou za vzniku vodíku. Chemická reaktivita jednotlivých lanthanoidů postupně klesá s jejich stoupajícím protonovým číslem.

Všechny lantahanoidy se svými chemickými i fyzikálními vlastnostmi zcela podobají lanthanu. Trojmocné sloučeniny lanthanoidů se svými vlastnostmi nejčastěji podobají sloučeninám hliníku. Ve sloučeninách lanthanoidy vystupují v oxidačním čísle +III, některé také +II a +IV. Většina lanthanoidů tvoří podvojné nebo komplexní sloučeniny. Sloučeniny většiny lanthanoidů mají své charakteristické zbarvení.

Výskyt lanthanoidů v přírodě

V přírodě se lanthanoidy vyskytují vzácně, vždy společně v monazitu, některých fosfátech a uranových rudách, nejčastěji jako směs stabilních oxidů M₂O₃, fosforečnanů nebo flourouhličitanů, často ještě v doprovodu skandia, yttria a thoria. Samostatné minerály jednotlivých lanthanoidů se v přírodě, s výjimkou několika minerálů lanthanu, ceru a neodymu, prakticky nevyskytují. Složení zemské kůry ovlivňují lanthanoidy pouze nepatrně.

Průměrný obsah jednotlivých lanthanoidů v zemské kůře je: La 29 ppm, Ce 70 ppm, Pr 9 ppm, Nd 37 ppm, Pm 4,5^-10 ppm, Sm 8 ppm, Eu 1,3 ppm, Y 29 ppm, Gd 8 ppm, Tb 4,3 ppm, Dy 5 ppm, Ho 1,7 ppm, Er 3,3 ppm, Tm 0,27 ppm, Yb 3,1 ppm, Lu 0,8 ppm

Světové těžitelné zásoby jsou 110 Mt směsných oxidů vzácných zemin, roční těžba v roce 2011 činila 130 000 t. Více než 97 % světové produkce prvků vzácných zemin pochází z Číny. Velmi nadějná ložiska lanthanoidů v hodnotě více než 200 mld USD, se nalézají v kanadské provincii Alberta. Ve fázi průzkumu je nadějné ložisko Kvanefjeld v Grónsku. V roce 2011 byla zahájena pokusná těžba lanthanoidů v ložisku Mount Weld v Austrálii, v roce 2012 se započalo s těžbou na nalezišti Mountain Pass v USA. Koncem roku 2013 se plánuje otevření dolu Nolans Bore v Austrálii. Mezi další naleziště, na kterých se v nejbližších letech plánuje zahájení těžby patří Steenkapmskraal v JAR, Dong Pao ve Vietnamu a Conakli v Turecku.

Výroba lanthanoidů

Výroba všech lanthanoidů probíhá podobným způsobem. Základní operací je loužení lanthanoidových rud směsí kyseliny sírové a chlorovodíkové. Ze vzniklého roztoku solí se lanthanoidy působením hydroxidů alkalických kovů vysráží ve formě svých nerozpustných hydroxidů.

Separace jednotlivých kovů ze sraženiny se provádí různými metodami. Nejčastěji selektivní kapalinovou extrakcí, frakční krystalizací nebo pomocí iontoměničů. Pouze cer a europium se od ostatních lanthanidů obvykle oddělují chemicky.

Poslední fází výroby kovových lanthanoidů je redukce fluoridů nebo oxidů kovovým vápníkem nebo lanthanem. Některé kovy vzácných zemin se také vyrábějí elektrolýzou taveniny svých chloridů. Vzhledem k velmi podobným chemickým vlastnostem a nákladnosti jejich separace, se pro technické využití některé lanthanoidy nevyrábějí jako čisté kovy, ale ve svých různých směsích.

Technické využití lanthanoidů

Nejrozsáhlejší praktické využití nacházejí kovy ze skupiny lanthanoidů v metalurgii. Podstatným způsobem ovlivňují pevnost a další mechanické vlastnosti hořčíko-hliníkových slitin a vysoce legovaných ocelí. Pro svou značnou afinitu ke kyslíku se lanthanidy používají jako deoxidační činidla na ochranu taveniny při výrobě neželezných kovů. Ve sklářském a keramickém průmyslu se kovy vzácných zemin používají k ovlivňování fyzikálních vlastností skla a glazur.

Lanthanoidy nacházejí uplatnění při výrobě luminoforů do barevných obrazovek, permanentních magnetů, krystalů infračervených a optických laserů, moderátorů jaderných reaktorů a také při výzkumu a vývoji supravodivých materiálů. Některé kovy vzácných zemin se také používají k výrobě katalyzátorů pro petrochemii a další organické syntézy.

Zdroje