Seltene Erden

Die Seltenen Erden, Seltenerdelemente (SEE) oder auch Seltenerdmetalle sind die Bezeichnungen für eine Gruppe chemischer Elemente, zu denen laut IUPAC-Nomenklatur [1] neben den 15 Lanthanoiden die Elemente Scandium und Yttrium gezählt werden.

Andere Definitionen und Autoren bezeichnen nur die Lanthanoide (Ln, 4f-Metalle, OZ 58 bis 71) als Seltenerdmetalle: Die Auffüllung der inneren 4f-Schale mit 14 Elektronen vom Cer bis zum Lutetium (Innere Übergangselemente) hat wenig Einfluss auf die chemischen Eigenschaften dieser Elemente und bedingt die große chemische Ähnlichkeit dieser Metalle [2].

Eigenschaften der Seltenerdmetalle

Name	Symbol	OZ	Atommasse	Smp.	Sdp.	Dichte	Atomradius	Kov. Radius	Metallradius	Atomvolumen	Kristallstruktur
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Scandium	Sc	21	44,955908(5)	1541 °C	2830 °C	2,985 g cm^-3	184 pm	170 pm	164 pm	15,04 cm³/mol	α-Sc: hdp
Yttrium	Y	39	88,90584(2)	1526 °C	3336 °C	4,472 g cm^-3	212 pm	190 pm	180 pm	19,89 cm³/mol	α-Y: hdp
Lanthan	La	57	138,90547(7)	920 °C	3470 °C	6,162 g cm^-3		207 pm	188 pm	22,60 cm³/mol	α-La: dhdp
Cer	Ce	58	140,116(1)	795 °C	3360 °C	6,770 g cm^-3		185 pm	183 pm	20,70 cm³/mol	γ-Ce: kfz
Praseodym	Pr	59	140,90766(2)	935 °C	3290 °C	6,77 g cm^-3	247 pm	203 pm	183 pm	20,80 cm³/mol	α-Pr: dhdp
Neodym	Nd	60	144,242(3)	1024 °C	3100 °C	7,01 g cm^-3	206 pm	201 pm	182 pm	20,58 cm³/mol	α-Nd: dhdp
Promethium	Pm	61	[145]	1080 °C	3000 °C	7,26 g cm^-3	205 pm	199 pm	181 pm	20,24 cm³/mol	α-Pm: dhdp
Samarium	Sm	62	150,36(2)	1072 °C	1803 °C	7,52 g cm^-3	238 pm	198 pm	180 pm	20,00 cm³/mol	α-Sm: rhom
Europium	Eu	63	151,964(1)	826 °C	1527 °C	5,244 g cm^-3	231 pm	198 pm	204 pm	28,89 cm³/mol	krz
Gadolinium	Gd	64	157,25(3)	1312 °C	3250 °C	7,90 g cm^-3	233 pm	196 pm	180 pm	19,90 cm³/mol	α-Gd: hdp
Terbium	Tb	65	158,92535(2)	1356 °C	3230 °C	8,23 g cm^-3	225 pm	194 pm	178 pm	19,31 cm³/mol	α-Tb: hdp
Dysprosium	Dy	66	162,500(1)	1407 °C	2567 °C	8,5 g cm^-3	228 pm	192 pm	177 pm	19,004 cm³/mol	α-Dy: hdp
Holmium	Ho	67	164,93033(2)	1461 °C	2720 °C	8,79 g cm^-3		192 pm	177 pm	18,752 cm³/mol	hdp
Erbium	Er	68	167,259(3)	1529 °C	2868 °C	9,066 g cm^-3	226 pm	189 pm	176 pm	18,449 cm³/mol	hdp
Thulium	Tm	69	168,93422(2)	1545 °C	1950 °C	9,32 g cm^-3	222 pm	190 pm	175 pm	18,124 cm³/mol	hdp
Ytterbium	Yb	70	173,045(10)	824 °C	1196 °C	6,90 g cm^-3	222 pm	187 pm	194 pm	24,841 cm³/mol	β-Yb: kfz
Lutetium	Lu	71	174,9668(1)	1652 °C	3402 °C	9,84 g cm^-3	217 pm	187 pm	173 pm	17,779 cm³/mol	hdp

Abkürzungen und Anmerkungen:

- Spalte 03: OZ = Ordnungszahl (Atomnummer, Kernladungszahl, Protonenzahl).
- Spalte 04: Atomgewichte: Erläuterungen siehe unter Atommassen.
- Spalte 05: Smp. = Schmelzpunkt.
- Spalte 06: Sdp. = Siedepunkt.
- Spalte 07: Dichteangaben für 20 °C (Raumtemperatur).
- Spalte 08: Atomradien, Quelle [3].
- Spalte 09: Kovalenzradien, Quelle [4].
- Spalte 10 und Spalte 11: Angaben bezogen auf die in Spalte 12 angegebenen Modifikationen bei einer Temperatur von 24 °C.
- Spalte 12: hdp = hexagonal dichteste Packung; dhdp = doppelt hexagonal dichteste Packung; kfz = kubisch-flächenzentriert; krz = kubisch-raumzentriert; rhom = rhomboedrisch.

Elektronenkonfigurationen

Tabelle mit den Elektronenkonfigurationen der Seltenerdelemente, den 1. bis 4. Ionisierungsenergien IE in kJ/mol sowie den Elektronegativitäten EN nach Pauling; OZ = Ordnungszahl:

Name	Symbol	OZ	EN	1. IE	2. IE	3. IE	4. IE	1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	6s	6p
Scandium	Sc	21	1,36	633,09	1234,99	2388,65	7091	2	2	6	2	6	1	2
Yttrium	Y	39	1,22	599,88	1179,44	1979,88	5847	2	2	6	2	6	10	2	6	1		2
Lanthan	La	57	1,10	538,09	1067,03	1850,33	4819	2	2	6	2	6	10	2	6	10		2	6	1		2
Cer	Ce	58	1,12	534,40	1046,87	1948,81	3547	2	2	6	2	6	10	2	6	10	1	2	6	1		2
Praseodym	Pr	59	1,13	528,06	1017,92	2086,40	3761	2	2	6	2	6	10	2	6	10	2	2	6	1		2
Neodym	Nd	60	1,14	533,08	1034,32	2132,33	3898	2	2	6	2	6	10	2	6	10	3	2	6	1		2
Promethium	Pm	61	1,13	538,58	1051,69	2151,62	3966	2	2	6	2	6	10	2	6	10	4	2	6	1		2
Samarium	Sm	62	1,17	544,53	1068,09	2257,76	3994	2	2	6	2	6	10	2	6	10	5	2	6	1		2
Europium	Eu	63	1,20	547,11	1085,46	2404,41	4120	2	2	6	2	6	10	2	6	10	6	2	6	1		2
Gadolinium	Gd	64	1,20	593,37	1166,51	1990,49	4245	2	2	6	2	6	10	2	6	10	7	2	6	1		2
Terbium	Tb	65	1,20	565,77	1111,51	2113,99	3839	2	2	6	2	6	10	2	6	10	8	2	6	1		2
Dysprosium	Dy	66	1,22	573,01	1125,98	2199,86	4001	2	2	6	2	6	10	2	6	10	9	2	6	1		2
Holmium	Ho	67	1,23	580,98	1138,53	2203,72	4101	2	2	6	2	6	10	2	6	10	10	2	6	1		2
Erbium	Er	68	1,24	589,30	1151,07	2194,08	4120	2	2	6	2	6	10	2	6	10	11	2	6	1		2
Thulium	Tm	69	1,25	596,70	1162,65	2284,77	4120	2	2	6	2	6	10	2	6	10	12	2	6	1		2
Ytterbium	Yb	70	1,10	603,43	1174,81	2416,96	4203	2	2	6	2	6	10	2	6	10	13	2	6	1		2
Lutetium	Lu	71	1,27	523,52	1341,15	2022,27	4366	2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	1		2

