लैंथेनाइड

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एक लैंथेनाइड (IPA: /ˈlænθənaɪd/) 57–71 परमाणु क्रमांक वाले 15 धात्विक रासायनिक तत्व हैं, जो लैंथेनम से लेकर ल्यूटेशियम तक हैं। आवर्त सारणी में, पहले चौदह तत्व (यिट्टरबियम तक) 4f कक्षकों (orbitals) को भरते हैं।[1][2][3] ल्यूटेशियम (तत्व 71) को भी अक्सर एक लैंथेनाइड माना जाता है, भले ही वह एक d-ब्लॉक तत्व और संक्रमण धातु है। IUPAC इन 15 तत्वों La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu को सामूहिक नाम लैंथेनॉइड (IPA: /ˈlænθənɔɪd/) के अंतर्गत सूचीबद्ध करता है, जिसे वह इस श्रेणी के लिए रासायनिक रूप से अधिक सही मानता है।[4]

अनौपचारिक रासायनिक प्रतीक Ln का उपयोग लैंथेनाइड रसायन विज्ञान की सामान्य चर्चाओं में किसी भी लैंथेनाइड को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।[5] लैंथेनाइड्स में से एक को छोड़कर सभी f-ब्लॉक तत्व हैं, जो 4f इलेक्ट्रॉन कोश के भरने के अनुरूप हैं। ल्यूटेशियम एक d-ब्लॉक तत्व है (और इस प्रकार एक संक्रमण धातु भी है),[6][7] और इस आधार पर इसके समावेश पर सवाल उठाया गया है; हालाँकि, समूह 3 में अपने समजातों स्कैंडियम और यट्रियम की तरह, यह अन्य 14 तत्वों के समान व्यवहार करता है। दुर्लभ-मृदा तत्व या दुर्लभ-मृदा धातु शब्द का उपयोग अक्सर 4f तत्वों के अलावा स्थिर समूह 3 तत्वों Sc, Y, और Lu को शामिल करने के लिए किया जाता है।[8] सभी लैंथेनाइड तत्व त्रिसंयोजक धनायन, Ln3+ बनाते हैं, जिनका रसायन विज्ञान काफी हद तक आयनिक त्रिज्या द्वारा निर्धारित होता है, जो लैंथेनम (La) से ल्यूटेशियम (Lu) तक लगातार घटती है। कई लैंथेनाइड +2 और यहाँ तक कि +4 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ भी बना सकते हैं।

आवर्त सारणी के प्रस्तुतियों में, f-ब्लॉक तत्वों को आमतौर पर सारणी के मुख्य भाग के नीचे दो अतिरिक्त पंक्तियों के रूप में दिखाया जाता है।[1] यह परंपरा पूरी तरह से सौंदर्यशास्त्र और स्वरूपण की व्यावहारिकता का मामला है; एक शायद ही कभी इस्तेमाल की जाने वाली विस्तृत-स्वरूपित आवर्त सारणी 4f और 5f श्रृंखलाओं को उनके उचित स्थानों पर, क्रमशः सारणी की छठी और सातवीं पंक्तियों (आवर्तों) के भागों के रूप में सम्मिलित करती है।

व्युत्पत्ति

"लैंथेनाइड" शब्द विक्टर गोल्डश्मिट द्वारा 1925 में पेश किया गया था।[9][10] उनकी प्रचुरता के बावजूद, तकनीकी शब्द "लैंथेनाइड्स" की व्याख्या इन तत्वों की मायावी प्रकृति को दर्शाने के लिए की जाती है, क्योंकि यह ग्रीक λανθανειν (lanthanein), "छिपे रहना" से आया है।[11]

यह शब्द खनिजों में एक-दूसरे के पीछे "छिपे रहने" के उनके गुण को दर्शाता है। यह शब्द लैंथेनम से निकला है, जिसे पहली बार 1838 में खोजा गया था, उस समय एक तथाकथित नया दुर्लभ-मृदा तत्व जो एक सीरियम खनिज में "छिपा हुआ" था या "ध्यान से बच रहा था",[12] और यह एक विडंबना है कि लैंथेनम को बाद में रासायनिक रूप से समान तत्वों की एक पूरी श्रृंखला में पहले के रूप में पहचाना गया और इसने पूरी श्रृंखला को अपना नाम दिया।

इन तत्वों को लैंथेनाइड कहा जाता है क्योंकि श्रृंखला के तत्व रासायनिक रूप से लैंथेनम के समान होते हैं। चूँकि "लैंथेनाइड" का अर्थ "लैंथेनम जैसा" है, इसलिए यह तर्क दिया गया है कि लैंथेनम तार्किक रूप से लैंथेनाइड नहीं हो सकता है, लेकिन इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC) सामान्य उपयोग के आधार पर इसके समावेश को स्वीकार करता है।[13] वर्तमान IUPAC अनुशंसा यह है कि "लैंथेनाइड" के बजाय लैंथेनॉइड नाम का उपयोग किया जाना चाहिए, क्योंकि "-ide" प्रत्यय नकारात्मक आयनों के लिए पसंद किया जाता है, जबकि "-oid" प्रत्यय तत्वों के परिवार के सदस्यों में से किसी एक के समान होने का संकेत देता है।[4] हालाँकि, लैंथेनाइड का अभी भी सामान्य रूप से उपयोग किया जाता है।[13]

तत्वों के भौतिक गुण

लैंथेनाइड्स के गुण उस क्रम से उत्पन्न होते हैं जिसमें इन तत्वों के इलेक्ट्रॉन कोश भरे जाते हैं—सबसे बाहरी (6s) विन्यास उन सभी के लिए समान है, और परमाणु क्रमांक 57 से 71 तक बढ़ने पर एक गहरा (4f) कोश उत्तरोत्तर इलेक्ट्रॉनों से भरता जाता है।[14] कई वर्षों तक, एक से अधिक दुर्लभ मृदा के मिश्रणों को एकल तत्व माना जाता था, जैसे कि नियोडिमियम और प्रासियोडिमियम को एकल तत्व डिडिमियम माना जाता था।[15] इन तत्वों के लिए विलायक और आयन-विनिमय शुद्धिकरण विधियों में घुलनशीलता में बहुत छोटे अंतर का उपयोग किया जाता है, जिसके लिए शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए बार-बार अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है। परिष्कृत धातुओं और उनके यौगिकों के विविध अनुप्रयोगों का श्रेय उनके इलेक्ट्रॉनिक, विद्युत, ऑप्टिकल और चुंबकीय गुणों में सूक्ष्म और स्पष्ट विविधताओं को दिया जा सकता है।[14]

लैंथेनाइड्स के कुछ गुण
रासायनिक तत्व La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
परमाणु क्रमांक 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
छवि
घनत्व (g/cm3) 6.162 6.770 6.77 7.01 7.26 7.52 5.244 7.90 8.23 8.540 8.79 9.066 9.32 6.90 9.841
गलनांक (°C) 920 795 935 1024 1042 1072 826 1312 1356 1407 1461 1529 1545 824 1652
क्वथनांक (°C) 3464 3443 3520 3074 3000 1794 1529 3273 3230 2567 2720 2868 1950 1196 3402
परमाणु इलेक्ट्रॉन विन्यास
(गैस चरण)*		 5d1 4f15d1 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f75d1 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13 4f14 4f145d1
धातु जालक (RT) dhcp fcc dhcp dhcp dhcp ** bcc hcp hcp hcp hcp hcp hcp fcc hcp
धात्विक त्रिज्या (pm) 162 181.8 182.4 181.4 183.4 180.4 208.4 180.4 177.3 178.1 176.2 176.1 175.9 193.3 173.8
25 °C पर प्रतिरोधकता (μΩ·cm) 57–80
20 °C		 73 68 64 88 90 134 114 57 87 87 79 29 79
चुंबकीय संवेदनशीलता
χmol /10−6(cm3·mol−1) 		+95.9 +2500 (β) +5530 (α) +5930 (α) +1278 (α) +30900 +185000
(350 K)		 +170000 (α) +98000 +72900 +48000 +24700 +67 (β) +183

* प्रारंभिक Xe और अंतिम 6s2 इलेक्ट्रॉनिक कोशों के बीच

** Sm की संरचना अधिकांश लैंथेनाइड्स की तरह क्लोज पैक्ड है लेकिन इसमें 9 परत का असामान्य दोहराव है

ग्सचनीडर और डान (1988) गलनांक में प्रवृत्ति, जो श्रृंखला में बढ़ती है, (लैंथेनम (920 °C) – ल्यूटेशियम (1622 °C)) को 6s, 5d, और 4f कक्षकों के संकरण (hybridization) की सीमा के लिए जिम्मेदार मानते हैं। माना जाता है कि संकरण सीरियम के लिए सबसे अधिक है, जिसका गलनांक सबसे कम, 795 °C है।[16] लैंथेनाइड धातुएं नरम होती हैं; उनकी कठोरता श्रृंखला में बढ़ती है।[13] यूरोपियम अलग है, क्योंकि इसका घनत्व श्रृंखला में सबसे कम 5.24 g/cm3 है और धात्विक त्रिज्या श्रृंखला में सबसे बड़ी 208.4 pm है। इसकी तुलना बेरियम से की जा सकती है, जिसकी धात्विक त्रिज्या 222 pm है। माना जाता है कि धातु में बड़ा Eu2+ आयन होता है और चालन बैंड में केवल दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। यिट्टरबियम की भी धात्विक त्रिज्या बड़ी है, और इसी तरह की व्याख्या का सुझाव दिया गया है।[13] लैंथेनाइड धातुओं की प्रतिरोधकता अपेक्षाकृत अधिक है, जो 29 से 134 μΩ·cm तक होती है। इन मानों की तुलना एल्यूमीनियम जैसे अच्छे संवाहक से की जा सकती है, जिसकी प्रतिरोधकता 2.655 μΩ·cm है। La, Yb, और Lu (जिनमें कोई अयुग्मित f इलेक्ट्रॉन नहीं होते) के अपवादों के साथ, लैंथेनाइड्स दृढ़ता से अनुचुंबकीय (paramagnetic) होते हैं, और यह उनकी चुंबकीय संवेदनशीलता में परिलक्षित होता है। गैडोलीनियम 16 °C (क्यूरी बिंदु) से नीचे लौहचुंबकीय (ferromagnetic) हो जाता है। अन्य भारी लैंथेनाइड्स – टर्बियम, डिस्प्रोसियम, होल्मियम, अर्बियम, थुलियम, और यिट्टरबियम – बहुत कम तापमान पर लौहचुंबकीय हो जाते हैं।[17]

