Giáo trình các nguyên tố đất hiếm dành cho hệ đào tạo CĐSP hóa học

Tính chất lý học và hóa học của các nguyên tố đất hiếm .... Đặc trưng thay đổi bán kính ion được xác nhận bằng nhiều dữ kiện nghiên cứu các thông số mạng lưới tinh thể và thể tích phân t

(Dành cho hệ đào tạo Cao đẳng Sư phạm Hóa học)

Tác giã: Nguyễn Đức Vượng

Năm 2017

2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VÀI NÉT VỀ NGUYÊN TỐ HIẾM 3

1.1 Độ âm điện của các NTĐH (theo Paolin h) 5

1.2 Thế ion hóa của nguyên tử và ion đất hiếm: 6

1.3 Bán kính ion 7

1.4 Năng lượng hidrat hóa của các ion đất hiếm: 8

1.5 Thế oxi hóa - khử 10

CHƯƠNG 2 CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM 12

2.1 Tính chất lý học và hóa học của các nguyên tố đất hiếm 15

2.1.1 Tính chất lý học 15

2.1.2 Tính chất hóa học 15

2.2 Các hợp chất 16

2.2.1 Các Oxyt – Ln2O3 16

2.2.2 ĐiOxyt Xeri – CeO2 17

2.2.3 ĐiOxyt Praseodymi PrO2 17

2.2.4 HydrOxyt - Ln(OH)3 17

2.2.5 Sunphat đất hiếm 18

2.2.6 Các Sunphat kép 20

2.2.7 Nitrat Ln(NO)3 20

2.2.8 Các Nitrat kép 22

2.2.9 Photphat đất hiếm 23

2.2.10 Cacbonat - Ln2(CO3)3 24

2.2.11 Cromat đất hiếm 25

2.2.12 Oxalat 25

2.2.13 Axetat 27

2.2.14 Florua - LnF3 27

2.2.15 Clorua 28

2.2.16 Bromat 30

2.2.17 Fericyanua - Ln[Fe(CN)6].nH2O (n = 3-5) 31

3

Các nguyên tố thuộc phân nhóm IIIB của hệ thống tuần hoàn nằm ở chu kì VI giữa Ba và Hf có số thứ tự từ 57 đến 71 gọi là các Lantanic Chúng được xếp vào cùng một ô với Lantan và đặt ở dưới bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Danh

từ “Đất hiếm” hay “các nguyên tố đất hiếm” dùng để chỉ các nguyên tố từ Lantan (57) đến lutexi (71) Người ta gọi tên như vậy là viof chúng hiếm và các oxyt của chúng về ngoài cũng như một số tính chất chúng giống với oxit của các kim loại kiềm thổ Ytri cũng đượck ghép vào nhóm này vì có nhiều tính chất giống như nguyên tố đất hiếm và thường gặp trong các quặng đất hiếm Đôi khi người ta cũng xếp Scandi vào nhóm đất hiếm Tuy nhiên hai nguyên tố này có cấu hình điện từ hoàn toàn khác và không phải là các nguyên tố đất hiếm

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VÀI NÉT VỀ NGUYÊN TỐ HIẾM

Các lantanit (các NTĐH) gồm các nguyên tố 4f: xeri(Ce), Praseodim(Pr), Neodim(Nd), Prometi(Pm), Samari(Sm), Europi(Eu), Gadoli(Gd), Terbi(Tb), Dysprosi(Dy), Holmi(Ho), Erbi(Er), Tuli(Tu) và Ytterbi(Yb), Luteti(Lu)

Bảng 1.1 Cấu hình điện tử của các nguyên tố đất hiếm

số electron ở lớp kề với lớp ngoài cùng nói chung cũng vậy (5s25p6) Theo các dữ kiện hóa học và quang phổ trạng thái 4f và 5d của các lantanit có năng lượng gần nhau và trạng thái 4f thuận lợi hơn về mặt năng lượng Bởi vậy, các nguyên tử của chúng (trừ Gd) electron 5d có ở các Lantanit chuyển sang trạng thái 4f