Ionen der Seltenerdelemente

	Sc	Y	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
Die Seltenerdelemente treten in Verbindungen vorzugsweise in der Oxidationsstufe +III auf:
SEE(III)	Sc³⁺	Y³⁺	La³⁺	Ce³⁺	Pr³⁺	Nd³⁺	Pm³⁺	Sm³⁺	Eu³⁺	Gd³⁺	Tb³⁺	Dy³⁺	Ho³⁺	Er³⁺	Tm³⁺	Yb³⁺	Lu³⁺
Ionenradien [7] der SEE³⁺ bzw. Ln³⁺-Ionen, bezogen auf die Koordinationszahl KoZ in pm:
KoZ=6	74,5	90	103,2	101	99	98,3	97	95,8	94,7	93,8	92,3	91,2	90,1	89	88	86,8	86,1
KoZ=7		96	110	107				102	101	100	98	97		94,5		92,5
KoZ=8	87	101,9	116	114,3	112,6	110,9	109,3	107,9	106,6	105,3	104	102,7	101,5	100,4	99,4	98,5	97,7
KoZ=9		107,5	121,6	119,6	117,9	116,3	114,4	113,2	112	110,7	109,5	108,3	107,2	106,2	105,2	104,2	103,2
KoZ=10			127	125									112
KoZ=12			136	134		127		124
Weitere Oxidationsstufen mit den entsprechenden Ionenradien in pm [7]:
				+ IV	+ IV	+ II		+ II	+ II		+ IV	+ II			+ II	+ II
KoZ = 6				87	85				117		76	107			103	102
KoZ = 7								122	120			113			109	108
KoZ = 8				97	96	129		127	125		88	119				114
KoZ = 9						135		132	130
KoZ = 10				107					135
KoZ = 12				114

Normalpotentiale

Die Elektrochemische Spannungsreihe der Seltenerdmetalle bzw. der Lanthanoide bezogen auf die Normal-Wasserstoffelektrode bei 25 °C:

E⁰ (V)	Name	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox	Anmerkung
+ 3,2	Pr	+ IV	Praseodym(IV)-Kation	Pr⁴⁺	+ e^-	⇔	Pr³⁺	Praseodym(III)-Kation	+ III
+ 3,1	Tb	+ IV	Terbium(IV)-Kation	Tb⁴⁺	+ e^-	⇔	Tb³⁺	Terbium(III)-Kation	+ III
+ 1,72	Ce	+ IV	Cer(IV)-Kation	Ce⁴⁺	+ e^-	⇔	Ce³⁺	Cer(III)-Kation	+ III
0,0000	H	+ I	Proton	2 H⁺	+ 2 e^-	⇔	H₂ (g)	Wasserstoff	0
- 0,36	Eu	+ III	Europium(III)-Kation	Eu³⁺	+ e^-	⇔	Eu²⁺	Europium(II)-Kation	+ II
- 1,05	Yb	+ III	Ytterbium(III)-Kation	Yb³⁺	+ e^-	⇔	Yp²⁺	Ytterbium(II)-Kation	+ II
- 1,55	Sm	+ III	Samarium(III)-Kation	Sm³⁺	+ e^-	⇔	Sm²⁺	Samarium(II)-Kation	+ II
- 1,991	Eu	+ III	Europium(III)-Kation	Eu³⁺	+ 3 e^-	⇔	Eu	Europium	0
- 2,0	Pr	+ II	Praseodym(II)-Kation	Pr²⁺	+ 2 e^-	⇔	Pr	Praseodym	0
- 2,0	Er	+ II	Erbium(II)-Kation	Er²⁺	+ 2 e^-	⇔	Er	Erbium	0
- 2,077	Sc	+ III	Scandium(III)-Kation	Sc³⁺	+ 3 e^-	⇔	Sc	Scandium	0
- 2,1	Nd	+ II	Neodym(II)-Kation	Ne²⁺	+ 2 e^-	⇔	Nd	Neodym	0
- 2,1	Ho	+ II	Holmium(II)-Kation	Ho²⁺	+ 2 e^-	⇔	Ho	Holmium	0
- 2,19	Yb	+ III	Ytterbium(III)-Kation	Yb³⁺	+ 3 e^-	⇔	Yb	Ytterbium	0
- 2,2	Dy	+ II	Dysprosium(II)-Kation	Dy²⁺	+ 2 e^-	⇔	Dy	Dysprosium	0
- 2,2	Pm	+ II	Promethium(II)-Kation	Pm²⁺	+ 2 e^-	⇔	Pm	Promethium	0
- 2,279	Gd	+ III	Gadolinium(III)-Kation	Gd³⁺	+ 3 e^-	⇔	Gd	Gadolinium	0
- 2,28	Tb	+ III	Terbium(III)-Kation	Tb³⁺	+ 3 e^-	⇔	Tb	Terbium	0
- 2,379	Lu	+ III	Lutetium(III)-Kation	Lu³⁺	+ 3 e^-	⇔	Lu	Lutetium	0
- 2,295	Dy	+ III	Dysprosium(III)-Kation	Dy³⁺	+ 3 e^-	⇔	Dy	Dysprosium	0
- 2,30	Pm	+ III	Promethium(III)-Kation	Pm³⁺	+ 3 e^-	⇔	Pm	Promethium	0
- 2,3	Tm	+ III	Thulium(III)-Kation	Tm³⁺	+ e^-	⇔	Tm²⁺	Thulium(II)-Kation	+ II
- 2,304	Sm	+ III	Samarium(III)-Kation	Sm³⁺	+ 3 e^-	⇔	Sm	Samarium	0
- 2,319	Tm	+ III	Thulium(III)-Kation	Tm³⁺	+ 3 e^-	⇔	Tm	Thulium	0
- 2,331	Er	+ III	Erbium(III)-Kation	Er³⁺	+ 3 e^-	⇔	Er	Erbium	0
- 2,323	Nd	+ III	Neodym(III)-Kation	Ne³⁺	+ 3 e^-	⇔	Nd	Neodym	0
- 2,33	Ho	+ III	Holmium(III)-Kation	Ho³⁺	+ 3 e^-	⇔	Ho	Holmium	0
- 2,336	Ce	+ III	Cer(III)-Kation	Ce³⁺	+ 3 e^-	⇔	Ce	Cer	0
- 2,353	Pr	+ III	Praseodym(III)-Kation	Pr³⁺	+ 3 e^-	⇔	Pr	Praseodym	0
- 2,372	Y	+ III	Yttrium(III)-Kation	Y³⁺	+ 3 e^-	⇔	Y	Yttrium	0
- 2,379	La	+ III	Lanthan(III)-Kation	La³⁺	+ 3 e^-	⇔	La	Lanthan	0
- 2,4	Tm	+ II	Thulium(II)-Kation	Tm²⁺	+ 2 e^-	⇔	Tm	Thulium	0
- 2,6	Dy	+ III	Dysprosium(III)-Kation	Dy³⁺	+ e^-	⇔	Dy²⁺	Dysprosium(II)-Kation	+ II
- 2,6	Pm	+ III	Promethium(III)-Kation	Pm³⁺	+ e^-	⇔	Pm²⁺	Promethium(II)-Kation	+ II
- 2,68	Sm	+ II	Samarium(II)-Kation	Sm²⁺	+ 2 e^-	⇔	Sm	Samarium	0
- 2,7	Nd	+ III	Neodym(III)-Kation	Nd³⁺	+ e^-	⇔	Nd²⁺	Neodym(II)-Kation	+ II
- 2,76	Yb	+ II	Ytterbium(II)-Kation	Yb²⁺	+ 2 e^-	⇔	Yb	Ytterbium	0
- 2,8	Ho	+ III	Holmium(III)-Kation	Ho³⁺	+ e^-	⇔	Ho²⁺	Holmium(II)-Kation	+ II
- 2,812	Eu	+ II	Europium(II)-Kation	Eu²⁺	+ 2 e^-	⇔	Eu	Europium	0
- 2,90	La	+ III	Lanthanhydroxid	La(OH)₃	+ 3 e^-	⇔	La + 3 OH^-	Lanthan	0
- 3,0	Er	+ III	Erbium(III)-Kation	Er³⁺	+ e^-	⇔	Er²⁺	Erbium(II)-Kation	+ II
- 3,1	Pr	+ III	Praseodym(III)-Kation	Pr³⁺	+ e^-	⇔	Pr²⁺	Praseodym(II)-Kation	+ II

Geochemie der Seltenerdmetalle

Die nachfolgende Übersicht zeigt einige geochemische bzw. geologische Daten der Seltenen Erden: Das Vorkommen der Seltenerdmetalle [in ppm] in der Erdkruste [mg/kg], im oberflächennahen Meerwasser und in CI-Chondriten (Orgueil-Meteorit, ppm Masse) als Wert für das solare Vorkommen [5, 6].

Die Isotope und Isotopenverteilungen der Seltenen Erden sind auf gesonderten Seiten dargestellt [Spalte 6]. Ebenso einige Seltenerdmineralien mit Angaben über die Zusammensetzung und den prozentualen Anteilen [Spalte 7].