लैंथेनाइड आयनों के इलेक्ट्रॉन विन्यास और रंग
रासायनिक तत्व La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
परमाणु क्रमांक 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
Ln3+ इलेक्ट्रॉन विन्यास*[18] 4f0 4f1 4f2 4f3 4f4 4f5 4f6 4f7 4f8 4f9 4f10 4f11 4f12 4f13

4f14

Ln3+ त्रिज्या (pm)[13] 103 102 99 98.3 97 95.8 94.7 93.8 92.3 91.2 90.1 89 88 86.8 86.1
जलीय घोल में Ln4+ आयन का रंग[19] — नारंगी-पीला पीला नीला-बैंगनी — — — — लाल-भूरा नारंगी-पीला — — — — —
जलीय घोल में Ln3+ आयन का रंग[18] रंगहीन रंगहीन हरा बैंगनी गुलाबी हल्का पीला रंगहीन रंगहीन बहुत हल्का गुलाबी हल्का पीला पीला गुलाब हल्का हरा रंगहीन रंगहीन
जलीय घोल में Ln2+ आयन का रंग[13] — — — — — रक्त लाल रंगहीन — — — — — बैंगनी-लाल पीला-हरा —

* प्रारंभिक [Xe] कोर को छोड़कर

f → f संक्रमण समरूपता निषिद्ध (या लैपोर्ट-निषिद्ध) होते हैं, जो संक्रमण धातुओं के लिए भी सत्य है। हालाँकि, संक्रमण धातुएं इस नियम को तोड़ने के लिए वाइब्रोनिक कपलिंग का उपयोग करने में सक्षम हैं। लैंथेनाइड्स में वैलेंस कक्षक लगभग पूरी तरह से गैर-बंधनकारी होते हैं और इसलिए बहुत कम प्रभावी वाइब्रोनिक कपलिंग होती है, इसलिए f → f संक्रमणों से स्पेक्ट्रा d → d संक्रमणों की तुलना में बहुत कमजोर और संकीर्ण होते हैं। सामान्य तौर पर यह लैंथेनाइड परिसरों के रंगों को संक्रमण धातु परिसरों की तुलना में बहुत हल्का बनाता है।

जलीय घोल में लैंथेनाइड आयनों के अनुमानित रंग[13][20][21]
ऑक्सीकरण अवस्था 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
+2 Sm2+ Eu2+ Tm2+ Yb2+
+3 La3+ Ce3+ Pr3+ Nd3+ Pm3+ Sm3+ Eu3+ Gd3+ Tb3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ Yb3+ Lu3+
+4 Ce4+ Pr4+ Nd4+ Tb4+ Dy4+

4f कक्षकों का प्रभाव

आवर्त सारणी में बाएं से दाएं लैंथेनाइड्स को देखने पर, सात 4f परमाणु कक्षक उत्तरोत्तर अधिक भरते जाते हैं (ऊपर देखें और Electron configuration table)। अधिकांश तटस्थ गैस-चरण लैंथेनाइड परमाणुओं का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Xe]6s24fn है, जहाँ n परमाणु क्रमांक Z से 56 कम है। अपवाद La, Ce, Gd, और Lu हैं, जिनमें 4fn−15d1 होता है (हालाँकि तब भी 4fn La, Ce, और Gd के लिए एक निम्न-स्थित उत्तेजित अवस्था है; Lu के लिए, 4f कोश पहले से ही भरा हुआ है, और पंद्रहवें इलेक्ट्रॉन के पास 5d में प्रवेश करने के अलावा कोई विकल्प नहीं है)। ल्यूटेशियम के अपवाद के साथ, 4f कक्षक सभी लैंथेनाइड्स में रासायनिक रूप से सक्रिय होते हैं और लैंथेनाइड रसायन विज्ञान और संक्रमण धातु रसायन विज्ञान के बीच गहरा अंतर पैदा करते हैं। 4f कक्षक [Xe] कोर में प्रवेश करते हैं और अलग-थलग होते हैं, और इस प्रकार वे बंधन में अधिक भाग नहीं लेते हैं। यह बताता है कि क्रिस्टल क्षेत्र प्रभाव छोटे क्यों हैं और वे π बंधन क्यों नहीं बनाते हैं।[18] चूँकि सात 4f कक्षक हैं, अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या 7 तक हो सकती है, जो लैंथेनाइड यौगिकों के लिए देखे गए बड़े चुंबकीय आघूर्ण को जन्म देती है।

चुंबकीय आघूर्ण को मापना 4f इलेक्ट्रॉन विन्यास की जांच करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, और यह रासायनिक बंधन में अंतर्दृष्टि प्रदान करने में एक उपयोगी उपकरण है।[22] लैंथेनाइड संकुचन, यानी La3+ (103 pm) से Lu3+ (86.1 pm) तक Ln3+ आयन के आकार में कमी, को अक्सर 4f इलेक्ट्रॉनों द्वारा 5s और 5p इलेक्ट्रॉनों की खराब परिरक्षण क्षमता द्वारा समझाया जाता है।[18]

रसायन विज्ञान और यौगिक

मुख्य लेख: Lanthanide compounds
लैंथेनाइड ऑक्साइड: ऊपर केंद्र से दक्षिणावर्त: प्रासियोडिमियम, सीरियम, लैंथेनम, नियोडिमियम, समैरियम और गैडोलीनियम

लैंथेनाइड्स का रसायन विज्ञान +3 ऑक्सीकरण अवस्था द्वारा हावी है, और LnIII यौगिकों में 6s इलेक्ट्रॉन और (आमतौर पर) एक 4f इलेक्ट्रॉन खो जाते हैं और आयनों का विन्यास [Xe]4f(n−1) होता है।[23] सभी लैंथेनाइड तत्व ऑक्सीकरण अवस्था +3 प्रदर्शित करते हैं। इसके अलावा, Ce3+ ज़ेनॉन के स्थिर इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के साथ Ce4+ बनाने के लिए अपना एकल f इलेक्ट्रॉन खो सकता है। साथ ही, Eu3+ f7 विन्यास के साथ Eu2+ बनाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त कर सकता है जिसमें आधे भरे हुए कोश की अतिरिक्त स्थिरता होती है। Ce(IV) और Eu(II) के अलावा, जलीय घोल में कोई भी लैंथेनाइड +3 के अलावा अन्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं में स्थिर नहीं है।

अपचयन विभव के संदर्भ में, Ln0/3+ युग्म सभी लैंथेनाइड्स के लिए लगभग समान हैं, जो −1.99 (Eu के लिए) से −2.35 V (Pr के लिए) तक होते हैं। इस प्रकार ये धातुएं अत्यधिक अपचायक हैं, जिनकी अपचायक शक्ति Mg (−2.36 V) जैसी क्षारीय मृदा धातुओं के समान है।[13]

लैंथेनाइड ऑक्सीकरण अवस्थाएँ

लैंथेनाइड्स के लिए आयनीकरण ऊर्जा की तुलना एल्यूमीनियम से की जा सकती है। एल्यूमीनियम में पहली तीन आयनीकरण ऊर्जाओं का योग 5139 kJ·mol−1 है, जबकि लैंथेनाइड्स 3455 – 4186 kJ·mol−1 की सीमा में आते हैं। यह लैंथेनाइड्स की अत्यधिक प्रतिक्रियाशील प्रकृति के साथ सहसंबद्ध है।

यूरोपियम के लिए पहली दो आयनीकरण ऊर्जाओं का योग, 1632 kJ·mol−1 की तुलना बेरियम 1468.1 kJ·mol−1 से की जा सकती है और यूरोपियम की तीसरी आयनीकरण ऊर्जा लैंथेनाइड्स में सबसे अधिक है। यिट्टरबियम के लिए पहली दो आयनीकरण ऊर्जाओं का योग श्रृंखला में दूसरा सबसे कम है और इसकी तीसरी आयनीकरण ऊर्जा दूसरी सबसे अधिक है। Eu और Yb के लिए उच्च तीसरी आयनीकरण ऊर्जा 4f उपकोश के आधे भरने 4f7 और पूर्ण भरने 4f14 के साथ सहसंबद्ध है, और विनिमय ऊर्जा के कारण ऐसे विन्यासों द्वारा प्रदान की गई स्थिरता।[18] यूरोपियम और यिट्टरबियम Eu2+ और Yb2+ के साथ लवण जैसे यौगिक बनाते हैं, उदाहरण के लिए लवण जैसे डाइहाइड्राइड्स।[24] यूरोपियम और यिट्टरबियम दोनों तरल अमोनिया में घुल जाते हैं और Ln2+(NH3)x के घोल बनाते हैं, जो फिर से क्षारीय मृदा धातुओं के साथ उनकी समानता प्रदर्शित करते हैं।[13]

सीरियम और (कम हद तक प्रासियोडिमियम) में चौथे इलेक्ट्रॉन को हटाने में सापेक्ष आसानी यह बताती है कि Ce(IV) और Pr(IV) यौगिक क्यों बन सकते हैं, उदाहरण के लिए जब सीरियम ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है तो Ce2O3 के बजाय CeO2 बनता है। साथ ही Tb की एक प्रसिद्ध IV अवस्था है, क्योंकि इस मामले में चौथे इलेक्ट्रॉन को हटाने से आधा भरा हुआ 4f7 विन्यास प्राप्त होता है।

Ce और Eu के लिए अतिरिक्त स्थिर संयोजकता का मतलब है कि चट्टानों में उनकी प्रचुरता कभी-कभी अन्य दुर्लभ मृदा तत्वों की तुलना में काफी भिन्न होती है: सीरियम विसंगति और यूरोपियम विसंगति देखें।

लैंथेनाइड्स का पृथक्करण

लैंथेनाइड तत्वों का पृथक्करण अकार्बनिक रसायन विज्ञान में बहुत श्रमसाध्य प्रक्रियाओं में से एक है। प्रमुख तकनीक में विलायक निष्कर्षण शामिल है। आमतौर पर नाइट्रेट्स के जलीय घोल को ट्राई-n-ब्यूटिलफॉस्फेट युक्त केरोसिन में निकाला जाता है। पूर्ण पृथक्करण प्रतिधारा विनिमय विधियों द्वारा लगातार प्राप्त किया जाता है।[25]

