Elemento di terre rare

Proprietà elastiche

Come con la maggior parte delle altre proprietà dei metalli delle terre rare, i moduli elastici dei metalli delle terre rare cadono nel percentile medio degli altri elementi metallici. I valori di scandio e ittrio sono all'incirca gli stessi dei membri finali dei lantanidi (da erbio a lutetio). C'è un aumento generale del modulo elastico con l'aumentare del numero atomico. Sono evidenti i valori anomali per cerio (alcuni legami 4f) e itterbio (divalenza).

Proprietà meccaniche

I metalli delle terre rare non sono né elementi metallici deboli né particolarmente forti e presentano una duttilità modesta. Poiché le proprietà meccaniche dipendono fortemente dalla purezza dei metalli e dalla loro storia termica, è difficile confrontare i valori riportati in letteratura. La forza finale varia da circa 120 a circa 160 MPa (megapascal) e la duttilità da circa il 15 a 35 percento. La forza di itterbio (europio non è stata misurata) è molto più piccola, 58 MPa, e la duttilità è maggiore, circa il 45 percento, come ci si aspetterebbe dal metallo bivalente.

Proprietà chimiche

La reattività dei metalli delle terre rare con l'aria presenta una differenza significativa tra i lantanidi leggeri e quelli pesanti. I lantanidi leggeri si ossidano molto più rapidamente rispetto ai lantanidi pesanti (gadolinio attraverso il lutezio), lo scandio e l'ittrio. Questa differenza è in parte dovuta alla variazione del prodotto ossido formato. I lantanidi leggeri (da lantanio a neodimio) formano la struttura esagonale di tipo A R ₂ O ₃; i lantanidi medi (samario attraverso gadolinio) formano la fase monoclina di tipo B R ₂ O ₃; mentre i lantanidi pesanti, lo scandio e l'ittrio formano la modifica cubica di tipo C R ₂ O ₃. Il tipo A reagisce con il vapore acqueo nell'aria formando un ossidrossido, che provoca lo spallamento del rivestimento bianco e consente all'ossidazione di procedere esponendo la superficie metallica fresca. L'ossido di tipo C forma un rivestimento stretto e coerente che impedisce l'ulteriore ossidazione, simile al comportamento dell'alluminio. Il samario e il gadolinio, che formano la fase R ₂ O _{3 di} tipo B, si ossidano leggermente più velocemente rispetto ai lantanidi, allo scandio e all'ittrio più pesanti, ma formano ancora un rivestimento coerente che blocca l'ulteriore ossidazione. Per questo motivo, i lantanidi leggeri devono essere conservati sotto vuoto o in atmosfera di gas inerte, mentre i lantanidi pesanti, lo scandio e l'ittrio possono essere lasciati all'aperto per anni senza ossidazione.

Il metallo Europium, che ha una struttura ccn, ossida il più rapidamente tra le terre rare con aria umida e deve essere maneggiato in ogni momento in atmosfera di gas inerte. Il prodotto di reazione dell'Europio quando esposto all'aria umida è un idrossido idrato, Eu (OH) ₂ ―H ₂ O, che è un prodotto di reazione insolito perché tutti gli altri metalli delle terre rare formano un ossido.

I metalli reagiscono vigorosamente con tutti gli acidi tranne l'acido fluoridrico (HF), rilasciando gas H ₂ e formando il corrispondente composto anione-terre rare. I metalli delle terre rare se posti in acido fluoridrico formano un rivestimento insolubile RF ₃ che impedisce qualsiasi ulteriore reazione.

I metalli delle terre rare reagiscono prontamente con idrogeno gassoso formando RH ₂ e, in condizioni di forte idratazione, la fase RH ₃, tranne lo scandio, che non forma un triidruro.

Composti

Gli elementi delle terre rare formano decine di migliaia di composti con tutti gli elementi a destra del - incluso il gruppo 7 metalli (manganese, tecnezio e renio) nella tavola periodica, più il berillio e il magnesio, che giacciono in lontananza lato sinistro nel gruppo 2. Di seguito sono descritte importanti serie di composti e alcuni singoli composti con proprietà uniche o comportamenti insoliti.

ossidi

La più grande famiglia di composti inorganici di terre rare studiata fino ad oggi sono gli ossidi. La stechiometria più comune è la composizione di R ₂ O ₃, ma, poiché alcuni elementi di lantanide hanno altri stati di valenza oltre a 3+, esistono altre stechiometrie, ad esempio ossido di cerio (CeO ₂), ossido di praseodimio (Pr ₆ O ₁₁), ossido di terbio (Tb ₄ O ₇), ossido di europio (EuO) ed Eu ₃ O ₄. La maggior parte della discussione verterà sugli ossidi binari, ma anche brevemente verranno esaminati brevemente ternari e altri ossidi di ordine superiore.