Các nguyên tố Lantanit được chia thành hai phân nhóm dựa theo đặc điểm xây dựng phân lớp 4f Bảy nguyên tố đầu (từ Ce - Gd) là những nguyên tố mà các obitan 4f chỉ chứa một electron ở mỗi obitan theo quy tắc Hund, họp thành phân nhóm nhẹ (phân nhóm Xeri), bảy nguyên tố còn lại (từ Tb - Lu) mà mỗi obitan 4f được điền thêm electron thứ hai họp thành phân nhóm nặng (phân nhóm Tecbi hoặc phân nhóm Ytri)

5

Những electron 4f còn lại bị các electron 5s25p6 chắn nối với các tác động bên ngoài, nếu chúng không ảnh hưởng nhiều đến tính chất hóa học của phần lớn các Lantanit Bởi vậy, các Lantanit giống các nguyên tố d nhóm III là Scandi (3e: 3d14s2) và các nguyên tố tương tự nó (Y ad15s2), (La 5d16s2) Đặc biệt mức oxi hóa bền của các Lantanit bằng (III) Ytri, Scandi và Lantan rất giống các Lantanit về tính chất hóa học Hai nguyên tố Ytri và Lantan có bán kính nguyên tử và ion gần với bán kính nguyên tử và ion của các Lantanit Do tính chất đặc biệt gần nhau, nên các Lantanit cùng với Lantan, Scandi và Ytri họp thành một họ là họ các nguyên tố Lantanit (họ các nguyên tố đất hiếm - NTĐH)

Tuy có tính chất gần nhau, song ở mức độ nào đó các NTĐH cũng có khác nhau do có sự khác nhau về số electron trên các obitan 4f Trong dãy Ce-Lu, khi đi

từ nguyên tố này sang nguyên tố khác một số tính chất của chúng biến đổi đơn điệu (biến đổi tuần tự) một số tính chất khác biến đổi có sự lặp lại (biến đổi tuần hoàn) Dưới đây là một số biểu hiện về tính chất tuần tự và tuần hoàn của các NTĐH:

1.1 Độ âm điện của các NTĐH (theo Paolin h)

Độ điện âm tăng dần từ CE đến Lu (từ 1,12 - 1,27 eV)

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tu Yb Lu 1,12 1,23 1,14 - 1,17 1,20 1,20 - 1,22 1,23 1,24 1,25 - 1,27

Ở đây độ điện âm của một nguyên tố là khả năng của nguyên tử của nguyên

tố đó ở trong phân tử hút electron về phía nó

Khi nguyên tử A và B có khả năng hút electron như nhau thì năng lượng liên

1.2 Thế ion hóa của nguyên tử và ion đất hiếm:

Thế ion hóa đầu tiên đã được xác định bằng thực nghiệm, thế ion hóa thứ hai

và thứ ba tìm được chủ yếu bằng cách tính toán Thế ion hóa tổng cộng (Ln = Ln3++ 3e) được tính theo các dữ kiện nhiệt hóa học đối với các clorua đất hiếm Về các

dữ kiện này đầu tiên người ta xác định nhiệt tạo thành các ion Lantanit ở trạng thái khí, là tổng của thế ion hóa và nhiệt thăng hoa, qua đó người ta xác định thế ion hóa Trong tính toán sơ bộ ban đầu theo phương pháp này đã thu được nhiệt thăng hoa đối với tất cả các NTĐH bằng 90 KCal (nhiệt thăng hoa của La) Giá trị thế ion hóa đã được xác định rõ thêm sau khi xuất hiện các dữ kiện thực nghiệm về nhiệt thăng hoa

Thế ion hóa của nguyên tử và ion các NTĐH được dẫn ra trên bảng số Sự thay đổi thế ion hóa tổng cộng trong dãy NTĐH được nêu ra trên hình