पुरानी विधियाँ

एक समय पर, आंशिक क्रिस्टलीकरण का उपयोग किया जाता था। यह दृष्टिकोण लैंथेनाइड्स (और संबंधित तत्वों) को तीन समूहों में अलग करने के लिए लागू किया गया था: यट्रियम, प्रासियोडिमियम-नियोडिमियम-समैरियम, सीरियम, और अन्य।[25]

तत्वों को एक बार आयन-विनिमय क्रोमैटोग्राफी द्वारा भी अलग किया गया था, अक्सर एमिनोकार्बोक्सिलेट लिगेंड्स के उपयोग के साथ संयोजन में। प्रासंगिक यह है कि EDTA परिसरों के गठन के लिए स्थिरता स्थिरांक [La(EDTA)]− के लिए log K ≈ 15.5 से [Lu(EDTA)]− के लिए log K ≈ 19.8 तक बढ़ जाता है।[13][26]

समन्वय रसायन विज्ञान

जब समन्वय परिसर के रूप में होते हैं, तो लैंथेनाइड्स भारी रूप से अपनी +3 ऑक्सीकरण अवस्था में मौजूद होते हैं, हालाँकि विशेष रूप से स्थिर 4f विन्यास +4 (Ce, Pr, Tb) या +2 (Sm, Eu, Yb) आयन भी दे सकते हैं। इन सभी रूपों में अत्यधिक इलेक्ट्रोपॉजिटिव होते हैं और इस प्रकार लैंथेनाइड आयन हार्ड लुईस एसिड होते हैं।[27] ऑक्सीकरण अवस्थाएँ भी बहुत स्थिर होती हैं; SmI2[28] और सीरियम(IV) लवण[29] के अपवादों के साथ, लैंथेनाइड्स का उपयोग रेडॉक्स रसायन विज्ञान के लिए नहीं किया जाता है। 4f इलेक्ट्रॉनों के नाभिक के करीब पाए जाने की उच्च संभावना होती है और इसलिए श्रृंखला में नाभिकीय आवेश बढ़ने पर वे दृढ़ता से प्रभावित होते हैं; इसके परिणामस्वरूप आयनिक त्रिज्या में संबंधित कमी आती है जिसे लैंथेनाइड संकुचन कहा जाता है।

परमाणु या आयन के बाहरी क्षेत्र में 4f इलेक्ट्रॉनों के मौजूद होने की कम संभावना लैंथेनाइड आयन के कक्षकों और किसी भी बंधनकारी लिगेंड के बीच बहुत कम प्रभावी ओवरलैप की अनुमति देती है। इस प्रकार लैंथेनाइड परिसरों में आमतौर पर बहुत कम या कोई सहसंयोजक चरित्र नहीं होता है और वे कक्षीय ज्यामिति से प्रभावित नहीं होते हैं। कक्षीय संपर्क की कमी का यह भी अर्थ है कि धातु को बदलने से आमतौर पर परिसर पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है (आकार के अलावा), विशेष रूप से संक्रमण धातुओं की तुलना में। परिसर कमजोर इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं जो सर्व-दिशात्मक होते हैं और इस प्रकार केवल लिगेंड ही परिसरों की समरूपता और समन्वय को निर्धारित करते हैं। इसलिए स्टेरिक कारक हावी होते हैं, जिसमें धातु की समन्वय संतृप्ति को अंतर-लिगेंड प्रतिकर्षण के खिलाफ संतुलित किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप समन्वय ज्यामिति की एक विविध श्रेणी होती है, जिनमें से कई अनियमित हैं,[30] और यह परिसरों की अत्यधिक फ्लक्सोनियल प्रकृति में भी प्रकट होता है। चूँकि एक एकल ज्यामिति में लॉक होने का कोई ऊर्जावान कारण नहीं है, इसलिए तेजी से इंट्रा-मॉलिक्यूलर और इंटर-मॉलिक्यूलर लिगेंड विनिमय होगा। इसके परिणामस्वरूप आमतौर पर ऐसे परिसर बनते हैं जो सभी संभावित विन्यासों के बीच तेजी से उतार-चढ़ाव करते हैं।

हार्ड लुईस एसिड समन्वय (coordination) पर बंधों को ध्रुवीकृत (polarise) करते हैं और इस प्रकार यौगिकों की इलेक्ट्रोफिलिसिटी को बदल देते हैं, जिसका एक उत्कृष्ट उदाहरण लुश रिडक्शन (Luche reduction) है।[31] आयनों का बड़ा आकार और उनके अस्थिर आयनिक बंधन यह सुनिश्चित करते हैं कि बड़े समन्वयकारी अणु भी तेजी से बंध और अलग हो सकें, जिसके परिणामस्वरूप बहुत उच्च टर्नओवर दर प्राप्त होती है।[32] कक्षीय अंतःक्रियाओं (orbital interactions) की कमी और लैंथेनाइड संकुचन (lanthanide contraction) का अर्थ यह है कि लैंथेनाइड्स श्रृंखला में आकार में तो बदलते हैं, लेकिन उनका रसायन विज्ञान काफी हद तक समान रहता है। यह स्टेरिक वातावरण को आसानी से ट्यून करने की अनुमति देता है और ऐसे उदाहरण मौजूद हैं जहाँ इसका उपयोग कॉम्प्लेक्स की उत्प्रेरक गतिविधि को बेहतर बनाने[33][34][35] और धातु समूहों की न्यूक्लियरिटी (nuclearity) को बदलने के लिए किया गया है।[36][37]

इसके बावजूद, लैंथेनाइड समन्वय परिसरों (coordination complexes) का समांगी उत्प्रेरण (homogeneous catalysis) के रूप में उपयोग काफी हद तक प्रयोगशाला तक ही सीमित है।

उत्प्रेरण (Catalysis)

लैंथेनाइड्स के आर्थिक मूल्य का लगभग 10% उत्प्रेरण में उनके उपयोग के कारण है। पेट्रोकेमिकल प्रसंस्करण जैसे कि एल्काइलेशन और कोक हटाने में उनके उपयोग को विशेष रूप से मूल्यवान माना जाता है। सीरिया (Ceria) विशेष रूप से उपयोगी है।[25]

Ln(III) यौगिक

त्रिसंयोजक (trivalent) लैंथेनाइड्स अधिकतर आयनिक लवण बनाते हैं। त्रिसंयोजक आयन हार्ड स्वीकर्ता (acceptors) होते हैं और नाइट्रोजन-दाता लिगेंड्स की तुलना में ऑक्सीजन-दाता लिगेंड्स के साथ अधिक स्थिर कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। बड़े आयन जलीय घोल में 9-समन्वित होते हैं, [Ln(H2O)9]3+, लेकिन छोटे आयन 8-समन्वित होते हैं, [Ln(H2O)8]3+। कुछ प्रमाण हैं कि बाद के लैंथेनाइड्स के दूसरे समन्वय क्षेत्र में अधिक पानी के अणु होते हैं।[38] एकदंती (monodentate) लिगेंड्स के साथ कॉम्प्लेक्स बनाना आमतौर पर कमजोर होता है क्योंकि पहले समन्वय क्षेत्र से पानी के अणुओं को विस्थापित करना मुश्किल होता है। कीलेट प्रभाव (chelate effect) के कारण कीलेटिंग लिगेंड्स के साथ मजबूत कॉम्प्लेक्स बनते हैं, जैसे कि 1,4,7,10-टेट्राएज़ासाइक्लोडोडेकेन-1,4,7,10-टेट्राएसेटिक एसिड (DOTA) से प्राप्त टेट्रा-आयन।

लैंथेनाइड नाइट्रेट्स के उनके हेक्साहाइड्रेट रूप में नमूने। बाएं से दाएं: La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu.

Ln(II) और Ln(IV) यौगिक

लैंथेनाइड्स के सबसे सामान्य द्विसंयोजक (divalent) व्युत्पन्न Eu(II) के लिए हैं, जो एक अनुकूल f7 विन्यास प्राप्त करता है। द्विसंयोजक हैलाइड व्युत्पन्न सभी लैंथेनाइड्स के लिए ज्ञात हैं। वे या तो पारंपरिक लवण हैं या Ln(III) "इलेक्ट्राइड"-जैसे लवण हैं। सरल लवणों में YbI2, EuI2, और SmI2 शामिल हैं। इलेक्ट्राइड-जैसे लवण, जिन्हें Ln3+, 2I−, e− के रूप में वर्णित किया गया है, उनमें LaI2, CeI2 और GdI2 शामिल हैं। कई आयोडाइड ईथर के साथ घुलनशील कॉम्प्लेक्स बनाते हैं, उदा. TmI2(dimethoxyethane)3।[39] समैरियम(II) आयोडाइड एक उपयोगी अपचायक (reducing agent) है। Ln(II) कॉम्प्लेक्स को ट्रांसमेटलेशन (transmetalation) प्रतिक्रियाओं द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है। ऑक्सीकरण अवस्थाओं की सामान्य सीमा को स्टेरिक रूप से भारी साइक्लोपेंटाडिएनिल लिगेंड के उपयोग के माध्यम से बढ़ाया जा सकता है, इस तरह कई लैंथेनाइड्स को Ln(II) यौगिकों के रूप में अलग किया जा सकता है।[40]

सेरिक अमोनियम नाइट्रेट में Ce(IV) एक उपयोगी ऑक्सीकरण एजेंट है। Ce(IV) अपवाद है क्योंकि इसमें एक अपूर्ण f शेल बनाने की प्रवृत्ति होती है। अन्यथा चतुर्संयोजक (tetravalent) लैंथेनाइड्स दुर्लभ हैं। हालाँकि, हाल ही में Tb(IV)[41][42][43] और Pr(IV)[44] कॉम्प्लेक्स के अस्तित्व को दिखाया गया है।

