2. Природные формы

Хотя лантаноиды называют редкоземельными элементами, содержание в земной коре даже одного из самых редких элементов лютеция (Lu), больше, чем серебра, кадмия, ртути, селена, йода.

Суммарное содержание РЗЭ в земной коре составляет 0,15 – 0,16 %. В природе известно около 170 минералов содержащих лантаноиды в количестве более 0,01 %, но только в 60-ти из них содержание лантаноидов составляет 5 – 8 %. Основными промышленными минералами для получения редкоземельных металлов являются: бастнезит (Се, La…)Со₃F, монацит (Ce, La…Tb)PO₄, ксенотрим YPO₄, лопарит (Ce, Nd, Ca)(Ti, Nb)O₃. Значительные количества РЗЭ содержатся в апатите Ca₅(PO₄)₃(F,OH). РЗЭ часто встречаются в урановых рудах. Иттрий и легкие лантаноиды содержатся в земной коре в целом, в большем количестве, чем тяжелые.

3. Простые вещества

   1. Методы получения

Особенности и трудности переработки редкоземельного сырья обусловлены большим разнообразием его состава, наличием во многих рудах радиоактивных элементов, малым содержанием основных продуктов.

Основные стадии переработки концентратов:

- разложение концентратов кислотным или щелочным способом с получением растворов;

- отделение радиоактивных элементов (тория) селективным осаждением или экстракцией

- отделение основной массы примесей

- разделение РЗЭ по основным группам

- разделение и получение индивидуальных РЗЭ. Используются методы селективного окисления-восстановления, ионного обмена и экстракции, дробной кристаллизации.

Лантаноиды в виде металлов в основном получают двумя методами:

Восстановлением фторидов лантаноидов кальцием или литием:

2LnF₃ + 3Ca = 2Ln + 3CaF₂

LnF₃ + 3Li = Ln + 3LiF

Восстановлением лантаноидов лантаном:

Ln₂O₃ + 2La = 2Ln + La₂O₃

Окончательное рафинирование металлов осуществляется вакуумной дистилляцией или электролучевой плавкой, в результате получают металл 99,99 % чистотой. Ввиду окисления на воздухе, слитки лантаноидов хранят в плотноупакованных пластиковых пакетах, исключающих доступ влаги и кислорода.

2. Физические и химические свойства

Лантаноиды в чистом состоянии – металлы серебристо-белого цвета (неодим и празеодим имеют желтоватый оттенок). Большинство лантаноидов имеют гексагональную или кубическую кристаллическую решетку. Высокочистые лантаноиды пластичны и легко обрабатываются. Природные лантаноиды состоят из большого числа изотопов и только празеодим, тербий, гольмий и тулий имеют по одному стабильному изотопу. Некоторые природные изотопы лантаноидов радиоактивны, но с большим периодом полураспада и их содержание очень мало.

В свободном состоянии лантаноиды – весьма активные металлы. (В ряду напряжений они находятся значительно левее водорода), электродные потенциалы лантаноидов составляют около –2,4 В). Поэтому все лантаноиды взаимодействуют с водой с выделением водорода:

2Э + 6Н₂О = 2Э(ОН)₃ + 3Н₂

Активно происходит и взаимодействие лантаноидов с кислотами, однако, в HF и H₃PO₄ лантаноиды устойчивы т.к. покрываются пленкой нерастворимых солей. Соединения лантаноидов со степенью окисления IV малостойкие и проявляют сильные окислительные свойства (устойчивы соединения Ce и Tb):

2Се(ОН)₄+8HCl_(конц.) = 2CeCl₃ + H₂O + Cl₂

NaOH + CeO₂ = Na₂CeO₃ + H₂O

а соединения со степенью окисления II (Eu, Sm, Yb) – восстановительные, причем окисляются даже водой:

2SmCl₂ + 2H₂O = 2SmOHCl₂ + H₂

Лантаноиды очень реакционно-способны и легко взаимодействуют со многими элементами периодической системы: в кислороде сгорают при температуре 200–400 °С с образованием Э₂O₃, а в атмосфере азота при температуре 750–1000°С образуют нитриды. Церий в порошкообразном состоянии легко воспламеняется на воздухе, поэтому его используют при изготовлении кремней для зажигалок. Лантаноиды взаимодействуют с галогенами, серой, углеродом, кремнием и фосфором. С большинством металлов лантаноиды дают сплавы. При этом часто образуются интерметаллические соединения.

Гидроксиды лантаноидов по силе уступают лишь гидроксидам щелочноземельных металлов. Лантаноидное сжатие приводит к уменьшению ионности связи Э–ОН и уменьшению основности в ряду Ce(OH)₃ – Lu(OH)₃. В ряду Ce(OH)₃ – Lu(OH)₃ так же уменьшается термическая устойчивость и растворимость гидроксидов, например, ПР La(OH)₃ = 1,0·10^-19, а ПР Lu(OH)₃ =2,5·10^-24.

Лантаноиды не относятся к типичным комплексообразователям, что связано со слабым участием в комплексообразовании глубокорасположенных в электронной оболочке f- электронов лантаноидов. В образующихся комплексах, лантаноиды проявляют сильно полярные или ионные связи. Координационные числа лантаноидов варьируются от 6 до 12, причем с ростом порядкового номера координационные числа уменьшаются. Наиболее устойчивые комплексы лантаноидов содержат хелатные лиганды.