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Seltene Erden




Die Seltenen Erden, Seltenerdelemente (SEE) oder auch Seltenerdmetalle sind die Bezeichnungen für eine Gruppe chemischer Elemente, zu denen laut IUPAC-Nomenklatur [1] neben den 15 Lanthanoiden die Elemente Scandium und Yttrium gezählt werden.

Andere Definitionen und Autoren bezeichnen nur die Lanthanoide (Ln, 4f-Metalle, OZ 58 bis 71) als Seltenerdmetalle: Die Auffüllung der inneren 4f-Schale mit 14 Elektronen vom Cer bis zum Lutetium (Innere Übergangselemente) hat wenig Einfluss auf die chemischen Eigenschaften dieser Elemente und bedingt die große chemische Ähnlichkeit dieser Metalle [2].

 

Eigenschaften der Seltenerdmetalle

 

NameSymbolOZAtommasseSmp.Sdp.DichteAtomradiusKov. RadiusMetallradiusAtomvolumen Kristallstruktur
123456789101112
ScandiumSc2144,955908(5)1541 °C2830 °C2,985 g cm-3184 pm170 pm164 pm15,04 cm3/molα-Sc: hdp
YttriumY3988,90584(2)1526 °C3336 °C4,472 g cm-3212 pm190 pm180 pm19,89 cm3/molα-Y: hdp
Lanthan La 57 138,90547(7)920 °C 3470 °C6,162 g cm-3 207 pm 188 pm22,60 cm3/mol α-La: dhdp
CerCe58140,116(1)795 °C3360 °C6,770 g cm-3185 pm183 pm20,70 cm3/molγ-Ce: kfz
PraseodymPr59140,90766(2)935 °C3290 °C6,77 g cm-3247 pm203 pm183 pm20,80 cm3/molα-Pr: dhdp
NeodymNd60144,242(3)1024 °C3100 °C7,01 g cm-3206 pm201 pm182 pm20,58 cm3/molα-Nd: dhdp
PromethiumPm61[145]1080 °C3000 °C7,26 g cm-3205 pm199 pm181 pm20,24 cm3/molα-Pm: dhdp
SamariumSm62150,36(2)1072 °C1803 °C7,52 g cm-3238 pm198 pm180 pm20,00 cm3/molα-Sm: rhom
EuropiumEu63151,964(1)826 °C1527 °C5,244 g cm-3231 pm198 pm204 pm28,89 cm3/molkrz
GadoliniumGd64157,25(3)1312 °C3250 °C7,90 g cm-3233 pm196 pm180 pm19,90 cm3/molα-Gd: hdp
TerbiumTb65158,92535(2)1356 °C3230 °C8,23 g cm-3225 pm194 pm178 pm19,31 cm3/molα-Tb: hdp
DysprosiumDy66162,500(1)1407 °C2567 °C8,5 g cm-3228 pm192 pm177 pm19,004 cm3/molα-Dy: hdp
HolmiumHo67164,93033(2)1461 °C2720 °C8,79 g cm-3192 pm177 pm18,752 cm3/molhdp
ErbiumEr68167,259(3)1529 °C2868 °C9,066 g cm-3226 pm189 pm176 pm18,449 cm3/molhdp
ThuliumTm69168,93422(2)1545 °C1950 °C9,32 g cm-3222 pm190 pm175 pm18,124 cm3/molhdp
YtterbiumYb70173,045(10)824 °C1196 °C6,90 g cm-3222 pm187 pm194 pm24,841 cm3/molβ-Yb: kfz
LutetiumLu71174,9668(1)1652 °C3402 °C9,84 g cm-3217 pm187 pm173 pm17,779 cm3/molhdp

Abkürzungen und Anmerkungen:

- Spalte 03: OZ = Ordnungszahl (Atomnummer, Kernladungszahl, Protonenzahl).
- Spalte 04: Atomgewichte: Erläuterungen siehe unter Atommassen.
- Spalte 05: Smp. = Schmelzpunkt.
- Spalte 06: Sdp. = Siedepunkt.
- Spalte 07: Dichteangaben für 20 °C (Raumtemperatur).
- Spalte 08: Atomradien, Quelle [3].
- Spalte 09: Kovalenzradien, Quelle [4].
- Spalte 10 und Spalte 11: Angaben bezogen auf die in Spalte 12 angegebenen Modifikationen bei einer Temperatur von 24 °C.
- Spalte 12: hdp = hexagonal dichteste Packung; dhdp = doppelt hexagonal dichteste Packung; kfz = kubisch-flächenzentriert; krz = kubisch-raumzentriert; rhom = rhomboedrisch.

