Lantanoid dan Aktinoid

Lantanoid dan aktinoid adalah unsur-unsur transisi blok f, sifat-sifatya berbeda secara signifikan dengan unsur-unsur transisi blok d.  Unsur-unsur ini ditempatkan terpisah dalam tabel periodik untuk menunjukkan bahwa keperiodikan struktur elektroniknya berbeda dengan umumnya unsur lain. Walaupun lantanoid disebut unsur tanah jarang, kelimpahannya di kerak bumi tidak sedikit dan kimia penggunaan sifat-sifat lantanoid yang unik sangat mungkin akan berkembang cepat dalam waktu yang tidak terlalu lama. Aktinoid sangat erat dengan kimia dan energi nuklir.  Karena jumlah unsur superberat “yang disintesis” dalam akselerator sangat kecil, unsur-unsur ini sangat tidak signifikan dalam pandangan kimia terapan.
Lantanoid
Lima belas unsur yang ditunjukkan dalam Tabel 7.1 dari lantanum, La (4f), sampai lutetium, Lu (4f⁴), merupakan lantanoid.  Ln biasanya digunaan sebagai simbol umum unsur-unsur lantanoid. Walaupun lantanoid, bersama dengan skandium, Sc, dan ytrium, Y, sering disebut unsur-unsur tanah jarang, unsur-unsur ini relatif melimpah di kerak bumi. Kecuali prometium, Pm, yang membentuk isotop stabil, bahkan yang paling kecil kelimpahannya tulium, Tm, dan lutetium, Lu, kelimpahannya sama dengan kelimpahan iodin.  Karena lantanoid memiliki sifat yang sangat mirip dan sukar dipisahkan satu sama lain, di waktu yang lalu unsur-unsur ini belum banyak dimanfaatkan dalam riset dasar dan terapan, jadi nama tanah jarang berasal dari fakta ini. Karena adanya metoda ekstraksi pelarut cair-cair dengan menggunakan tributilfosfin oksida sejak tahun 1960-an, unsur-unsur lantanoid menjadi mudah didapat dan mulai banyak dimanfaatkan tidak hanya untuk riset dasar tetapi juga dalam material seperti dalam paduan logam, katalis, laser, tabung sinar katoda, dsb.

Karena entalpi ionisasi tiga tahap unsur lantanoid cukup rendah, unsur-unsur ini membentuk kation trivalen. Sebagian besar senyawa lantanoid kecuali senyawa Ce⁴⁺(4f⁰), Eu2+(4f⁷) dan Yb²⁺(4f¹⁴⁾ biasanya lantanoidnya berupa ion Ln³⁺. Ln³⁺ adalah asam keras, dan karena elektron f terpendam jauh dan tidak digunakan dalam ikatan, elektron-elektron f ini hampir tidak dipengaruhi ligan. Ada kecenderungan jari-jari atom dan ion lantanoid menurun dengan kenaikan nomor atom, dan fenomena ini disebut kontraksi lantanida. Kontraksi ini disebabkan kecilnya efek perisai elektron 4f, yang menyebabkan inti atom menarik elektron dengan kuat dengan meningkatnya nomor atom.
Kompleks logam lantanoid biasanya berkoordinasi antara 6-12 dan khususnya banyak yang berkoordinasi 8 dan 9. Senyawa organologam dengan ligan siklopentadienil jenis Cp3Ln atau Cl2LnX juga dikenal, semua senyawa ini sangat reaktif pada oksigen atau air
Aktinoid
Lima belas unsur dari aktinium, Ac, sampai lawrensium, Lr, disebut dengan aktinoid (Tabel 7.2). Simbol umum untuk unsur-unsur ini adalah An.  Semua unsur aktinoid bersifat radioaktif dan sangat beracun. Di alam aktinoid yang ada  dalam jumlah yang cukup adalah torium, Th, protaktinium, Pa dan uranium, U. Unsur-unsur tadi diisolasi dari bijihnya dan digunakan dalam berbagai aplikasi. Logam plutonium, Pu, diproduksi dalam jumlah besar dan efisiensi ekonomisnya dan keamanan penggunaannya sebagai bahan bakar reaktor nuklir dan reaktor pembiak saat ini sedang banyak dipelajari.  Untuk unsur yang lebih berat dari amerisium, Am, karena jumlah yang dapat diisolasi sangat kecil dan waktu paruhnya sangat pendek, studi sifat-sifat kimia unsur-unsur ini sangat terbatas.

Proses disintegrasi unsur radioaktif menjadi isotop stabilnya adalah sangat penting dalam kimia nuklir.  Bila jumlah radionuklida yang ada pada suatu waktu tertentu N, jumlah yang terdisintegrasi pada saat tertentu akan sebanding dengan N.  Oleh karena itu, keradioaktifannya

λ adalah konstanta disintegrasi.  Integrasi persamaan ini akan menghasilkan:

N₀ adalah jumlah atom pada saat t=0 dan waktu yang diperlukan agar keradioaktifannya dengan menjadi separuh keradioaktifan awal disebut waktu paruh (T ).

Walaupun aktinoid mirip dengan lantanoid dalam pengisian elektron 5fnya, sifat kimianya tidak seragam dan masing-masing mempunyai sifat yang unik. Promosi elektron dari 5f-6d memerlukan energi yang besar dan contoh senyawa dengan ligan asam π telah dikenal dan orbital 5f, 6d, 7s dan 7p berpartisipasi dalam ikatan. Senyawa trivalen aktinoid umum dijumpai tetapi bilangan oksidasi selain tiga bukan tidak umum. Khususnya torium, protaktinium, uranium and neptunium yang cenderung berbilangan oksidasi +4 atau bilangan oksidasi yang lebih tinggi. Karena keradioaktifannya rendah, torium dan uranium yang ditemukan sebagai mineral dapat ditangani dengan legal di laboratorium biasa. Senyawa seperti ThO², ThCl⁴, UO², UCl³, UCl⁴, UCl⁶, UF⁶, dsb bermanfaat untuk berbagai kegunaan. Khususnya UF⁶, yang mudah menyublim dan merupakan gas yang cocok untuk difusi gas dan melalui proses sentrifugasi gas dalam preparasi ²³⁵U. Torium adalah unsur yang oksofilik mirip dengan lantanoid.