Kontraksi lantanida

Kontraksi lantanida adalah istilah yang digunakan dalam ilmu kimia untuk menjelaskan penurunan jari-jari ion yang lebih besar daripada yang diprediksi, dan dialami oleh unsur-unsur dalam deret lantanida mulai nomor atom 57, lantanum, hingga 71, lutesium, yang menhasilkan jari-jari ion yang lebih kecil daripada perkiraan lainnya untuk unsur-unsur berikutnya mulai nomor atom 72, hafnium.^[1]^[2]^[3] Istilah ini diperkenalkan oleh geokimiawan Norwegia Victor Goldschmidt dalam makalahnya "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente".^[4]

Unsur	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
Konfigurasi elektron atom (semua diawali dengan [Xe])	5d¹6s²	4f¹5d¹6s²	4f³6s²	4f⁴6s²	4f⁵6s²	4f⁶6s²	4f⁷6s²	4f⁷5d¹6s²	4f⁹6s²	4f¹⁰6s²	4f¹¹6s²	4f¹²6s²	4f¹³6s²	4f¹⁴6s²	4f¹⁴5d¹6s²
Konfigurasi elektron Ln³⁺	4f⁰	4f¹	4f²	4f³	4f⁴	4f⁵	4f⁶	4f⁷	4f⁸	4f⁹	4f¹⁰	4f¹¹	4f¹²	4f¹³	4f¹⁴
Radius Ln³⁺ (pm) (6-koordinasi)	103	102	99	98.3	97	95.8	94.7	93.8	92.3	91.2	90.1	89	88	86.8	86.1

Penyebab

Efek ini dihasilkan dari perlindungan muatan inti yang buruk (gaya tarik inti pada elektron) oleh elektron 4f; elektron 6s tertarik menuju inti, sehingga jari-jari atom lebih kecil.

Dalam atom elektron tunggal, pemisahan rata-rata sebuah elektron dari inti ditentukan oleh subkulit tempat elektron berada, dan menurun seiring dengan kenaikan muatan inti; ini menyebabkan penurunan jari-jari atom. Dalam atom multi-elektron, penurunan jari-jari akibat kenaikan muatan inti sebagian diimbangi oleh kenaikan tolakan elektrostatik antar electron. Secara khusus, kerja "efek perlindungan": yaitu, ketika elektron ditambahkan pada kulit terluar, elektron telah menghadirkan perlindungan kepada elektron terluar dari muatan inti, yang membuatnya mengalami pengaruh muatan efektif inti lebih rendah. Efek perlindungan yang diberikan oleh elektron dalam menurun sesuai urutan s > p > d > f. Biasanya, karena subkulit tertentu terisi dalam satu periode, jari-jari atom menurun. Efek ini khususnya terlihat dalam kasus lantanida, karena subkulit 4f yang terisi sepanjang periode kurang efektif melindungi kulit luar (n=5 and n=6) elektron. Sehingga efek perlindungan kurang dapat melawan penurunan jari-jari akibat kenaikan muatan inti. Ini memicu "kontraksi lantanida". Jari-jari atom turun drastis dari 103 pm untuk lantanum(III) ke 86,1 pm untuk lutesium(III).

Sekitar 10% dari kontraksi lantanida telah dihubungkan dengan efek relativistik.^[5]

Pengaruh

Akibat kenaikan daya tarik elektron pada kulit luar sepanjang periode lantanida dapat dibagi menjadi (1) efek pada deret lantanida itu sendiri termasuk penurunan jari-jari atom, dan (2) pengaruh pada unsur-unsur selanjutnya atau pasca-lantanida.

Sifat-sifat lantanida

Jari-jari ion lantanida menurun dari 103 pm (La³⁺) ke 86 pm (Lu³⁺) dalam deret lantanida.

Sepanjang deret lantanida, elektron ditambahkan ke kulit 4f. Kulit f pertama sebelum kulit 5s dan 5p yang terisi penuh (begitu pula kulit 6s dalam atom netral); kulit 4f terlokalisasi dengan baik di dekat inti atom dan berpengaruh kecil pada ikatan kimia. Penurunan jari-jari atom dan ion tidak berpengaruh terhadap kimianya. Tanpa kontraksi lantanida, pemisahan kimia lantanida akan menjadi sangat sukar. Namun, kontraksi ini membuat pemisahan kimia logam transisi periode 5 dan periode 6 pada golongan yang sama menjadi agak sulit.

Terdapat tren umum yaitu kenaikan kekerasan Vickers, kekerasan Brinell, massa jenis dan titik lebur dari lantanum to lutesium (dengan pengecualian iterbium). Lutesium adalah lantanida paling keras dan padat serta memiliki titik lebur tertinggi.

