Warum bilden die Lanthanoide eine Elementgruppe?
Eine Elementgruppe umfasst mehrere Elemente, die verwandte chemische Eigenschaften, wie vor allem gleiche Wertigkeiten, besitzen.
Die systematische Zusammenfassung der Elemente zu Elementgruppen bereitete den Chemikern lange Zeit Schwierigkeiten,
bis 1869 unabhängig voneinander D. I. Mendelejew und L. Meyer ein Schema entwickelten, welches die Basis unseres heutigen
Periodensystems der Elemente (PSE) darstellte.
Mendelejew vermochte sogar aufgrund der Position der damaligen "Lücken" des PSE die Existenz und die chemischen
Eigenschaften noch nicht entdeckter Elemente vorherzusagen.
Auch die große Zahl der seit 1869 entdeckten Elemente konnte in diese Urform des PSE integriert werden, jedoch blieb das zugrunde liegende Prinzip der Ordnung der Elementgruppen bis zur Entdeckung des Neutrons im Jahre 1930 und der damit verbundenen Aufklärung des Atombaus nicht völlig geklärt.
Mittlerweile ist bekannt, dass die Zahl der Elektronen auf den äußersten Elektronenschalen die chemischen Eigenschaften eines Elementes definieren und der Aufbau der inneren Elektronenschalen die chemischen Eigenschaften deutlich geringer beeinflusst.
So weist z. B. das Halogen Chlor (Elektronenkonfiguration (Ne) 3s2 3p5) vergleichbare chemische Eigenschaften wie Fluor ((He) 2s2 2p5), Brom ((Ar) 4s2 3d10 4p5) und Iod ((Kr) 5s2 4d10 5p5) auf, denen je ein Elektron zur Vollendung der Edelgaskonfiguration fehlt, ähnelt jedoch keineswegs dem Chalkogen Schwefel ((Ne) 3s2 3p4) oder gar dem Edelgas Argon ((Ne) 3s2 3p6).
Bei näherer Betrachtung der leichteren Elemente (bis Ordnungszahl 57) zeigt sich, dass zwei Elemente mit benachbarter Ordnungszahl stets deutlich verschiedene chemische Eigenschaften aufwiesen, da sie auch jeweils verschiedene Anzahlen von Valenzelektronen auf der äußersten Schale besitzen.
Wie kann es nun kommen, dass die folgenden 14 Elemente (Cer bis Lutetium) erstmals eine Elementgruppe aus Elementen benachbarter Ordnungszahlen bilden?
Für die chemische Verwandtschaft der Lanthanoide muss nach dem zuvor Gesagten sich eine Ähnlichkeit der äußeren Elektronenschalen verantwortlich sein, bleibt jedoch die Frage, wo denn die zusätzlichen Elektronen untergebracht werden?
Diese Tatsache ist durch eine Besonderheit des Atombaus der
Lanthanoide begründet.
Während bei allen Elementen, deren Ordnungszahlen kleiner als 58 sind, die Elektronenschalen von innen nach außen besetzt
werden, werden bei den Lanthanoiden erstmals (und später auch bei den Actinoiden) die inneren 4f-(bzw. 5f-)Orbitale mit
Elektronen besetzt.
Von diesen 4f-Elektronen stehen, da sie in einer inneren Elektronenschale gelegen sind, nur eines oder maximal zwei als
Valenzelektronen zur Verfügung.
Dieses führt dazu, dass die vorherrschende Oxidationsstufe der Lanthanoide +III ist, häufig sind auch +II
und +IV, ebenso ist eine geringe Anzahl nichtstöchiometrischer Verbindungen bekannt (z. B. Nd6O11,
Tb4O7).
Weitere Texte zum Thema „Lanthanoide“