Trong dãy các NTĐH, thế ion hóa tổng cộng tăng tuyến tính với sự tăng thứ

tự nguyên tử từ La đến Eu và từ Tb đến Yb Giá trị cực đại thế ion hóa đối với Eu

và Yb là do Eu2+ và Yb2+ có lớp vỏ f được làm đầy một nửa và đầy toàn phần, lớp

vỏ này rất bền, bởi vậy việc tách electron thứ 3 rất khó khăn Trong dãy La-Gd-Lu

sự biến đổi thế ion hóa theo một đường thẳng

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tu Yb Lu

Hình 1.1 Sự biến đổi thế ion hóa trong dãy các NTĐH

7

Bảng 1.2 Thế ion hóa của nguyên tử và ion các NTĐH, eV

1.3 Bán kính ion

Bán kính ion các NTĐH được xác định bằng khoảng cách giữa ion NTĐH và

nguyên tử oxi trong oxit có mạng lưới hình lục giác và hình lập phương

Trong bảng đã nêu ra các bán kính ion thường được sử dụng Gordsmith Trong dãy các NTĐH bán kính ion giảm xuống Sự giảm này liên quan với sự tăng điện tích hiệu dụng, về phần mình điện tích hiệu dụng do sự chắn không hoàn toàn điện tích hạt nhân của các electron f gây ra Sự giảm bán kính trong dãy các NTĐH không đơn điệu, có một điểm lồi ở Gd (R)

Đặc trưng thay đổi bán kính ion được xác nhận bằng nhiều dữ kiện nghiên cứu các thông số mạng lưới tinh thể và thể tích phân tử dãy hợp chất các NTĐH Cũng giống khi sự thay đổi các thông số mạng lưới tinh thể và thể tích phân tử, sự thay đổi bán kính ion trong một số trường hợp biểu hiện khá đột ngột Ở đầu mỗi phân nhóm (nhóm Ceri và nhóm Ytri) sự giảm bán kính ion khá rõ rệt so với ở cuối các phân nhóm

Điều này có thể giải thích bởi ảnh hưởng của trường tinh thể Dưới ảnh hưởng của các ion điện tích âm trong tinh thể mức f bị suy biến tách thành một loạt phân mức, số và vị trí của các phân mức phụ thuộc vào sự phân bố đối xứng của điện tích âm

Các phân mức tách ra về mặt năng lượng luôn thấp hơn và mức suy biến ban đầu luôn cao hơn Khi tăng số electron f trong dãy NTĐH từ 1-14 gây ra sự tăng dần dần các phân mức thêm vào đó, đầu tiên các phân mức với năng lượng thấp được làm đầy trước sau đó với các phân mức có năng lượng cao hơn Vì các obitan đặc trưng của phân mức năng lượng thấp hơn hướng đến từ phía ligan còn các

Như vậy thuyết trường tinh thể giải thích đầy đủ sự thay đổi bán kính ion, bằng số mạng lưới tinh thể và thể tích phân tử nhận được từ các dữ kiện thực nghiệm

Về kích thước bán kính ion Ytri nằm giữa Dy và Ho hoặc giữa Ho và Er Bảng số cũng dẫn ra bán kính ion các NTĐH số oxi hóa 4+ gần với Th4+(1,10A0) và U4+ (1,05A0), các NTĐH 2+ gần với các ion kim loại kiềm thổ (Ca2+ = 1,06 A0, Sr2+ = 1,27A0)

- 1,13 1,13 1,11 1,09 1,07

- 1,24

- 1,06

1.4 Năng lượng hidrat hóa của các ion đất hiếm:

Nhiều tính chất của hợp chất NTĐH trong dung dịch nước phù thuộc vào năng lượng hiđrat hóa của chúng

1 1 2

h

D

e H

KCal

La Ce Pr Nd PmSm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tu Yb Lu

Hình 1.2 Sự thay đổi nhiệt hidrat hóa trong dãy các NTĐH

10

1.5 Thế oxi hóa - khử

Một trong các đặc trưng quan trọng của ion các NTĐH trong dung dịch là thế oxi hóa - khử của chúng Thế này được tính từ nhiệt tạo thành ion trong dung dịch nước và giá trị entropi của các ion trong dung dịch Đại lượng thế điện cực của phản ứng được nêu ra trên bảng số