हाइड्राइड्स

लैंथेनाइड धातुएं हाइड्रोजन के साथ ऊष्माक्षेपी (exothermic) रूप से प्रतिक्रिया करके LnH2, डाईहाइड्राइड बनाती हैं।[24] Eu और Yb को छोड़कर, जो बेरियम और कैल्शियम हाइड्राइड्स (गैर-संचालक, पारदर्शी लवण-जैसे यौगिक) के समान होते हैं, वे काले, पायरोफोरिक, संवाहक यौगिक बनाते हैं[49] जहाँ धातु उप-जाली फेस-सेंटर्ड क्यूबिक होती है और H परमाणु टेट्राहेड्रल साइटों पर कब्जा करते हैं।[24] आगे हाइड्रोजनीकरण एक ट्राईहाइड्राइड उत्पन्न करता है जो गैर-स्टोइकियोमेट्रिक यौगिक है, गैर-संचालक है, और अधिक लवण जैसा है। ट्राईहाइड्राइड का निर्माण 8-10% आयतन में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है और यह हाइड्रोजन परमाणुओं पर आवेश के अधिक स्थानीयकरण से जुड़ा है जो अधिक आयनिक (H− हाइड्राइड आयन) चरित्र में बदल जाते हैं।[24]

हैलाइड्स

ज्ञात एकमात्र टेट्राहेलाइड्स सीरियम, प्रासियोडिमियम, टर्बियम, नियोडिमियम और डिस्प्रोसियम के टेट्राफ्लोराइड्स हैं, जिनमें से अंतिम दो केवल मैट्रिक्स अलगाव स्थितियों के तहत ज्ञात हैं।[13][55] सभी लैंथेनाइड्स फ्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन के साथ ट्राईहेलाइड्स बनाते हैं। वे सभी उच्च गलनांक वाले और मुख्य रूप से आयनिक प्रकृति के होते हैं।[13] फ्लोराइड्स पानी में केवल थोड़े घुलनशील होते हैं और हवा के प्रति संवेदनशील नहीं होते हैं, और यह अन्य हैलाइड्स के विपरीत है जो हवा के प्रति संवेदनशील हैं, पानी में आसानी से घुलनशील हैं और उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया करके ऑक्सोहेलाइड्स बनाते हैं।[56]

ट्राईहेलाइड्स महत्वपूर्ण थे क्योंकि शुद्ध धातु उनसे तैयार की जा सकती है।[13] गैस चरण में ट्राईहेलाइड्स समतलीय या लगभग समतलीय होते हैं, हल्के लैंथेनाइड्स में डाइमर का % कम होता है, भारी लैंथेनाइड्स में अधिक अनुपात होता है। डाइमर की संरचना Al2Cl6 के समान होती है।[57]

कुछ डाइहैलाइड्स सुचालक होते हैं जबकि शेष कुचालक होते हैं। सुचालक रूपों को LnIII इलेक्ट्राइड यौगिकों के रूप में माना जा सकता है जहाँ इलेक्ट्रॉन एक चालन बैंड में विस्थानीकृत (delocalised) होता है, Ln3+ (X−)2(e−)। सभी डाइआयोडाइड्स में धातु-धातु की दूरियाँ अपेक्षाकृत कम होती हैं।[50] लैंथेनम, सीरियम और प्रेजोडायमियम डाइआयोडाइड्स की CuTi2 संरचना के साथ-साथ HP-NdI2 में धातु और आयोडीन परमाणुओं के 44 जाल होते हैं जिनमें छोटे धातु-धातु बंध (393-386 La-Pr) होते हैं।[50] इन यौगिकों को द्वि-आयामी धातुओं के रूप में माना जाना चाहिए (उसी तरह द्वि-आयामी जैसे ग्रेफाइट होता है)। लवण-समान डाइहैलाइड्स में Eu, Dy, Tm और Yb के हैलाइड शामिल हैं। Eu और Yb के लिए अपेक्षाकृत स्थिर +2 ऑक्सीकरण अवस्था का निर्माण आमतौर पर आधे भरे (f7) और पूरी तरह से भरे f14 की स्थिरता (विनिमय ऊर्जा) द्वारा समझाया जाता है। GdI2 में स्तरित MoS2 संरचना होती है, यह लौहचुंबकीय (ferromagnetic) है और विशाल मैग्नेटोरेसिस्टेंस प्रदर्शित करता है।[50]

तालिका में सूचीबद्ध सेस्क्यूहैलाइड्स Ln2X3 और Ln7I12 यौगिकों में धातु क्लस्टर होते हैं, Ln7I12 में असतत Ln6I12 क्लस्टर और सेस्क्यूहैलाइड्स में श्रृंखला बनाने वाले संघनित क्लस्टर होते हैं। स्कैंडियम क्लोरीन के साथ एक समान क्लस्टर यौगिक, Sc7Cl12 बनाता है।[13] कई संक्रमण धातु क्लस्टरों के विपरीत, इन लैंथेनाइड क्लस्टरों में मजबूत धातु-धातु अन्योन्यक्रिया नहीं होती है और इसका कारण इसमें शामिल संयोजी इलेक्ट्रॉनों की कम संख्या है, बल्कि ये आसपास के हैलोजन परमाणुओं द्वारा स्थिर होते हैं।[50]

LaI और TmI एकमात्र ज्ञात मोनोहैलाइड हैं। LaI, जिसे LaI3 और La धातु की प्रतिक्रिया से तैयार किया जाता है, की संरचना NiAs प्रकार की होती है और इसे La3+ (I−)(e−)2 के रूप में तैयार किया जा सकता है।[53] TmI एक वास्तविक Tm(I) यौगिक है, हालाँकि इसे शुद्ध अवस्था में अलग नहीं किया गया है।[54]

ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड

सभी लैंथेनाइड सेस्क्यूऑक्साइड, Ln2O3 बनाते हैं। हल्के/बड़े लैंथेनाइड एक हेक्सागोनल 7-समन्वय संरचना अपनाते हैं जबकि भारी/छोटे लैंथेनाइड एक क्यूबिक 6-समन्वय "C-M2O3" संरचना अपनाते हैं।[51] सभी सेस्क्यूऑक्साइड क्षारीय होते हैं, और कार्बोनेट, हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रॉक्सीकार्बोनेट बनाने के लिए हवा से पानी और कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं।[58] वे लवण बनाने के लिए एसिड में घुल जाते हैं।[18]

सीरियम एक स्टोइकोमेट्रिक डाइऑक्साइड, CeO2 बनाता है, जहाँ सीरियम की ऑक्सीकरण अवस्था +4 होती है। CeO2 क्षारीय है और Ce4+ समाधान बनाने के लिए एसिड में कठिनाई से घुलता है, जिससे CeIV लवणों को अलग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए हाइड्रेटेड नाइट्रेट Ce(NO3)4.5H2O। CeO2 का उपयोग उत्प्रेरक कन्वर्टर्स में ऑक्सीकरण उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।[18] प्रेजोडायमियम और टर्बियम LnIV युक्त गैर-स्टोइकोमेट्रिक ऑक्साइड बनाते हैं,[18] हालाँकि अधिक चरम प्रतिक्रिया स्थितियाँ स्टोइकोमेट्रिक (या लगभग स्टोइकोमेट्रिक) PrO2 और TbO2 उत्पन्न कर सकती हैं।[13]

यूरोपियम और येटरबियम लवण-समान मोनोऑक्साइड, EuO और YbO बनाते हैं, जिनकी संरचना रॉक साल्ट जैसी होती है।[18] EuO कम तापमान पर लौहचुंबकीय होता है,[13] और यह एक अर्धचालक है जिसके स्पिंट्रोनिक्स में संभावित अनुप्रयोग हैं।[59] एक मिश्रित EuII/EuIII ऑक्साइड Eu3O4 को हाइड्रोजन की धारा में Eu2O3 को कम करके उत्पादित किया जा सकता है।[58] नियोडिमियम और समैरियम भी मोनोऑक्साइड बनाते हैं, लेकिन ये चमकदार सुचालक ठोस होते हैं,[13] हालाँकि समैरियम मोनोऑक्साइड के अस्तित्व को संदिग्ध माना जाता है।[58]

सभी लैंथेनाइड हाइड्रॉक्साइड, Ln(OH)3 बनाते हैं। ल्यूटेटियम हाइड्रॉक्साइड को छोड़कर, जिसकी संरचना क्यूबिक होती है, उनकी संरचना हेक्सागोनल UCl3 जैसी होती है।[58] हाइड्रॉक्साइड्स को LnIII के समाधान से अवक्षेपित किया जा सकता है।[18] इन्हें सेस्क्यूऑक्साइड, Ln2O3 की पानी के साथ प्रतिक्रिया द्वारा भी बनाया जा सकता है, लेकिन हालाँकि यह प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल है, यह श्रृंखला के भारी सदस्यों के लिए काइनेटिक रूप से धीमी है।[58] फजान के नियम संकेत देते हैं कि छोटे Ln3+ आयन अधिक ध्रुवीकरण करने वाले होंगे और उनके लवण तदनुसार कम आयनिक होंगे। भारी लैंथेनाइड्स के हाइड्रॉक्साइड कम क्षारीय हो जाते हैं, उदाहरण के लिए Yb(OH)3 और Lu(OH)3 अभी भी क्षारीय हाइड्रॉक्साइड हैं लेकिन गर्म सांद्र NaOH में घुल जाएंगे।[13]

चाल्कोजेनाइड्स (S, Se, Te)

सभी लैंथेनाइड Ln2Q3 (Q= S, Se, Te) बनाते हैं।[18] सेस्क्यूसल्फाइड्स को तत्वों की प्रतिक्रिया द्वारा या (Eu2S3 को छोड़कर) H2S के साथ ऑक्साइड (Ln2O3) को सल्फाइड करके उत्पादित किया जा सकता है।[18] सेस्क्यूसल्फाइड्स, Ln2S3 गर्म करने पर आमतौर पर सल्फर खो देते हैं और Ln2S3 और Ln3S4 के बीच रचनाओं की एक श्रृंखला बना सकते हैं। सेस्क्यूसल्फाइड्स कुचालक होते हैं लेकिन कुछ Ln3S4 धात्विक सुचालक (जैसे Ce3S4) होते हैं जिन्हें (Ln3+)3 (S2−)4 (e−) के रूप में तैयार किया जाता है, जबकि अन्य (जैसे Eu3S4 और Sm3S4) अर्धचालक होते हैं।[18] संरचनात्मक रूप से सेस्क्यूसल्फाइड्स ऐसी संरचनाएं अपनाते हैं जो Ln धातु के आकार के अनुसार भिन्न होती हैं। हल्के और बड़े लैंथेनाइड 7-समन्वय धातु परमाणुओं का पक्ष लेते हैं, सबसे भारी और सबसे छोटे लैंथेनाइड (Yb और Lu) 6 समन्वय का पक्ष लेते हैं और बाकी 6 और 7 समन्वय के मिश्रण वाली संरचनाएं अपनाते हैं।[18]