Unsur	Lantanum	Serium	Praseodimium	Neodimium	Prometium	Samarium	Europium	Gadolinium	Terbium	Disprosium	Holmium	Erbium	Tulium	Iterbium	Lutesium
Kekerasan Vickers (MPa)	491	270	400	343	?	412	167	570	863	540	481	589	520	206	1160
Kekerasan Brinell (MPa)	363	412	481	265	?	441	?	?	677	500	746	814	471	343	893
Massa jenis (g/cm^.3)	6,162	6,770	6,77	7,01	7,26	7,52	5,264	7,90	8,23	8,540	8,79	9,066	9,32	6,90	9,841
Titik lebur (K)	1193	1068	1208	1297	1315	1345	1099	1585	1629	1680	1734	1802	1818	1097	1925
Jari-jari atom (pm)	187	181,8	182	181	183	180	180	180	177	178	176	176	176	176	174

Pengaruh pada pasca lantanida

Unsur-unsur setelah lantanida dalam tabel periodik dipengaruhi oleh kontraksi lantanida. Radius logam-logam transisi periode 6 lebih kecil daripada yang diperkirakan jika tidak ada lantanida, dan kenyataannya sangat mirip dengan radius logam transisi periode 5, karena efek penambahannkulit elektron hampir seluruhnya diimbangi oleh kontraksi lantanida.^[2]

Sebagai contoh, jari-jari atom logam zirkonium, Zr, (sebuah unsur transisi periode 5) adalah 159 pm dan hafnium, Hf, (unsur terkait pada periode 6) adalah 156 pm. Jari-jari ion Zr⁴⁺ adalah 79 pm dan Hf⁴⁺ adalah 78 pm. Radius sangat mirip meskipun jumlah elektron naik dari 40 ke 72 dan massa atom naik dari 91,22 ke 178,49 g/mol. Kenaikan massa dan tetapnya jari-jari memicu kenaikan tajam massa jenis dari 6,51 ke 13,35 g/cm³.

Oleh karena itu zirkonium dan hafnium memiliki sifat kimia yang sangat mirip, memiliki radius dan konfigurasi elektron yang nyaris serupa. Sifat-sifat yang tergantung pada radius seperti energi laten ((Inggris): lattice energies), energi solvasi, dan tetapan kestabilan kompleks ((Inggris): stability constants of complexes) juga mirip.^[1] Karena kemiripan ini hafnium hanya ditemukan dalam bentuk gabungan dengan zirkonium, yang jauh lebih melimpah, dan ditemukan sebagai unsur terpisah 134 tahun (in 1923) setelah zirkonium (ditemukan tahun 1789). Titanium, sebaliknya, berada dalam golongan yang sama tetapi cukup berbeda dari dua logam sebelumnya dan jarang ditemukan bersama mereka.

Lihat juga

kontraksi blok-d (atau kontraksi skandida)

Referensi

^ ^a ^b Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Inorganic Chemistry (edisi ke-2nd). Prentice Hall. hlm. 536, 649, 743. ISBN 978-0130399137.
^ ^a ^b Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988), Advanced Inorganic Chemistry (edisi ke-5th), New York: Wiley-Interscience, hlm. 776, 955, ISBN 0-471-84997-9
^ Jolly, William L. Modern Inorganic Chemistry, McGraw-Hill 1984, p. 22
^ Goldschmidt, Victor M. "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente", Part V "Isomorphie und Polymorphie der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion und ihre Konsequenzen", Oslo, 1925
^ Pekka Pyykko (1988). "Relativistic effects in structural chemistry". Chem. Rev. 88 (3): 563–594. doi:10.1021/cr00085a006.

Pranala luar

Halaman referensi, lihat Gambar 2 untuk lebih rinci Diarsipkan 2006-03-13 di Wayback Machine.
Definisi sederhana

[Housecroft-1] Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Inorganic Chemistry (edisi ke-2nd). Prentice Hall. hlm. 536, 649, 743. ISBN 978-0130399137.

[Cotton-2] Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988), Advanced Inorganic Chemistry (edisi ke-5th), New York: Wiley-Interscience, hlm. 776, 955, ISBN 0-471-84997-9

[Jolly-3] Jolly, William L. Modern Inorganic Chemistry, McGraw-Hill 1984, p. 22

[Goldschmidt-4] Goldschmidt, Victor M. "Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente", Part V "Isomorphie und Polymorphie der Sesquioxyde. Die Lanthaniden-Kontraktion und ihre Konsequenzen", Oslo, 1925

[5] Pekka Pyykko (1988). "Relativistic effects in structural chemistry". Chem. Rev. 88 (3): 563–594. doi:10.1021/cr00085a006.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]