Eine Liste der Seltenerdelement-Mineralien bzw. Lanthanoid-Mineralien mit den Anteilen der einzelnen Elemente ist unter Seltenerd-Mineralien dargestellt.

Symbol	OZ	Erdkruste	Meerwasser	CI-Chondrite	Isotope	Ergiebige Lagerstätten	Mineralien
1	2	3	4	5	6	7	8
Sc	21	22 ppm	0,0000006 mg/l	5,9 ppm	Sc-Isotope	Russland, China: Erze, U-Erzaufarbeitung.	Scandium-Mineralien
Y	39	33 ppm	0,000013 mg/l	1,53 ppm	Y-Isotope	China, Brasilien, Indien, USA: Yttererden, Uranerze, Monazit, Xenotim.	Yttrium-Mineralien
La	57	39 ppm	0,0000034 mg/l	0,242 ppm	La-Isotope	China, USA, DR Kongo, Madagaskar: Bastnäsit; Australien, Südafrika, Brasilien, Malawi, Türkei, USA: Monazit; Australien, Brasilien, Indonesien, Malaysia, Thailand: Xenotim.
Ce	58	66,5 ppm	0,0000012 mg/l	0,622 ppm	Ce-Isotope
Pr	59	9,2 ppm	0,00000064 mg/l	0,0946 ppm	Pr-Isotope
Nd	60	41,5 ppm	0,0000028 mg/l	0,471 ppm	Nd-Isotope
Pm	61	-	-	-	Pm-Isotope	Nur in Spuren als U- und Eu-Zerfallsprodukt
Sm	62	7,05 ppm	0,00000045 mg/l	0,152 ppm	Sm-Isotope		Samariumhaltige Mineralien
Eu	63	2,0 ppm	0,00000013 mg/l	0,0578 ppm	Eu-Isotope
Gd	64	6,2 ppm	0,0000007 mg/l	0,205 ppm	Gd-Isotope
Tb	65	1,2 ppm	0,00000014 mg/l	0,0384 ppm	Tb-Isotope		Terbiumhaltige Mineralien
Dy	66	5,2 ppm	0,00000091 mg/l	0,255 ppm	Dy-Isotope
Ho	67	1,3 ppm	0,00000022 mg/l	0,0572 ppm	Ho-Isotope
Er	68	3,5 ppm	0,00000087 mg/l	0,163 ppm	Er-Isotope
Tm	69	0,52 ppm	0,00000017 mg/l	0,0261 ppm	Tm-Isotope
Yb	70	3,2 ppm	0,00000082 mg/l	0,169 ppm	Yb-Isotope
Lu	71	0,8 ppm	0,00000015 mg/l	0,0253 ppm	Lu-Isotope

Quellen und weitere Informationen

[1] - Neil G. Conelly et al. (Herausgeber):
Nomenclature of Inorganic Chemistry.
IUPAC Recommendations, (2005), ISBN 0854044388.

[2] - Nils Wiberg, Egon Wiberg, Arnold Fr. Hollemann:
Lehrbuch der Anorganischen Chemie.
deGruyter, 102. Auflage, (2007), ISBN 3110177706.

[3] - E. Clementi, D. L. Raimondi, W. P. Reinhardt:
Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons.
J. Chem. Phys., (1967), DOI 10.1063/1.1712084.

[4] - Beatriz Cordero et al.:
Covalent radii revisited.
Dalton Transactions, (2008), DOI 10.1039/B801115J.

[5] - H. Palme, A. Jones in
Treatise On Geochemistry: Meteorites, Comets and Planets.
Elsevier, (2003), ISBN 0080443362 (Volume 1), ISBN 0080437516 (komplette Ausgabe).

[6] - K. Lodders, H. Palme, H.-P. Gail:
Abundances of the elements in the solar system.
SpringerMaterials, The Landolt-Börnstein Database, (2009), DOI 10.1007/978-3-540-88055-4_34.

[7] - R. D. Shannon:
Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides.
Acta Crystallographica Section A, Volume 32, Part 5, (1976), DOI 10.1107/S0567739476001551.

Kategorie: Chemische Elemente.

Aktualisiert am 14. Mai 2020.

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