बहुरूपता (Polymorphism) सेस्क्यूसल्फाइड्स के बीच आम है।[60] सेस्क्यूसल्फाइड्स के रंग धातु दर धातु भिन्न होते हैं और बहुरूपी रूप पर निर्भर करते हैं। γ-सेस्क्यूसल्फाइड्स के रंग हैं: La2S3, सफेद/पीला; Ce2S3, गहरा लाल; Pr2S3, हरा; Nd2S3, हल्का हरा; Gd2S3, रेत जैसा; Tb2S3, हल्का पीला और Dy2S3, नारंगी।[61] γ-Ce2S3 की छाया को Na या Ca के साथ डोपिंग करके बदला जा सकता है, जिसमें गहरे लाल से पीले रंग तक के रंग होते हैं,[50][61] और Ce2S3 आधारित पिगमेंट का व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जाता है और इन्हें कैडमियम आधारित पिगमेंट के लिए कम विषाक्त विकल्प के रूप में देखा जाता है।[61]

सभी लैंथेनाइड मोनोचाल्कोजेनाइड्स, LnQ, (Q= S, Se, Te) बनाते हैं।[18] अधिकांश मोनोचाल्कोजेनाइड्स सुचालक होते हैं, जो LnIIIQ2−(e-) के निर्माण का संकेत देते हैं जहाँ इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में होता है। अपवाद SmQ, EuQ और YbQ हैं जो अर्धचालक या कुचालक हैं लेकिन सुचालक अवस्था में दबाव-प्रेरित संक्रमण प्रदर्शित करते हैं।[60] यौगिक LnQ2 ज्ञात हैं लेकिन इनमें LnIV नहीं होता है बल्कि ये पॉलीचाल्कोजेनाइड आयनों वाले LnIII यौगिक होते हैं।[62]

ऑक्सीसल्फाइड्स Ln2O2S अच्छी तरह से ज्ञात हैं, उन सभी की संरचना समान है जिसमें 7-समन्वय Ln परमाणु, और 3 सल्फर और 4 ऑक्सीजन परमाणु निकटतम पड़ोसी के रूप में होते हैं।[63] इन्हें अन्य लैंथेनाइड तत्वों के साथ डोप करने से फॉस्फोरस का उत्पादन होता है। उदाहरण के तौर पर, गैडोलीनियम ऑक्सीसल्फाइड, Gd2O2S जिसे Tb3+ के साथ डोप किया जाता है, उच्च ऊर्जा वाली एक्स-रे के साथ विकिरणित होने पर दृश्य फोटॉन उत्पन्न करता है और इसका उपयोग फ्लैट पैनल डिटेक्टरों में सिंटिलेटर के रूप में किया जाता है।[64] जब मिशमेटल, लैंथेनाइड धातुओं का एक मिश्र धातु, ऑक्सीजन और सल्फर को हटाने के लिए पिघले हुए स्टील में मिलाया जाता है, तो स्थिर ऑक्सीसल्फाइड्स का उत्पादन होता है जो एक अमिश्रणीय ठोस बनाते हैं।[18]

निक्टाइड्स (समूह 15)

सभी लैंथेनाइड रॉक साल्ट संरचना के साथ एक मोनोनाइट्राइड, LnN बनाते हैं। मोनोनाइट्राइड्स ने अपने असामान्य भौतिक गुणों के कारण रुचि आकर्षित की है। SmN और EuN को "हाफ मेटल" के रूप में रिपोर्ट किया गया है।[50] NdN, GdN, TbN और DyN लौहचुंबकीय हैं, SmN प्रतिलौहचुंबकीय (antiferromagnetic) है।[65] स्पिंट्रोनिक्स के क्षेत्र में अनुप्रयोगों की जांच की जा रही है।[59] CeN असामान्य है क्योंकि यह एक धात्विक सुचालक है, जो अन्य नाइट्राइड्स और अन्य सीरियम निक्टाइड्स के विपरीत है। एक सरल विवरण Ce4+N3− (e–) है लेकिन अंतर-परमाणु दूरियां टेट्रावेलेंट अवस्था के बजाय ट्राइवेलेंट अवस्था के लिए बेहतर मेल खाती हैं। कई अलग-अलग स्पष्टीकरण दिए गए हैं।[66] नाइट्राइड्स को नाइट्रोजन के साथ लैंथेनम धातुओं की प्रतिक्रिया द्वारा तैयार किया जा सकता है। जब लैंथेनम धातुओं को हवा में जलाया जाता है, तो ऑक्साइड के साथ कुछ नाइट्राइड भी उत्पन्न होता है।[18] संश्लेषण के वैकल्पिक तरीके अमोनिया के साथ लैंथेनाइड धातुओं की उच्च तापमान प्रतिक्रिया या लैंथेनाइड एमाइड्स, Ln(NH2)3 का अपघटन हैं। शुद्ध स्टोइकोमेट्रिक यौगिकों और कम दोष घनत्व वाले क्रिस्टल प्राप्त करना कठिन साबित हुआ है।[59] लैंथेनाइड नाइट्राइड्स हवा के प्रति संवेदनशील होते हैं और हाइड्रोलाइज होकर अमोनिया उत्पन्न करते हैं।[49]

अन्य निक्टाइड्स फास्फोरस, आर्सेनिक, एंटीमनी और बिस्मथ भी लैंथेनाइड धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करके मोनो-निक्टाइड्स, LnQ बनाते हैं, जहाँ Q = P, As, Sb या Bi। इसके अतिरिक्त, विभिन्न स्टोइकोमेट्री के साथ अन्य यौगिकों की एक श्रृंखला का उत्पादन किया जा सकता है, जैसे LnP2, LnP5, LnP7, Ln3As, Ln5As3 और LnAs2।[67]

कार्बाइड्स

लैंथेनाइड्स के लिए विभिन्न स्टोइकोमेट्री के कार्बाइड्स ज्ञात हैं। गैर-स्टोइकोमेट्री आम है। सभी लैंथेनाइड LnC2 और Ln2C3 बनाते हैं जिनमें दोनों में C2 इकाइयाँ होती हैं।

EuC2 के अपवाद के साथ डाइकार्बाइड्स, कैल्शियम कार्बाइड संरचना के साथ धात्विक सुचालक हैं और इन्हें Ln3+C22−(e–) के रूप में तैयार किया जा सकता है। C-C बंध की लंबाई CaC2 की तुलना में लंबी है, जिसमें C22− आयन होता है, जो यह दर्शाता है कि C22− आयन के एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल्स चालन बैंड में शामिल होते हैं। ये डाइकार्बाइड्स हाइड्रोलाइज होकर हाइड्रोजन और हाइड्रोकार्बन का मिश्रण बनाते हैं।[68] EuC2 और कुछ हद तक YbC2 अलग तरह से हाइड्रोलाइज होते हैं, जिससे एसिटिलीन (एथाइन) का उच्च प्रतिशत उत्पन्न होता है।[69]

सेस्क्यूकार्बाइड्स, Ln2C3 को Ln4(C2)3 के रूप में तैयार किया जा सकता है। ये यौगिक Pu2C3 संरचना अपनाते हैं[50] जिसे आठ निकट Ln पड़ोसियों द्वारा गठित बिस्फेनॉइड छिद्रों में C22− आयनों के रूप में वर्णित किया गया है।[70] Ce2C3 के अपवाद के साथ, C-C बंध डाइकार्बाइड्स की तुलना में कम लंबा होता है,[68] जो यह दर्शाता है कि विस्थानीकृत धातु इलेक्ट्रॉन C-C एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल्स को नहीं भरते हैं।[71]

कुछ लैंथेनाइड्स के लिए अन्य कार्बन-समृद्ध स्टोइकोमेट्री ज्ञात हैं। Ln3C4 (Ho-Lu) जिसमें C, C2 और C3 इकाइयाँ होती हैं;[72] Ln4C7 (Ho-Lu) जिसमें C परमाणु और C3 इकाइयाँ होती हैं[73] और Ln4C5 (Gd-Ho) जिसमें C और C2 इकाइयाँ होती हैं।[74]

धातु-समृद्ध कार्बाइड्स में अंतरालीय C परमाणु होते हैं और कोई C2 या C3 इकाइयाँ नहीं होती हैं। ये Ln4C3 (Tb और Lu); Ln2C (Dy, Ho, Tm)[75][76] और Ln3C[50] (Sm-Lu) हैं। ये हाइड्रोलाइज होकर मीथेन बनाते हैं।(Adachi, Imanaka, Zhang, 1991, p. 98)

बोराइड्स

सभी लैंथेनाइड कई बोराइड्स बनाते हैं। "उच्च" बोराइड्स (LnBx जहाँ x > 12) कुचालक/अर्धचालक होते हैं जबकि निचले बोराइड्स आमतौर पर सुचालक होते हैं। निचले बोराइड्स में LnB2, LnB4, LnB6 और LnB12 की स्टोइकोमेट्री होती है।[77] स्पिंट्रोनिक्स के क्षेत्र में अनुप्रयोगों की जांच की जा रही है।[59] लैंथेनाइड्स द्वारा गठित बोराइड्स की सीमा की तुलना संक्रमण धातुओं द्वारा गठित बोराइड्स से की जा सकती है। बोरॉन-समृद्ध बोराइड्स लैंथेनाइड्स (और समूह 1-3) के विशिष्ट हैं जबकि संक्रमण धातुओं के लिए धातु-समृद्ध, "निचले" बोराइड्स बनाने की प्रवृत्ति होती है।[78] लैंथेनाइड बोराइड्स को आमतौर पर समूह 3 की धातुओं के साथ समूहीकृत किया जाता है जिनके साथ वे प्रतिक्रियाशीलता, स्टोइकोमेट्री और संरचना की कई समानताएं साझा करते हैं। सामूहिक रूप से इन्हें दुर्लभ पृथ्वी बोराइड्स कहा जाता है।[77]