 

Elektronenkonfigurationen

Tabelle mit den Elektronenkonfigurationen der Seltenerdelemente, den 1. bis 4. Ionisierungsenergien IE in kJ/mol sowie den Elektronegativitäten EN nach Pauling; OZ = Ordnungszahl:

NameSymbolOZEN1. IE2. IE3. IE4. IE1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p
ScandiumSc211,36633,091234,992388,6570912262612
YttriumY391,22599,881179,441979,88584722626102612
LanthanLa571,10538,091067,031850,334819226261026102612
CerCe581,12534,401046,871948,8135472262610261012612
PraseodymPr591,13528,061017,922086,4037612262610261022612
NeodymNd601,14533,081034,322132,3338982262610261032612
PromethiumPm611,13538,581051,692151,6239662262610261042612
SamariumSm621,17544,531068,092257,7639942262610261052612
EuropiumEu631,20547,111085,462404,4141202262610261062612
GadoliniumGd641,20593,371166,511990,4942452262610261072612
TerbiumTb651,20565,771111,512113,9938392262610261082612
DysprosiumDy661,22573,011125,982199,8640012262610261092612
HolmiumHo671,23580,981138,532203,72410122626102610102612
ErbiumEr681,24589,301151,072194,08412022626102610112612
ThuliumTm691,25596,701162,652284,77412022626102610122612
YtterbiumYb701,10603,431174,812416,96420322626102610132612
LutetiumLu711,27523,521341,152022,27436622626102610142612

 

Ionen der Seltenerdelemente

ScYLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
Die Seltenerdelemente treten in Verbindungen vorzugsweise in der Oxidationsstufe +III auf:
SEE(III)Sc3+Y3+La3+Ce3+Pr3+Nd3+Pm3+Sm3+Eu3+Gd3+Tb3+Dy3+Ho3+Er3+Tm3+Yb3+Lu3+
Ionenradien [7] der SEE3+ bzw. Ln3+-Ionen, bezogen auf die Koordinationszahl KoZ in pm:
KoZ=674,590103,21019998,39795,894,793,892,391,290,1898886,886,1
KoZ=796110107102101100989794,592,5
KoZ=887101,9116114,3112,6110,9109,3107,9106,6105,3104102,7101,5100,499,498,597,7
KoZ=9107,5121,6119,6117,9116,3114,4113,2112110,7109,5108,3107,2106,2105,2104,2103,2
KoZ=10127125112
KoZ=12136134127124
Weitere Oxidationsstufen mit den entsprechenden Ionenradien in pm [7]:
+ IV+ IV+ II+ II+ II+ IV+ II+ II+ II
KoZ = 6878511776107103102
KoZ = 7122120113109108
KoZ = 8979612912712588119114
KoZ = 9135132130
KoZ = 10107135
KoZ = 12114

 

Normalpotentiale

Die Elektrochemische Spannungsreihe der Seltenerdmetalle bzw. der Lanthanoide bezogen auf die Normal-Wasserstoffelektrode bei 25 °C:

E0 (V)NameNoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.NoxAnmerkung
+ 3,2Pr+ IVPraseodym(IV)-KationPr4++ e-Pr3+Praseodym(III)-Kation+ III
+ 3,1Tb+ IVTerbium(IV)-KationTb4++ e-Tb3+Terbium(III)-Kation+ III
+ 1,72Ce+ IVCer(IV)-KationCe4++ e-Ce3+Cer(III)-Kation+ III
0,0000H+ IProton2 H++ 2 e- H2 (g)Wasserstoff0
- 0,36Eu+ IIIEuropium(III)-KationEu3++ e-Eu2+Europium(II)-Kation+ II
- 1,05Yb+ IIIYtterbium(III)-KationYb3++ e-Yp2+Ytterbium(II)-Kation+ II
- 1,55Sm+ IIISamarium(III)-KationSm3++ e-Sm2+Samarium(II)-Kation+ II
- 1,991Eu+ IIIEuropium(III)-KationEu3++ 3 e-EuEuropium0
- 2,0Pr+ IIPraseodym(II)-KationPr2++ 2 e-PrPraseodym0
- 2,0Er+ IIErbium(II)-KationEr2++ 2 e-ErErbium0
- 2,077Sc+ IIIScandium(III)-KationSc3++ 3 e-ScScandium0
- 2,1Nd+ IINeodym(II)-KationNe2++ 2 e-NdNeodym0
- 2,1Ho+ IIHolmium(II)-KationHo2++ 2 e-HoHolmium0
- 2,19Yb+ IIIYtterbium(III)-KationYb3++ 3 e-YbYtterbium0
- 2,2Dy+ IIDysprosium(II)-KationDy2++ 2 e-DyDysprosium0
- 2,2Pm+ IIPromethium(II)-KationPm2++ 2 e-PmPromethium0
- 2,279Gd+ IIIGadolinium(III)-KationGd3++ 3 e-GdGadolinium0
- 2,28Tb+ IIITerbium(III)-KationTb3++ 3 e-TbTerbium0
- 2,379Lu+ IIILutetium(III)-KationLu3++ 3 e-LuLutetium0
- 2,295Dy+ IIIDysprosium(III)-KationDy3++ 3 e-DyDysprosium0
- 2,30Pm+ IIIPromethium(III)-KationPm3++ 3 e-PmPromethium0
- 2,3Tm+ IIIThulium(III)-KationTm3++ e-Tm2+Thulium(II)-Kation+ II
- 2,304Sm+ IIISamarium(III)-KationSm3++ 3 e-SmSamarium0
- 2,319Tm+ IIIThulium(III)-KationTm3++ 3 e-TmThulium0
- 2,331Er+ IIIErbium(III)-KationEr3++ 3 e-ErErbium0
- 2,323Nd+ IIINeodym(III)-KationNe3++ 3 e-NdNeodym0
- 2,33Ho+ IIIHolmium(III)-KationHo3++ 3 e-HoHolmium0
- 2,336Ce+ IIICer(III)-KationCe3++ 3 e-CeCer0
- 2,353Pr+ IIIPraseodym(III)-KationPr3++ 3 e-PrPraseodym0
- 2,372Y+ IIIYttrium(III)-KationY3++ 3 e-YYttrium0
- 2,379La+ IIILanthan(III)-KationLa3++ 3 e-LaLanthan0
- 2,4Tm+ IIThulium(II)-KationTm2++ 2 e-TmThulium0
- 2,6Dy+ IIIDysprosium(III)-KationDy3++ e-Dy2+Dysprosium(II)-Kation+ II
- 2,6Pm+ IIIPromethium(III)-KationPm3++ e-Pm2+Promethium(II)-Kation+ II
- 2,68Sm+ IISamarium(II)-KationSm2++ 2 e-SmSamarium0
- 2,7Nd+ IIINeodym(III)-KationNd3++ e-Nd2+Neodym(II)-Kation+ II
- 2,76Yb+ IIYtterbium(II)-KationYb2++ 2 e-YbYtterbium0
- 2,8Ho+ IIIHolmium(III)-KationHo3++ e-Ho2+Holmium(II)-Kation+ II
- 2,812Eu+ IIEuropium(II)-KationEu2++ 2 e-EuEuropium0
- 2,90La+ IIILanthanhydroxidLa(OH)3+ 3 e-La + 3 OH-Lanthan0
- 3,0Er+ IIIErbium(III)-KationEr3++ e-Er2+Erbium(II)-Kation+ II
- 3,1Pr+ IIIPraseodym(III)-KationPr3++ e-Pr2+Praseodym(II)-Kation+ II

 

Geochemie der Seltenerdmetalle

Die nachfolgende Übersicht zeigt einige geochemische bzw. geologische Daten der Seltenen Erden: Das Vorkommen der Seltenerdmetalle [in ppm] in der Erdkruste [mg/kg], im oberflächennahen Meerwasser und in CI-Chondriten (Orgueil-Meteorit, ppm Masse) als Wert für das solare Vorkommen [5, 6].

