7.1: Lantanoides

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Los quince elementos mostrados en la Tabla\(\PageIndex{1}\) desde lantano, La (4f ⁰), hasta lutecio, Lu (4f ¹⁴), son lantanoides. Ln puede ser utilizado como símbolo general para los elementos lantanoides. Aunque los lantanoides, el escandio, el Sc y el itrio, Y, a veces se denominan elementos de tierras raras, son relativamente abundantes en la corteza terrestre. A excepción del prometio, Pm, que sí forma un isótopo estable, incluso el tulio menos abundante, Tm y lutecio, Lu, son tan abundantes como el yodo. Debido a que los lantanoides tienen propiedades muy similares y son difíciles de separar entre sí, no fueron útiles para la investigación básica y aplicación, y por lo tanto fueron considerados como elementos raros. Desde que un método de extracción de solvente líquido-líquido usando óxido de tributilfosfina estuvo disponible en la década de 1960, los elementos lantanoides han sido fácilmente disponibles y ampliamente utilizados no solo para la investigación química sino también como materiales en aleaciones, catalizadores, láseres, tubos de rayos catódicos, etc.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál es la diferencia entre lantanoides y lantánidos?

Contestar: Quince elementos La-Lu son lantanoides y catorce elementos Ce-Lu sin lantano son lantánidos (es decir, los elementos similares al lantano). Ocasionalmente los nombres se confunden y 15 elementos incluyendo lantano pueden llamarse lantánidos.

Tabla\(\PageIndex{1}\) Propiedades de los lantanoides
Número atómico	Nombre	Símbolo	Configuración de electrones	Radio M ³⁺ (pm)
57	Lantano	La	5d ¹ 6s ²	116
58	Cerio	Ce	4f ¹ 5d ¹ 6s ²	114
59	Praseodimio	Pr	4f ³ 6s ²	113
60	Neodimio	Nd	4f ⁴ 6s ²	111
61	Prometio	Pm	4f ⁵ 6s ²	109
62	Samario	Sm	4f ⁶ 6s ²	108
63	Europio	Eu	4f ⁷ 6s ²	107
64	Gadolinio	Ge	4f ⁷ 5d ¹ 6s ²	105
65	Terbio	Tb	4f ⁹ 6s ²	104
66	Disprosio	Dy	4f ¹⁰ 6s ²	103
67	Holmio	Ho	4f ¹¹ 6s ²	102
68	Erbio	Er	4f ¹² 6s ²	100
69	Thurio	Tm	4f ¹³ 6s ²	99
70	Iterbio	Yb	4f ¹⁴ 6s ²	99
71	Lutecio	Lu	4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ²	98

Debido a que las tres etapas de entalpía de ionización de los elementos lantanoides son comparativamente bajas, son elementos positivos y fácilmente asumen estados iónicos trivalentes. La mayoría de los compuestos de lantánico distintos de Ce ⁴⁺ (4f ⁰), Eu ²⁺ (4f ⁷), Yb ²⁺ (4f ¹⁴), suelen ser Ln ³ ⁺. Las especies Ln ³ ⁺ son ácidos duros, y dado que los electrones f están enterrados profundamente y no se utilizan para la unión, apenas están influenciados por los ligandos. Existe una tendencia a que los radios atómicos e iónicos disminuyan con el incremento del número atómico, y a este fenómeno se le llama contracción de lantánidos. Esta contracción se debe a los pequeños efectos de blindaje de los electrones 4 f, lo que hace que el núcleo atómico dibuje electrones de la capa externa fuertemente con un aumento del número atómico.

Los complejos de metales lantanoides son de 6 a 12 coordenadas y especialmente se conocen muchos compuestos de coordenadas 8 y 9. Compuestos organometálicos con ligandos de ciclopentadienilo de los tipos\(\ce{Cp3Ln}\) o también\(\ce{Cp2LnX}\) son conocidos, todos los cuales son muy reactivos al oxígeno o al agua.