लैंथेनाइड बोराइड्स के उत्पादन के कई तरीकों का उपयोग किया गया है, उनमें से तत्वों की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया; बोरॉन के साथ Ln2O3 का अपचयन; कार्बन के साथ बोरॉन ऑक्साइड, B2O3 और Ln2O3 का अपचयन; बोरॉन कार्बाइड, B4C के साथ धातु ऑक्साइड का अपचयन शामिल हैं।[77][78][79][80] उच्च शुद्धता वाले नमूने तैयार करना कठिन साबित हुआ है।[80] उच्च बोराइड्स के एकल क्रिस्टल कम गलनांक वाली धातु (जैसे Sn, Cu, Al) में उगाए गए हैं।[77]

डाइबोराइड्स, LnB2, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb और Lu के लिए रिपोर्ट किए गए हैं। सभी की संरचना समान, AlB2, संरचना है जिसमें बोरॉन परमाणुओं की एक ग्रेफाइटिक परत होती है। Tb, Dy, Ho और Er के लिए कम तापमान वाले लौहचुंबकीय संक्रमण होते हैं। TmB2 7.2 K पर लौहचुंबकीय है।[50]

टेट्राबोराइड्स, LnB4, EuB4 को छोड़कर सभी लैंथेनाइड्स के लिए रिपोर्ट किए गए हैं, सभी की संरचना समान UB4 संरचना है। संरचना में एक बोरॉन उप-जाल होता है जिसमें बोरॉन परमाणुओं द्वारा जुड़ी अष्टकोणीय B6 क्लस्टर की श्रृंखलाएं होती हैं। यूनिट सेल का आकार LaB4 से LuB4 तक क्रमिक रूप से घटता है। हल्के लैंथेनाइड्स के टेट्राबोराइड्स LnB6 में अपघटन के साथ पिघलते हैं।[80] EuB4 बनाने के प्रयास विफल रहे हैं।[79] LnB4 अच्छे सुचालक[77] और आमतौर पर प्रतिलौहचुंबकीय होते हैं।[50]

हेक्साबोराइड्स, LnB6, सभी लैंथेनाइड्स के लिए रिपोर्ट किए गए हैं। उन सभी की संरचना CaB6 संरचना है, जिसमें B6 क्लस्टर होते हैं। वे धनायन दोषों के कारण गैर-स्टोइकोमेट्रिक हैं। हल्के लैंथेनाइड्स (La – Sm) के हेक्साबोराइड्स बिना अपघटन के पिघलते हैं, EuB6 बोरॉन और धातु में अपघटित हो जाता है और भारी लैंथेनाइड्स YbB6 को छोड़कर LnB4 में अपघटित हो जाते हैं जो YbB12 बनाकर अपघटित होता है। स्थिरता को आंशिक रूप से लैंथेनाइड धातुओं के बीच अस्थिरता में अंतर से जोड़ा गया है।[80] EuB6 और YbB6 में धातुओं की ऑक्सीकरण अवस्था +2 होती है जबकि बाकी लैंथेनाइड हेक्साबोराइड्स में यह +3 होती है। यह चालकता में अंतर को तर्कसंगत बनाता है, LnIII हेक्साबोराइड्स में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में प्रवेश करते हैं। EuB6 एक अर्धचालक है और बाकी अच्छे सुचालक हैं।[50][80] LaB6 और CeB6 थर्मिओनिक उत्सर्जक हैं, जिनका उपयोग, उदाहरण के लिए, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में किया जाता है।[81]

डोडेकाबोरॉइड्स, LnB12, भारी छोटे लैंथेनाइड्स द्वारा बनाए जाते हैं, लेकिन हल्के बड़े धातुओं, La – Eu द्वारा नहीं। YbB12 (जहाँ Yb एक मध्यवर्ती संयोजकता लेता है और एक कोंडो कुचालक है) के अपवाद के साथ, डोडेकाबोरॉइड्स सभी धात्विक यौगिक हैं। उन सभी की संरचना UB12 संरचना है जिसमें क्यूबू-अष्टकोणीय B12 क्लस्टरों का एक त्रि-आयामी ढांचा होता है।[77]

उच्च बोराइड LnB66 सभी लैंथेनाइड धातुओं के लिए ज्ञात है। रचना अनुमानित है क्योंकि यौगिक गैर-स्टोइकोमेट्रिक हैं।[77] उन सभी की जटिल संरचना समान है जिसमें यूनिट सेल में 1600 से अधिक परमाणु हैं। बोरॉन क्यूबिक उप-जाल में सुपर-आइसोहेड्रा होते हैं जो 12 अन्य, B12(B12)12 से घिरे एक केंद्रीय B12 आइसोहेड्रॉन से बने होते हैं।[77] अन्य जटिल उच्च बोराइड्स LnB50 (Tb, Dy, Ho Er Tm Lu) और LnB25 ज्ञात हैं (Gd, Tb, Dy, Ho, Er) और इनमें बोरॉन ढांचे में बोरॉन आइसोहेड्रा होते हैं।[77]

ऑर्गनोमेटैलिक यौगिक

लैंथेनाइड-कार्बन σ बंध अच्छी तरह से ज्ञात हैं; हालाँकि चूंकि 4f इलेक्ट्रॉनों के परमाणु के बाहरी क्षेत्र में मौजूद होने की संभावना कम होती है, इसलिए बहुत कम प्रभावी ऑर्बिटल ओवरलैप होता है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण आयनिक चरित्र वाले बंध बनते हैं। इस प्रकार ऑर्गनो-लैंथेनाइड यौगिक कार्बोनियन-समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, जो संक्रमण धातु ऑर्गनोमेटैलिक यौगिकों में व्यवहार के विपरीत है। अपने बड़े आकार के कारण, लैंथेनाइड्स भारी लिगेंड्स के साथ अधिक स्थिर ऑर्गनोमेटैलिक डेरिवेटिव बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं ताकि Ln[CH(SiMe3)3] जैसे यौगिक मिल सकें।[82] यूरेनोसीन के एनालॉग्स डाइलथियोसाइक्लोओक्टाटेट्राएने, Li2C8H8 से प्राप्त होते हैं। कार्बनिक लैंथेनाइड(II) यौगिक भी ज्ञात हैं, जैसे Cp*2Eu।[39]

भौतिक गुण

लैंथेनाइड तत्वों के नमूने (प्रोमेथियम को छोड़कर)

चुंबकीय और स्पेक्ट्रोस्कोपिक

सभी ट्राइवेलेंट लैंथेनाइड आयनों में, लैंथेनम और ल्यूटेटियम को छोड़कर, अयुग्मित f इलेक्ट्रॉन होते हैं। (लिगेंड-से-धातु चार्ज ट्रांसफर के बावजूद La(III) यौगिकों में भी गैर-शून्य f-अधिभोग उत्पन्न हो सकता है।)[83] हालाँकि, चुंबकीय आघूर्ण स्पिन-ऑर्बिट कपलिंग के कारण स्पिन-ओनली मानों से काफी विचलित होते हैं। अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या 7 है, Gd3+ में, जिसका चुंबकीय आघूर्ण 7.94 B.M. है, लेकिन सबसे बड़े चुंबकीय आघूर्ण, 10.4–10.7 B.M. पर, Dy3+ और Ho3+ द्वारा प्रदर्शित किए जाते हैं। हालाँकि, Gd3+ में सभी इलेक्ट्रॉनों में समानांतर स्पिन होती है और यह गुण MRI स्कैन में कंट्रास्ट अभिकर्मक के रूप में गैडोलीनियम परिसरों के उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है।

10% परक्लोरिक एसिड में 4% होल्मियम ऑक्साइड का एक घोल, जिसे तरंग दैर्ध्य अंशांकन मानक के रूप में क्वार्ट्ज क्यूवेट में स्थायी रूप से फ्यूज किया गया है

क्रिस्टल फील्ड स्प्लिटिंग लैंथेनाइड आयनों के लिए काफी छोटी है और ऊर्जा स्तरों के संबंध में स्पिन-ऑर्बिट कपलिंग से कम महत्वपूर्ण है।[13] f ऑर्बिटल्स के बीच इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण लापोर्टे नियम द्वारा निषिद्ध है। इसके अलावा, f ऑर्बिटल्स की "दबी हुई" प्रकृति के कारण, आणविक कंपन के साथ कपलिंग कमजोर होती है। नतीजतन, लैंथेनाइड आयनों के स्पेक्ट्रा काफी कमजोर होते हैं और अवशोषण बैंड समान रूप से संकीर्ण होते हैं। होल्मियम ऑक्साइड युक्त ग्लास और होल्मियम ऑक्साइड समाधान (आमतौर पर परक्लोरिक एसिड में) में 200–900 nm की वर्णक्रमीय सीमा में तेज ऑप्टिकल अवशोषण चोटियां होती हैं और इनका उपयोग ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोफोटोमीटर के लिए तरंग दैर्ध्य अंशांकन मानक के रूप में किया जा सकता है,[84] और ये व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं।[85]

चूंकि f-f संक्रमण लापोर्टे-निषिद्ध हैं, एक बार इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाने के बाद, जमीनी अवस्था में क्षय धीमा होगा। यह उन्हें लेजर में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाता है क्योंकि यह पॉपुलेशन इनवर्जन को प्राप्त करना आसान बनाता है। Nd:YAG लेजर एक ऐसा लेजर है जिसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यूरोपियम-डोपेड यट्रियम वनाडेट पहला लाल फॉस्फोर था जिसने रंगीन टेलीविजन स्क्रीन के विकास को सक्षम बनाया।[86] लैंथेनाइड आयनों में उनके अद्वितीय 4f ऑर्बिटल्स के कारण उल्लेखनीय ल्यूमिनेसेंट गुण होते हैं। लापोर्टे निषिद्ध f-f संक्रमणों को एक बाध्य "एंटीना" लिगेंड के उत्तेजना द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। यह पूरे दृश्य, NIR और IR में तेज उत्सर्जन बैंड और अपेक्षाकृत लंबे ल्यूमिनेसेंस जीवनकाल की ओर ले जाता है।[87]

