57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y
NTĐH nhẹ( Phõn nhúm Xeri) NTĐH nặng (Phõn nhúmYtri) NTĐH nhẹ NTĐH trung NTĐH nặng
1.2.2.1.Cấu tạo điện tử
Cỏc nguyờn tử của NTĐH cú cấu hỡnh electron húa trị là 4f0-125d0-2 6s2, lớp 4f là lớp thứ ba kể từ ngoài vào. Năng lƣợng tƣơng đối của cỏc obitan 4f và 5d rất giống nhau và nhạy cảm nờn electron dễ chiếm cả 2 obitan này. Cấu hỡnh electron của cỏc cation REE3+: [Xe]4f n5d06s0 rất đều đặn (REE: Rare Earth Elements). Do tớnh chất húa học của cỏc nguyờn tố húa học đƣợc quyết định bởi cỏc electron phõn lớp ngoài nờn cỏc NTĐH cú tớnh chất rất giống nhau và giống tớnh chất cỏc nguyờn tố nhúm IIIB (Sc, Y, La, Ac) [6].
1.2.2.2. Tớnh chất chung
Do sự “co lantanoit” và cấu hỡnh lớp ngoài cựng của cỏc NTĐH giống nhau nờn cỏc NTĐH cũng cú khỏc nhau và biến đổi tuần hoàn hoặc tuần tự trong dóy cỏc NTĐH. Cỏc tớnh chất biển đổi tuần hoàn trong dóy cỏc NTĐH là do qui luật tuần hoàn trong quỏ trỡnh sắp xếp điện tử vào cỏc obitan 4f, đầu tiờn là 1 và sau đú là 2. Cỏc tớnh chất biến đổi tuần hoàn trong dóy cỏc
NTĐH là mức oxi húa, tớnh chất từ, màu sắc của cỏc ion Ln3+, khối lƣợng riờng, nhiệt độ sụi,…[17].
1.2.2.3. Mức oxi húa
Mức oxi húa đặc trƣng của cỏc nguyờn tố nhúm IIIB là +3. Mức oxi húa +3 cũng phổ biến và núi chung bền ở cỏc NTĐH. Ngoài ra, một số NTĐH khỏc cũn cú cỏc mức oxi húa là +2 hoặc +4. Ở nhúm nhẹ, khả năng tồn tại mức oxi húa thƣờng là +2 hoặc +4 là dễ hơn với cỏc NTĐH nhúm nặng do sự kớch thớch electron độc thõn đũi hỏi ớt năng lƣợng hơn so với kớch thớch electron đó ghộp đụi. Trong dung dịch nƣớc, thực tế chỉ cú cỏc ion Eu2+,
Ce4+ là bền, cỏc ion Yb2+, Sm2+, Tb4+, Pr4+ kộm bền [13], [17].
1.2.2.4. Tớnh chất từ
Cỏc NTĐH đều cú từ tớnh và sự biến đổi từ tớnh là do cỏc electron độc thõn ở cỏc lớp vỏ ngoài cựng, đặc biệt là electron ở lớp 4f. Nguyờn tố cú từ tớnh nhỏ nhất là 4f0 và 4f14, cú từ tớnh yếu là cỏc nguyờn tố mà phõn lớp 4f điền gần đầy electron [10].
1.2.2.5. Màu sắc
Màu sắc cỏc phức chất của cỏc NTĐH biến đổi một cỏch cú qui luật theo độ bền tƣơng đối của trạng thỏi 4f. Nguyờn nhõn của sự biến đổi màu là sự nhảy electron trong obitan 4f.
1.2.3. Tớnh chất lý húa học của cỏc nguyờn tố đất hiếm
1.2.3.1. Đơn chất
a. Tớnh chất vật lý
Là kim loại trắng bạc, riờng Pr và Nd màu vàng rất nhạt. Ở trạng thỏi bột, chỳng cú màu từ xỏm đến đen. Đa số kết tinh ở dạng tinh thể lập phƣơng. Tất cả kim loại đều khú núng chảy và sụi [10].
Giũn và cú độ dẫn điện tƣơng đƣơng thủy ngõn. Tạo đƣợc hợp kim với nhiều kim loại.
Samari là kim loại cú từ tớnh mạnh khỏc thƣờng vỡ trờn obitan 4f của nguyờn tử cú electron độc thõn [13].