Từ những dữ kiện này suy ra là các Lantanit kim loại tự do là các tác nhân khử rất mạnh

Các dữ kiện này cũng chỉ ra độ bền cao của lớp vỏ f trống được làm đầy một nửa và đầy hoàn toàn: Ce(IV) (f0) khó bị khử đến ion (III) 3 điện tích hơn so với Pr(IV)(f1); Eu(II)(f7) và Yb(II)(f14) là tác nhân khử yếu hơn so với các ion đất hiếm hóa trị II khác

Tính chất oxi hóa khử trong dung dịch được xác định bằng tương quan năng lượng cần thiết để đạt được mức oxi hóa xác định (thế ion hóa) và năng lượng ổn định trạng thái này trong dung dịch nước (năng lượng hidrat hóa)

Bảng 1.5 Thế ion hóa của các NTĐH

Ở đây Ln_các NTĐH phân nhóm Ceri

Sự tính toán đã nêu ra chỉ ra rằng đối với các NTĐH đại lượng ΔZo âm, điều

đó xác nhận độ bền của nước oxi hóa 3+ đối với tất cả các NTĐH Về đại lượng tuyệt đối ΔZo của phản ứng (1) nhỏ nhất đối với Ce và Pr, còn phản ứng (2) đối với

Eu và Sm, điều đó chỉ ra khả năng tạo ra các ion giả bền Ce4+, Pr4+, Eu2+, Sm2+trong dung dịch

Đại lượng thế điện cực của phản ứng Ln = Ln3+ +3e trong dãy NTĐH giảm xuống Cũng giống như sự thay đổi của các tính chất khác Cr, I, AHh, người ta đã quan sát được điểm gãy ở Gd sự thay đổi như của thế oxi hóa - khử trong dãy các NTĐH có thể giải thích bởi sự tăng không đều đặn của điện tích hiệu dụng trong trường phối tử các phân tử nước

12

CHƯƠNG 2 CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM

Các nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm III của hệ thống tuần hoàn, nằm ở chu kỳ VI giữa Ba và Hf có số thứ tự từ 58 - 71 gọi là các Lantanit Chúng được sắp xếp vào cùng một ô với Lantan và đặt ở dưới bảng Danh từ “đất hiểm” hay

“các nguyên tố đất hiếm” dùng để chỉ các nguyên tố từ Lantan (57) đến Luteti (71) Người ta gọi tên như vậy là vì chúng hiếm và các Oxyt của chúng vẻ ngoài cũng như một số tính chất chúng giống với Oxyt của các kim loại kiềm thể (kiềm đất) Ytri cũng được ghép vào nhóm này vì có nhiều tính chất giống như nguyên tố đất hiếm và thường gặp trong các quặng đất hiếm Đôi khi người ta cũng xếp scandi vào nhóm đất hiếm Tuy nhiên hai nguyên tố này có cấu trúc điện tử hoàn toàn khác và không phải là các nguyên tố đất hiếm

Tính chất hóa học của Scandi, Ytri, Lantan và Lantanit được xác định bởi cấu trúc vỏ điện tử bên ngoài của chúng (bảng IV- 1)

Scandi và Ytri có đặc tính là ở phân mức d có độ trống electron cao, do đó Scandi có một số tính chất hóa học riêng và khác với các nguyên tố đất hiếm Ytri

về mặt tính chất thì gồm các Lantanit hơn so với Scandi Các nguyên tố đất hiếm (trừ La, Gd, Ib, Lu) không có electron 5d Các electron 4f bị chắn rất mạnh bởi các electron 5s và 5p bên ngoài, do đó chúng ít bị tác động của các trường nguyên tử

và phần tử lân cận Những nguyên tố đất hiếm có tính chất hóa học rất giống nhau nguyên nhân là do đặc tính về cấu trúc điện tử nói trên

