Lanthanoide

Ein Jahrhundert der Trennung

Die Geschichte der Lanthanoide beginnt 1787 mit einem schwarzen Gestein aus einem Steinbruch in Ytterby bei Stockholm. Johan Gadolin fand darin 1794 eine neue Erde, und in den folgenden 120 Jahren entdeckten Chemiker, dass diese Erde und eine weitere namens Ceria Gemische aus mehr als einem Dutzend nahezu identischer Elemente waren.

Um sie zu trennen, musste man dasselbe Material Hunderte oder Tausende Male lösen und umkristallisieren, wobei jeder Schritt ein Element nur ganz geringfügig anreicherte. Viele vermeintliche Entdeckungen erwiesen sich als Gemische. Erst nach Henry Moseleys Röntgenuntersuchungen von 1913 konnten Chemiker genau sagen, wie viele Lanthanoide es geben musste.

Warum sie einander so ähnlich sind

Von Lanthan bis Lutetium kommt jedes neue Elektron in die 4f-Unterschale, die tief im Inneren des Atoms unter den äußeren Elektronen liegt. Die äußeren Elektronen, die das chemische Verhalten bestimmen, ändern sich kaum, deshalb verhalten sich die Lanthanoide nahezu gleich und bilden fast alle dreifach positive Ionen.

Ganz unsichtbar sind die 4f-Elektronen allerdings nicht. Sie verleihen vielen Lanthanoid-Ionen scharfe Farben und starken Magnetismus, und sie lassen die Atome entlang der Reihe etwas kleiner werden – ein Effekt namens Lanthanoidenkontraktion, der auch die Chemie der darunterliegenden Elemente prägt.

Seltene Erden in moderner Technik

Trotz ihres Namens sind die meisten Seltenen Erden gar nicht selten: Cer ist etwa so häufig wie Kupfer. „Selten“ sind sie insofern, als sie verstreut vorkommen und schwer anzureichern und zu reinigen sind. Heute sind sie für die moderne Technik unentbehrlich.

• Neodym, zusammen mit Dysprosium: die stärksten Permanentmagnete, in Elektromotoren von Autos, Windkraftanlagen und Kopfhörern
• Europium und Terbium: rote und grüne Leuchtstoffe in Bildschirmen und Energiesparlampen
• Erbium: Verstärker in den Glasfaserkabeln, über die das Internet läuft
• Cer: Glaspolitur und Abgaskatalysatoren
• Gadolinium: Kontrastmittel für MRT-Untersuchungen

Bergbau und Versorgung

Der Großteil der weltweiten Seltenen Erden wird in China abgebaut und verarbeitet, was sie für viele Länder zu einer strategischen Frage macht. Beim Abbau können radioaktive Thorium- und Uranrückstände anfallen, und neue Lagerstätten und Recyclingverfahren werden entwickelt, um sowohl die Umwelt- als auch die Versorgungsrisiken zu verringern.