घटना

समार्स्काइट और समान खनिजों में समूह 4 और समूह 5 के तत्वों जैसे टैंटलम, नायोबियम, हाफनियम, जिरकोनियम, वैनेडियम और टाइटेनियम के साथ लैंथेनाइड्स होते हैं, जो अक्सर समान ऑक्सीकरण अवस्थाओं में होते हैं। मोनाजाइट कई समूह 3 + लैंथेनाइड + एक्टिनाइड धातुओं का एक फॉस्फेट है और विशेष रूप से थोरियम सामग्री और विशिष्ट दुर्लभ पृथ्वी, विशेष रूप से लैंथेनम, यट्रियम और सीरियम के लिए खनन किया जाता है। सीरियम और लैंथेनम के साथ-साथ दुर्लभ-पृथ्वी श्रृंखला के अन्य सदस्यों को अक्सर मिशमेटल नामक धातु के रूप में उत्पादित किया जाता है जिसमें सीरियम और लैंथेनम के साथ इन तत्वों का एक परिवर्तनशील मिश्रण होता है; इसके प्रत्यक्ष उपयोग जैसे लाइटर फ्लिंट और अन्य स्पार्क स्रोत हैं जिन्हें इनमें से किसी एक धातु के व्यापक शुद्धिकरण की आवश्यकता नहीं होती है।[14]

समूह-2 के तत्वों पर आधारित लैंथेनाइड-युक्त खनिज भी होते हैं, जैसे कि यिट्रोकैल्साइट, यिट्रोसेराइट और यिट्रोफ्लोराइट, जिनमें यिट्रियम, सीरियम, लैंथेनम और अन्य की मात्रा भिन्न-भिन्न होती है।[88] अन्य लैंथेनाइड-युक्त खनिजों में बैस्टनेसाइट, फ्लोरेंसाइट, चेरनोवाइट, पेरोव्स्काइट, जेनोटाइम, सेराइट, गैडोलिनाइट, लैंथेनाइट, फर्ग्यूसोनाइट, पॉलीक्रेज, ब्लोमस्ट्रैंडाइन, हॉलिनियसिट-(La), माइजेराइट, लोपराइट, लेपरसोनाइट-(Gd), यूक्सेनाइट शामिल हैं, जिनमें सापेक्ष तत्व सांद्रता की एक श्रृंखला होती है और इन्हें किसी प्रमुख तत्व द्वारा दर्शाया जा सकता है, जैसा कि मोनाज़ाइट-(Ce) में होता है। समूह 3 के तत्व पृथ्वी पर सोना, चांदी, टैंटलम और कई अन्य की तरह मूल-तत्व खनिजों के रूप में नहीं पाए जाते हैं, लेकिन ये चंद्र मृदा में मिल सकते हैं। सीरियम, लैंथेनम और संभवतः अन्य लैंथेनाइड्स के बहुत दुर्लभ हैलाइड, फेल्डस्पार और गार्नेट भी अस्तित्व में माने जाते हैं।[89]

लैंथेनाइड संकुचन उस महान भू-रासायनिक विभाजन के लिए जिम्मेदार है जो लैंथेनाइड्स को हल्के और भारी-लैंथेनाइड समृद्ध खनिजों में विभाजित करता है, जिनमें से बाद वाले लगभग अनिवार्य रूप से यिट्रियम से जुड़े होते हैं और उसी का प्रभुत्व होता है। यह विभाजन उन पहले दो "दुर्लभ मृदा" (rare earths) में परिलक्षित होता है जिनकी खोज की गई थी: यिट्रिया (1794) और सीरिया (1803)। भू-रासायनिक विभाजन ने पृथ्वी की पपड़ी (crust) में हल्के लैंथेनाइड्स को अधिक रखा है, लेकिन पृथ्वी के मेंटल में भारी सदस्यों को अधिक रखा है। परिणाम यह है कि हालांकि हल्के लैंथेनाइड्स से समृद्ध बड़े अयस्क-पिंड पाए जाते हैं, लेकिन भारी सदस्यों के लिए तदनुसार बड़े अयस्क-पिंड कम हैं। मुख्य अयस्क मोनाज़ाइट और बैस्टनेसाइट हैं। मोनाज़ाइट रेत में आमतौर पर सभी लैंथेनाइड तत्व होते हैं, लेकिन बैस्टनेसाइट में भारी तत्वों का अभाव होता है। लैंथेनाइड्स ओडो-हार्किन्स नियम का पालन करते हैं - विषम-क्रमांकित तत्व अपने सम-क्रमांकित पड़ोसियों की तुलना में कम प्रचुर मात्रा में होते हैं।

तीन लैंथेनाइड तत्वों में लंबे अर्ध-आयु काल वाले रेडियोधर्मी समस्थानिक (138La, 147Sm और 176Lu) होते हैं जिनका उपयोग पृथ्वी, चंद्रमा और उल्कापिंडों से खनिजों और चट्टानों की आयु निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।[90] प्रोमेथियम प्रभावी रूप से एक मानव-निर्मित तत्व है, क्योंकि इसके सभी समस्थानिक रेडियोधर्मी हैं और उनकी अर्ध-आयु 20 वर्ष से कम है।

अनुप्रयोग

औद्योगिक

लैंथेनाइड तत्वों और उनके यौगिकों के कई उपयोग हैं, लेकिन अन्य तत्वों की तुलना में खपत की मात्रा अपेक्षाकृत कम है। लगभग 15,000 टन/वर्ष लैंथेनाइड्स का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में और कांच के उत्पादन में किया जाता है। यह 15,000 टन लैंथेनाइड उत्पादन का लगभग 85% है। हालांकि, मूल्य के दृष्टिकोण से, फॉस्फोर और मैग्नेट में अनुप्रयोग अधिक महत्वपूर्ण हैं।[25]

जिन उपकरणों में लैंथेनाइड तत्वों का उपयोग किया जाता है उनमें अतिचालक, समैरियम-कोबाल्ट और नियोडिमियम-आयरन-बोरोन उच्च-फ्लक्स दुर्लभ-मृदा चुंबक, मैग्नीशियम मिश्र धातु, इलेक्ट्रॉनिक पॉलिशर, रिफाइनिंग उत्प्रेरक और हाइब्रिड कार के घटक (मुख्य रूप से बैटरी और चुंबक) शामिल हैं।[91] लैंथेनाइड आयनों का उपयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली ल्यूमिनेसेंट सामग्री में सक्रिय आयनों के रूप में किया जाता है, विशेष रूप से Nd:YAG लेजर में। एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर ऑप्टिकल-फाइबर संचार प्रणालियों में महत्वपूर्ण उपकरण हैं। लैंथेनाइड डोपेंट्स के साथ फॉस्फोर का व्यापक रूप से टेलीविजन सेट जैसी कैथोड-रे ट्यूब तकनीक में भी उपयोग किया जाता है। शुरुआती रंगीन टेलीविजन सीआरटी में लाल रंग की गुणवत्ता खराब थी; फॉस्फोर डोपेंट के रूप में यूरोपियम ने अच्छे लाल फॉस्फोर को संभव बनाया। यिट्रियम आयरन गार्नेट (YIG) गोले ट्यूनेबल माइक्रोवेव रेज़ोनेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं।

लैंथेनाइड ऑक्साइड को टंगस्टन के साथ मिलाया जाता है ताकि TIG वेल्डिंग के लिए उनके उच्च तापमान गुणों में सुधार किया जा सके, जो थोरियम की जगह लेता है, जिसके साथ काम करना थोड़ा खतरनाक था। कई रक्षा-संबंधी उत्पाद भी लैंथेनाइड तत्वों का उपयोग करते हैं जैसे कि नाइट-विज़न गॉगल्स और रेंजफाइंडर। कुछ एजिस सुसज्जित युद्धपोतों में उपयोग किए जाने वाले SPY-1 रडार, और 1s की हाइब्रिड प्रणोदन प्रणाली सभी महत्वपूर्ण क्षमताओं में दुर्लभ-मृदा चुंबकों का उपयोग करते हैं।[92] फ्लुइड कैटेलिटिक क्रैकिंग में उपयोग किए जाने वाले लैंथेनम ऑक्साइड की कीमत 2010 की शुरुआत में $5 प्रति किलोग्राम से बढ़कर जून 2011 में $140 प्रति किलोग्राम हो गई है।[93]

अधिकांश लैंथेनाइड्स का व्यापक रूप से लेजर में, और डोप्ड-फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों में (सह-)डोपेंट्स के रूप में उपयोग किया जाता है; उदाहरण के लिए, Er-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों में, जिनका उपयोग स्थलीय और पनडुब्बी फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन लिंक में रिपीटर के रूप में किया जाता है जो इंटरनेट ट्रैफ़िक ले जाते हैं। ये तत्व पराबैंगनी और अवरक्त विकिरण को विक्षेपित करते हैं और आमतौर पर धूप के चश्मे के लेंस के उत्पादन में उपयोग किए जाते हैं। अन्य अनुप्रयोगों को निम्नलिखित तालिका में संक्षेपित किया गया है:[94]

अनुप्रयोग प्रतिशत
उत्प्रेरक परिवर्तक (Catalytic converters) 45%
पेट्रोलियम रिफाइनिंग उत्प्रेरक 25%
स्थायी चुंबक 12%
कांच पॉलिशिंग और सिरेमिक 7%
धातुकर्म 7%
फॉस्फोर 3%
अन्य 1%

Gd(DOTA) कॉम्प्लेक्स का उपयोग मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग में किया जाता है।

कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) में इलेक्ट्रो-रिडक्शन के लिए, 90% से अधिक फैराडे दक्षता के साथ, एकल-परमाणु उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने वाले सभी लैंथेनाइड्स युक्त मिश्रणों का प्रस्ताव किया गया है।[95]

विकिरण प्रतिरोध

लैंथेनाइड्स के टाइटेनियम ऑक्साइड, Ln2Ti2O7, परमाणु कचरे के भंडारण में क्षमता रखते हैं। ये यौगिक रेडियोधर्मी एक्टिनाइड्स को शामिल कर सकते हैं और फिर भी विकिरण क्षति का विरोध कर सकते हैं। यह प्रतिरोध प्रत्येक लैंथेनाइड के महत्वपूर्ण अमोर्फाइजेशन तापमान पर निर्भर करता है। लैंथेनाइड आयनिक त्रिज्या घटने के साथ महत्वपूर्ण अमोर्फाइजेशन तापमान कम हो जाता है। नतीजतन, छोटी आयनिक त्रिज्या वाले लैंथेनाइड्स में बड़े लैंथेनाइड्स की तुलना में उच्च विकिरण प्रतिरोध होता है।[96][97]