Lantan có khả năng nhường 3 electron nên trong các hợp chất nó luôn luôn có hóa trị 3+ Trong số các nguyên tố đất hiếm: Lantan, Gadilini, Luteti có trạng thái hóa trị 3+ bền vững hơn do trạng thái cấu trúc vỏ điện tử; Cấu trúc La3+ giống với cấu trúc khí trơ Xenon (Xe) Gadolini cách đều Lantan và Luteti, trên phân lớp 4f

đã lấp đầy các electron độc thân (4f7), theo tính toán của cơ học lượng tử Gd3+ rất bền vững Tương tự như vậy, Lu3+ có phân lớp 4f14 đã được lấp đầy các electron phải bền vững

Xeri, Praseodymi, Terbi ngoài hóa trị 3+ còn thể hiện hóa trị 4+, đặc biệt dễ dàng là Xeri Sở dĩ có tính chất đó là do Ce4+ có cấu trúc bền giống như La3+, nghĩa

là giống với vỏ electron của khí trơ Xenon Praseodymi cũng có xu hướng như vậy nhưng khó khăn hơn Tb4+ có cấu trúc electron giống Gd3+

13

Samarium, Europi, Ytterbi ngoài hóa trị 3+ còn thể hiện hóa trị 2+, bởi vì cấu trúc electron Sm2+ và Eu2+ giống với cấu trúc bền vững của Gd3+, còn Yb2+ giống cấu trúc vỏ electron của Lu3+

Hình 2.1 Trạng thái hóa trị của các nguyên tố đất hiếm

Từ Bàng 2.1 ta thấy bán kính nguyên tử và ion các nguyên tố đất hiếm giảm

dần từ Lantan đến Luteti

Hiện tượng này gọi là “sức nén latanit”, hay “sức nén f” Sức nén này là hậu quả của việc lấp đầy các electron không phải ở lớp ngoài cùng mà vào phân lớp f tận bên trong Phân lớp này ở gần hạt nhân hơn so với phân lớp d, tác dụng chắn của nó rất lớn nên ảnh hưởng của sự tăng diện tích hạt nhân bị kìm lại, do đó hiện tượng giảm bán kính xảy ra chậm chạp (từ Ce – Lu giảm 0,004 A)

Do bán kính nguyên tử và ion của các nguyên tố đất hiếm rất gần nhau nên tính chất hóa học của chúng rất giống nhau Tuy nhiên do bán kính ion giảm dần từ

La – Lu nên chúng có những khác nhau nhỏ Ví dụ tính Bazơ giảm dần, độ hòa tan của các muối khác nhau, tính bền của các phức khác nhau,… Cũng do đại lượng bán kính ion mà có những giống nhau về một số tính chất hóa học giữa Ytri và các nguyên tố Dy – Ho – Er Tính chất từ của các nguyên tố đất hiếm được giải thích bằng cấu trúc vỏ electron đặc biệt của chúng Người ta phân tích chất từ của vật

chất ra làm ba loại Chất sắt từ là chất có tính thuận từ rất cao, mômen từ µ lớn hơn

của không khí rất nhiều, nó bị tác động của từ trường rất mạnh Chất có tính thuận

từ có mômen từ µ > 1, khi đặt vào từ trường nó làm tăng cường độ từ trường Chất

có tính chất phản từ thì ngược lại, µ < 1 đưa vào từ trường sẽ làm giảm cường độ

từ trường, nó không bị nam châm hút Các ion đất hiếm có tính thuận từ và độ từ thẩm cao là do các lớp điện tử bên ngoài chắn phân mức 4f có hoạt động từ cao Lantan, Luteti, Ytri, Scandi là chất phản từ Các nguyên tố còn lại đều thuận từ Các ion có tính thuận từ cao nhất Dysprozi, Holmi, Erbi, Terbi, tính thuận từ kém

Các nguyên tố đất hiếm chia thành hai phân nhóm dựa vào sự giống và khác nhau rất ít về mặt hóa học

