Was ist besonders an den "Seltenen Erden"?
Zu den seltenen Erden zählt man die Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems und die Lanthanoide. Genauer gesagt handelt es sich dabei um die Oxide dieser Elemente. Der Begriff "Erde" ist ein altertümlicher Ausdruck für das Oxid eines Elementes.
Die Lanthanoide sind 14 Elemente desPeriodensystems, bei denen eine f-Schale mit Elektronen besetzt wird. Nicht jedes Element hat f-Elektronen, sondern nur besonders schwere Elemente im unteren Teil des Periodensystems. Es gibt noch eine Reihe von Elementen, bei denen f-Elektronen besetzt werden, das sind die Actinoide. Aber mit denen will kaum jemand was zu tun haben, weil sie entweder instabil sind und schnell zerfallen oder radioaktiv sind wie Uran oder Plutonium! Dagegen sind die Lanthanoide relativ harmlos, sie bilden ungiftige oder nur wenig giftige Verbindungen.
Die chemischen Eigenschaften der Lanthanoide unterscheiden sich nur
wenig, da die 4f-Schale eigentlich eine innere Schale der
Elektronenhülle ist. Weiter aussen befinden sich noch die 5s-, 5p- und
die 6s-Schalen, die bereits mit Elektronen besetzt sind. Dadurch sind
fast alle Lanthanoide dreiwertig und kommen in der Natur
vergesellschaftet - eben in Form der "Seltenen Erden" vor.
Dafür bringt die Besetzung der f-Schale aber besondere Eigenschaften mit sich. Insgesamt passen 14 Elektronen in eine solche f-Schale. Es gibt dadurch zahlreiche Möglichkeiten ungepaarte Elektronen in dieser f-Schale zu haben. Deshalb gibt es bei den Lanthanoide mehrere Elemente mit hoch interessanten magnetischen Eigenschaften, z.B. Neodym oder Samarium. In der nachfolgenden Abbildung ist als Beispiel die Elektronenkonfiguration des Neodyms abgebildet. Außerdem eröffnen die teilweise besetzten f-Orbitale die Möglichkeit ungwöhnliche elektronische Zustände zu erreichen. Das klingt erst einmal abgefahren, wird aber zum Beispiel bei den Luminophoren (Leuchtstoffen) in Fernsehbildröhren, Leuchtstofflampen und Radarröhren genutzt. Anregung der Elemente führt hier zu Phosphoreszenz oder Fluoreszenz.
Dafür bringt die Besetzung der f-Schale aber besondere Eigenschaften mit sich. Insgesamt passen 14 Elektronen in eine solche f-Schale. Es gibt dadurch zahlreiche Möglichkeiten ungepaarte Elektronen in dieser f-Schale zu haben. Deshalb gibt es bei den Lanthanoide mehrere Elemente mit hoch interessanten magnetischen Eigenschaften, z.B. Neodym oder Samarium. In der nachfolgenden Abbildung ist als Beispiel die Elektronenkonfiguration des Neodyms abgebildet. Außerdem eröffnen die teilweise besetzten f-Orbitale die Möglichkeit ungwöhnliche elektronische Zustände zu erreichen. Das klingt erst einmal abgefahren, wird aber zum Beispiel bei den Luminophoren (Leuchtstoffen) in Fernsehbildröhren, Leuchtstofflampen und Radarröhren genutzt. Anregung der Elemente führt hier zu Phosphoreszenz oder Fluoreszenz.
Abbildung: Schematische Darstellung der Elektronenkonfiguration des Neodyms.
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