जीवन विज्ञान

लैंथेनाइड कॉम्प्लेक्स का उपयोग ऑप्टिकल इमेजिंग के लिए किया जा सकता है। अनुप्रयोग कॉम्प्लेक्स की अस्थिरता द्वारा सीमित हैं।[98]

कुछ अनुप्रयोग लैंथेनाइड कीलेट्स या क्रिप्टेट्स के अद्वितीय ल्यूमिनेसेंस गुणों पर निर्भर करते हैं।[99][100] ये अपने बड़े स्टोक्स शिफ्ट और अधिक पारंपरिक फ्लोरोफोर्स (जैसे, फ्लोरेसिन, एलोफाइकोसायनिन, फाइकोएरिथ्रिन, और रोडामाइन) की तुलना में अत्यंत लंबे उत्सर्जन जीवनकाल (माइक्रोसेकंड से मिलीसेकंड तक) के कारण इस अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त हैं।

इन शोध अनुप्रयोगों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले जैविक तरल पदार्थ या सीरम में कई यौगिक और प्रोटीन होते हैं जो स्वाभाविक रूप से फ्लोरोसेंट होते हैं। इसलिए, पारंपरिक, स्थिर-अवस्था फ्लोरोसेंस माप का उपयोग परख संवेदनशीलता में गंभीर सीमाएं प्रस्तुत करता है। लैंथेनाइड्स जैसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले फ्लोरोफोर्स, समय-समाधान पहचान (उत्तेजना और उत्सर्जन पहचान के बीच एक देरी) के साथ संयुक्त होकर, त्वरित फ्लोरोसेंस हस्तक्षेप को कम करते हैं।

टाइम-रिज़ॉल्व्ड फ्लोरोमेट्री (TRF) के साथ फोर्स्टर रेजोनेंस एनर्जी ट्रांसफर (FRET) दवा खोज शोधकर्ताओं के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करता है: टाइम-रिज़ॉल्व्ड फोर्स्टर रेजोनेंस एनर्जी ट्रांसफर या TR-FRET। TR-FRET, TRF के कम पृष्ठभूमि पहलू को FRET के सजातीय परख प्रारूप के साथ जोड़ता है। परिणामी परख उच्च थ्रूपुट और कम गलत सकारात्मक/गलत नकारात्मक परिणामों के अलावा लचीलेपन, विश्वसनीयता और संवेदनशीलता में वृद्धि प्रदान करती है।

इस पद्धति में दो फ्लोरोफोर्स शामिल हैं: एक दाता और एक स्वीकर्ता। एक ऊर्जा स्रोत (जैसे फ्लैश लैंप या लेजर) द्वारा दाता फ्लोरोफोर्स (इस मामले में, लैंथेनाइड आयन कॉम्प्लेक्स) की उत्तेजना स्वीकर्ता फ्लोरोफोर्स को ऊर्जा हस्तांतरण उत्पन्न करती है यदि वे एक-दूसरे के निकटता (जिसे फोर्स्टर की त्रिज्या के रूप में जाना जाता है) के भीतर हैं। स्वीकर्ता फ्लोरोफोर्स बदले में अपनी विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करता है।

जीवन विज्ञान परख में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले दो लैंथेनाइड्स नीचे दिखाए गए हैं, साथ ही उनके संबंधित स्वीकर्ता डाई और उनकी उत्तेजना और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य और परिणामी स्टोक्स शिफ्ट (उत्तेजना और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य का पृथक्करण) दिखाए गए हैं।

दाता उत्तेजना⇒उत्सर्जन λ (nm) स्वीकर्ता उत्तेजना⇒उत्सर्जन λ (nm) स्टोक्स शिफ्ट (nm)
Eu3+ 340⇒615 एलोफाइकोसायनिन 615⇒660 320
Tb3+ 340⇒545 फाइकोएरिथ्रिन 545⇒575 235

संभावित चिकित्सा उपयोग

वर्तमान में शोध से पता चलता है कि लैंथेनाइड तत्वों का उपयोग कैंसर विरोधी एजेंटों के रूप में किया जा सकता है। इन अध्ययनों में लैंथेनाइड्स की मुख्य भूमिका कैंसर कोशिकाओं के प्रसार को रोकना है। विशेष रूप से सीरियम और लैंथेनम का कैंसर विरोधी एजेंटों के रूप में उनकी भूमिका के लिए अध्ययन किया गया है।

लैंथेनाइड समूह के विशिष्ट तत्वों में से एक जिसका परीक्षण और उपयोग किया गया है, वह सीरियम (Ce) है। ऐसे अध्ययन हुए हैं जो कैंसर कोशिकाओं पर सीरियम के प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए प्रोटीन-सीरियम कॉम्प्लेक्स का उपयोग करते हैं। आशा यह थी कि कोशिका प्रसार को रोका जाए और साइटोटॉक्सिसिटी को बढ़ावा दिया जाए।[101] कैंसर कोशिकाओं में ट्रांसफेरिन रिसेप्टर्स, जैसे कि स्तन कैंसर कोशिकाओं और उपकला गर्भाशय ग्रीवा कोशिकाओं में, कोशिका प्रसार और कैंसर की दुर्दमता को बढ़ावा देते हैं।[101] ट्रांसफेरिन एक प्रोटीन है जिसका उपयोग कोशिकाओं में आयरन ले जाने के लिए किया जाता है और कैंसर कोशिकाओं को डीएनए प्रतिकृति में सहायता करने के लिए इसकी आवश्यकता होती है। ट्रांसफेरिन कैंसर कोशिकाओं के लिए एक विकास कारक के रूप में कार्य करता है और आयरन पर निर्भर है। कैंसर कोशिकाओं में सामान्य कोशिकाओं की तुलना में ट्रांसफेरिन रिसेप्टर्स का स्तर बहुत अधिक होता है और वे अपने प्रसार के लिए आयरन पर बहुत निर्भर होती हैं।[101]

मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग (MRI) के क्षेत्र में, गैडोलीनियम युक्त यौगिकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।[102]

कौमारिन और उसके संबंधित यौगिकों के साथ लैंथेनाइड्स की फोटोबायोलॉजिकल विशेषताएं, कैंसर विरोधी, एंटी-ल्यूकेमिया और एंटी-एचआईवी गतिविधियां कॉम्प्लेक्स की जैविक गतिविधियों द्वारा प्रदर्शित की जाती हैं।[103]

सीरियम ने आयरन के साथ संरचना और जैव रसायन में अपनी समानताओं के कारण कैंसर विरोधी एजेंट के रूप में परिणाम दिखाए हैं। सीरियम ट्रांसफेरिन पर आयरन के स्थान पर बंध सकता है और फिर ट्रांसफेरिन-रिसेप्टर मध्यस्थता एंडोसाइटोसिस द्वारा कैंसर कोशिकाओं में लाया जा सकता है।[101] आयरन के स्थान पर ट्रांसफेरिन से जुड़ने वाला सीरियम कोशिका में ट्रांसफेरिन गतिविधि को रोकता है। यह कैंसर कोशिकाओं के लिए एक विषाक्त वातावरण बनाता है और कोशिका वृद्धि में कमी का कारण बनता है। यह कैंसर कोशिकाओं पर सीरियम के प्रभाव के लिए प्रस्तावित तंत्र है, हालांकि वास्तविक तंत्र अधिक जटिल हो सकता है कि सीरियम कैंसर कोशिका प्रसार को कैसे रोकता है। विशेष रूप से इन विट्रो में अध्ययन की गई HeLa कैंसर कोशिकाओं में, सीरियम उपचार के 48 से 72 घंटों के बाद कोशिका व्यवहार्यता कम हो गई थी। केवल सीरियम के साथ उपचारित कोशिकाओं में कोशिका व्यवहार्यता में कमी आई, लेकिन सीरियम और ट्रांसफेरिन दोनों के साथ उपचारित कोशिकाओं में सेलुलर गतिविधि के लिए अधिक महत्वपूर्ण निषेध था।[101]

एक अन्य विशिष्ट तत्व जिसका परीक्षण और कैंसर विरोधी एजेंट के रूप में उपयोग किया गया है, वह लैंथेनम है, विशेष रूप से लैंथेनम क्लोराइड (LaCl3)। लैंथेनम आयन का उपयोग कोशिका चक्र के दौरान कोशिका में let-7a और microRNAs miR-34a के स्तर को प्रभावित करने के लिए किया जाता है। जब लैंथेनम आयन को इन विवो या इन विट्रो में कोशिका में पेश किया गया, तो इसने कैंसर कोशिकाओं (विशेष रूप से गर्भाशय ग्रीवा कैंसर कोशिकाओं) के तेजी से विकास को रोका और एपोप्टोसिस को प्रेरित किया। यह प्रभाव लैंथेनम आयनों द्वारा let-7a और microRNAs के विनियमन के कारण हुआ था।[104] इस प्रभाव का तंत्र अभी भी स्पष्ट नहीं है लेकिन यह संभव है कि लैंथेनम सीरियम के समान तरीके से कार्य कर रहा हो और कैंसर कोशिका प्रसार के लिए आवश्यक लिगैंड से जुड़ रहा हो।

जैविक प्रभाव

पृथ्वी की पपड़ी में उनके विरल वितरण और कम जलीय घुलनशीलता के कारण, लैंथेनाइड्स की जैवमंडल में उपलब्धता कम है, और लंबे समय तक यह ज्ञात नहीं था कि वे स्वाभाविक रूप से किसी जैविक अणु का हिस्सा बनते हैं। 2007 में एक उपन्यास मेथनॉल डिहाइड्रोजनेज की खोज की गई थी जो सख्ती से लैंथेनाइड्स का उपयोग एंजाइमेटिक कोफ़ैक्टर्स के रूप में करता है, जो वेरुकोमाइक्रोबियोटा संघ के एक जीवाणु, Methylacidiphilum fumariolicum में पाया गया था। यह जीवाणु केवल तभी जीवित पाया गया जब पर्यावरण में लैंथेनाइड्स मौजूद हों।[105] अधिकांश अन्य गैर-आहार तत्वों की तुलना में, गैर-रेडियोधर्मी लैंथेनाइड्स को कम विषाक्तता वाला वर्गीकृत किया गया है।[25] यही पोषण संबंधी आवश्यकता Methylorubrum extorquens और Methylobacterium radiotolerans में भी देखी गई है।

यह भी देखें

संदर्भ

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उद्धृत स्रोत

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बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Lanthanide" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Lanthanide यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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