1, Phân nhóm Xeri gồm La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu (đôi khi cho Eu sang phân nhóm Ytri)

2, Phân nhóm Ytri gồm Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tu, Yb và Lu

Trong sách báo người ta thường chia ra “các nguyên tố đất hiếm nhẹ” kể từ

La đến Gd “các nguyên tố đất hiếm nặng” gồm từ Tb đến Lu Các kim loại đất hiếm được điều chế bằng cách điện phân hoặc nhiệt kim các Clorua hoặc Florua khan Kim loại khử có thể dùng Na, Mg, Ca,… nhưng tốt nhất là canxi Phản ứng khử xảy ra:

2 Ln Cl3(LnF3) + 3 Ca = 3 CaCl2(CaF2) + 2 Ln +Q

(Ln: Ký hiệu các nguyên tố đất hiếm)

Người ta dùng canxi để khử Oxyt đất hiếm:

Ln2O3 + 3 Ca = 3 CaO + 2 Ln + Q Bằng phương pháp nhiệt kim không thể điều chế Samarium, Europi, Ytterbi

vì chúng chỉ bị khử đến LnX2 Người ta cũng dùng phương pháp điện phân các Clorua đất hiếm khan trong dịch nóng lỏng NaCl, KCl, CaCl2 để điều chế kim loại đất hiếm Nhưng phương pháp điện phân không thể điều chế các kim loại phân nhóm Ytri (trừ Yb) vì nhiệt độ nóng chảy của chúng rất cao (1350 – 1700oC) Điện phân ở nhiệt độ cao như vậy Halogenua bị bay hơi Người ta cũng đã tìm ra phương pháp điều chế kim loại này nhờ phương pháp Catot lỏng bằng Cd hay Zn Trường hợp này sản phẩm kim loại đất hiếm tạo thành hợp kim với Catot Sau đó

15

người ta tách Zn và Cd bẳng phương pháp cất chân không

2.1 Tính chất lý học và hóa học của các nguyên tố đất hiếm

2.1.1 Tính chất lý học

Nguyên tố đất hiếm có màu trắng bạc, trừ Praseodymi và Neodymi có ánh vàng Ở trạng thái bột chúng có màu từ xám đến đen Phần lớn chúng kết tinh ở dạng mạng lưới sáu phương; Trừ Xeri – lập phương tâm mặt, Samarium - dạng thoi, Europi lập phương tâm khối, Ytterbi kết tinh dạng lập phương tâm mặt Tất

cả chúng đều chuyển hóa đa hình Ở nhiệt độ cao dạng sáu phương chuyển thành lập phương Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất ở Xeri (797oC) và cao nhất ở Luteti (1652oC) Nhiệt độ sôi thấp nhất ở Europi (1430oC) và cao nhất ở Lantan, Xeri (3470oC) Kim loại nhẹ nhất là Eu có tỷ trọng d = 5,3, Ytri có d = 4,50 g/cm3, kim loai nặng nhất là Luteti có d = 9,79 g/cm3 Tiết diện thâu tóm Nơtron nhiệt thấp nhất là Xeri (0,70 barn), Ytri (1,38), cao nhất là Gadolini (44.000), Samarium (6.500) và Europi (4500 barn) Các kim loại nguyên chất có độ dẫn nhiệt cao là các kim loại dẻo, có độ cứng từ 20 – 30 Brinel và tăng lên theo số thứ tự Z Lanta và Xeri nguyên chất chịu rèn, nén và cán thành lá Xeri có thể kéo thành dây dẫn Chúng có áp suất hơi khác nhau ở nhiệt độ nóng chảy, áp suất hơi của chúng giảm theo dãy Eu > Yb > Sm > Lu > Tu > Ho > Dy > Er > Gd Riêng Europi, Ytterbi và Samarium có áp suất hơi đáng kể ngay cả ở dưới nhiệt độ nóng chảy Các nguyên

tố đất hiếm ở giữa có độ bền vững chống ăn mòn cao, trái lại các nguyên tố đất hiếm ở đầu và cuối dãy Lantan, Luteti bị ăn mòn nhiều

