Die Lanthanoidenkontraktion

Unter der Bezeichnung Lanthanoidenkontraktion kennt man das Phänomen, dass die Radien der dreiwertigen Lanthanoid-Ionen bei steigender Kernladungszahl stetig abnehmen.
So beträgt der Radius des La³⁺-Ions 114 pm, der Radius des Lu³⁺-Ions hingegen nur 85 pm.

Dieser Effekt beruht darauf, dass die anziehende Wirkung der Kernladung auf ein 4f-Elektron nur unvollständig durch die anderen Außenelektronen abgeschirmt wird.
Daher führt die mit steigender Ordnungszahl zunehmende Kernladung zu einer festeren und engeren Bindung der Außenelektronen und somit zu einer Verkleinerung des Ionenradius.

Die große Ähnlichkeit ihren Ionenradien erklärt sowohl das gemeinsame Vorkommen der Lanthanoide in Mineralien als auch die Schwierigkeiten bei ihrer Trennung.

Auch außerhalb der Gruppe der Lanthanoide zeigen sich Auswirkungen der Lanthanoidenkontraktion:
So sind die Atom- und Ionenradien der 6d-Elemente, Hafnium bis Quecksilber, fast identisch mit denen der leichteren 5d-Elemente, Zirkonium bis Cadmium.
Damit sind sie deutlich kleiner, als man es aufgrund der Trends des Periodensystems erwarten würde.
Die Ähnlichkeit der Teilchengröße führt auch hier wieder zu Schwierigkeiten bei der Trennung der Elemente.
Diese Probleme nehmen mit steigender Ordnungszahl ab, z. B. ist es sehr schwierig die Elementpaare Zirkonium und Hafnium oder Niob und Tantal zu trennen, die Auftrennung von Silber und Gold hingegen gelingt relativ einfach.

Die Tatsache, dass das Zirkonium wegen seiner geringen Tendenz zur Neutronenabsorption beim Bau von Atomreaktoren und Brennelementummantelungen verwendet wird, das Hafnium wegen seines ca. 600mal höheren Neutroneneinfangquerschnitts bei dieser Anwendung jedoch äußerst unerwünscht ist, zeigt die Bedeutung geeigneter Trennverfahren.