Die Isotope und Isotopenverteilungen der Seltenen Erden sind auf gesonderten Seiten dargestellt [Spalte 6]. Ebenso einige Seltenerdmineralien mit Angaben über die Zusammensetzung und den prozentualen Anteilen [Spalte 7].

Eine Liste der Seltenerdelement-Mineralien bzw. Lanthanoid-Mineralien mit den Anteilen der einzelnen Elemente ist unter Seltenerd-Mineralien dargestellt.

 

SymbolOZErdkrusteMeerwasserCI-ChondriteIsotopeErgiebige LagerstättenMineralien
12345678
Sc2122 ppm0,0000006 mg/l5,9 ppm Sc-IsotopeRussland, China: Erze, U-Erzaufarbeitung. Scandium-Mineralien
Y3933 ppm0,000013 mg/l1,53 ppm Y-IsotopeChina, Brasilien, Indien, USA: Yttererden, Uranerze, Monazit, Xenotim. Yttrium-Mineralien
La5739 ppm0,0000034 mg/l0,242 ppm La-IsotopeChina, USA, DR Kongo, Madagaskar: Bastnäsit;
Australien, Südafrika, Brasilien, Malawi, Türkei, USA: Monazit;
Australien, Brasilien, Indonesien, Malaysia, Thailand: Xenotim.
Ce5866,5 ppm0,0000012 mg/l0,622 ppm Ce-Isotope
Pr599,2 ppm0,00000064 mg/l0,0946 ppm Pr-Isotope
Nd6041,5 ppm0,0000028 mg/l0,471 ppm Nd-Isotope
Pm61--- Pm-IsotopeNur in Spuren als U- und Eu-Zerfallsprodukt
Sm627,05 ppm0,00000045 mg/l0,152 ppm Sm-IsotopeSamariumhaltige Mineralien
Eu632,0 ppm0,00000013 mg/l0,0578 ppm Eu-Isotope
Gd646,2 ppm0,0000007 mg/l0,205 ppm Gd-Isotope
Tb651,2 ppm0,00000014 mg/l0,0384 ppm Tb-IsotopeTerbiumhaltige Mineralien
Dy665,2 ppm0,00000091 mg/l0,255 ppm Dy-Isotope
Ho671,3 ppm0,00000022 mg/l0,0572 ppm Ho-Isotope
Er683,5 ppm0,00000087 mg/l0,163 ppm Er-Isotope
Tm690,52 ppm0,00000017 mg/l0,0261 ppm Tm-Isotope
Yb703,2 ppm0,00000082 mg/l0,169 ppm Yb-Isotope
Lu710,8 ppm0,00000015 mg/l0,0253 ppm Lu-Isotope

 

Quellen und weitere Informationen

[1] - Neil G. Conelly et al. (Herausgeber):
Nomenclature of Inorganic Chemistry.
IUPAC Recommendations, (2005), ISBN 0854044388.

[2] - Nils Wiberg, Egon Wiberg, Arnold Fr. Hollemann:
Lehrbuch der Anorganischen Chemie.
deGruyter, 102. Auflage, (2007), ISBN 3110177706.

[3] - E. Clementi, D. L. Raimondi, W. P. Reinhardt:
Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons.
J. Chem. Phys., (1967), DOI 10.1063/1.1712084.

[4] - Beatriz Cordero et al.:
Covalent radii revisited.
Dalton Transactions, (2008), DOI 10.1039/B801115J.

[5] - H. Palme, A. Jones in
Treatise On Geochemistry: Meteorites, Comets and Planets.
Elsevier, (2003), ISBN 0080443362 (Volume 1), ISBN 0080437516 (komplette Ausgabe).

[6] - K. Lodders, H. Palme, H.-P. Gail:
Abundances of the elements in the solar system.
SpringerMaterials, The Landolt-Börnstein Database, (2009), DOI 10.1007/978-3-540-88055-4_34.

[7] - R. D. Shannon:
Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides.
Acta Crystallographica Section A, Volume 32, Part 5, (1976), DOI 10.1107/S0567739476001551.

 


Kategorie: Chemische Elemente.

Aktualisiert am 02. Dezember 2017.




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