2.1.2 Tính chất hóa học

Với Oxy – khí đốt nóng, các nguyên tố đất hiếm bốc cháy trong khí quyển Oxy tạo Oxyt Vì lực đối với Oxy giảm khi số thứ tự Z tăng lên Với nước chúng phân hủy cả nước lạnh, thoát Hydro

Đối với các Axit, chúng tan trong HCl và H2SO4 nồng độ bất kỳ và tan trong HNO3 đặc

Chúng không tác dụng với kiềm ngay cả khi nung nóng

Các nguyên tố đất hiếm tác dụng với Halogen ở nhiệt độ khá cao, mức độ tác dụng giảm từ Flo đến Iod

16

Lưu huỳnh, Selen, Telu khi nung chảy tác dụng với kim loại đất hiếm tạo thành các Sunphua, Selenua và Telurua Kim loại đất hiếm tác dụng với Cacbon và các khí chứa Cacbon tạo Cacbua LnC2 Khi nung chảy chúng với Photpho, ta thu được Photphua LnP Chúng tác dụng chậm với Hydro ở nhiệt độ thường, khi đốt nóng tác dụng nhanh hơn, tạo ra các Hydrua LnH3 và LnH2 Độ tan của Hydro trong kim loại đ.h giảm xuống khi tăng nhiệt độ; Đốt nóng Hydrua trên 1000otrong chân không, chúng sẽ phân hủy hoàn toàn Ở nhiệt độ nóng đó, các kim loại đất hiếm tác dụng với Nitơ, tạo Nitrua LnN Kim loại đất hiếm là những chất khử tốt Chúng khử nhiều Oxyt tới kim loại CO và CO2 bị Xeri khử đến Cacbon ở nhiệt đô nóng đỏ Các kim loại đất hiếm tạo nhiều hợp kim và hợp chất với nhiều kim loại, ví dụ như MeLn, MeLn2, MeLn3, Ln3Me, LnMe, LnMe2,…(Me: Kim loại nhóm I, II, III)

2.2 Các hợp chất

2.2.1 Các Oxyt – Ln 2 O 3

Điều chế các Oxyt bằng nung HydrOxyt, Oxalat, Cacbonat hoặc một số muối

có gốc bay hơi Nếu phản ứng tiến hành ngoài không khí, ta thu được Ln2O3 (Oxyt 1,5) Chỉ có Xeri, Praseodymi, Terbi tạo thành các Oxyt cao CeO2, Pr6O11, Tb4O7 Xeri dễ tạo các hợp chất với Oxy và các hợp chất khác trong đó nó có hóa trị 4 Điều này rất quan trọng đối với thực tế bởi vì được ứng dụng để tách Xeri ra khỏi tất cả các nguyên tố đất hiếm khác

Các Oxyt đất hiếm là những hợp chất bền, có nhiệt sinh cao, chẳng hạn của Oxyt Lantan La2O3 là 143 kcal/nguyên tử Gamoxy Có thể điều chế được Oxyt ở dạng vô định hình hoặc tinh thể Một số Oxyt kết tinh ở dạng mạng lưới lục phương, một số ở dạng lập phương; Điều đó phụ thuộc vào điều kiện điều chế, chủ yếu là nhiệt đô Các Oxyt 1,5 chịu nóng, nhiệt nóng chảy của La2O3 lớn hơn

20000C, Ce2O3 là 19650C (trong khí quyển Nitơ) Chúng hầu như không tan trong nước, độ hòa tan của La2O3 là 1,23.10-5 mol/lit, của Pr2O3 là 0,61.10-6 mol/lit Các Oxyt hút ẩm và hấp thụ khí Cacbonic trong không khí Chúng phản ứng với nước tạo ra Ln(OH)3, phản ứng tỏa nhiệt, đặc biệt là La2O3 Nhiệt hòa tan của các Oxyt giảm theo chiều tăng số thứ tự Z Chúng dễ tan trong các Oxyt vô cơ, độ tan giảm