Abstract
Voltammetric behavior of some light lanthanide ions (La$^{3+}$, Pr$^{3+}$, Nd$^{3+}$, Sm$^{3+}$, and Eu$^{3+}$) in various supporting electrolytes has been investigated by several electrochemical techniques. The peak potentials and the peak currents, their dependency on the concentration, temperature and pH effects, the reversibility of the electrode reactions are described. The reduction of La$^{3+}$, Pr$^{3+}$ and Nd$^{3+}$ in 0.1 M lithium chloride proceeds by a three-electron change directly to the metallic state (Ln$^{3+}$ ＋ 3e- → Ln$^0$) and charge transfer is totally irreversible. However, the reduction of Sm$^{3+}$ in 0.1 M tetramethylammonium iodide and Eu$^{3+}$ in 0.1 M lithium chloride proceeds in two stages (Ln$^{3+}$ ＋ e- → Ln$^{2+}$ and Ln$^{2+}$ ＋ 2e- → Ln$^0$). At pH values lower than ca.4 the hydrated lanthanide species (Ln(OH)$^{2+}$) reduced before the lanthanide ions (Ln$^{3+}$) due to the catalytic effect of hydrogen ions, and peak current increase with in the order Eu$^{3+}$ < Sm$^{3+}$ < Nd$^{3+}$ < Pr$^{3+}$ < La$^{3+}$ in differential pulse polarography. Some representative plots of $i_{pc}V^{-1/2} (proportional to current function) vs. V show considerable influence of hydrogen ion/lanthanide ion concentration in cyclic voltammetry. It is shown that a reaction of lanthanide ions with proton and/or water and catalytic reaction is enhanced at lower pH and at decreased lanthanide ion concentration.
수용액에서 가벼운 란탄족 금속이온의 전기화학적 거동을 직류 폴라로그래피, 펄스차이 폴라로그래피 및 순환 전압전류법으로 연구하였다. La$^{3+}$, Pr$^{3+}$ 및 Nd$^{3+}$의 환원은 0.1 M LiCl 지지전해질에서 3전자가 관여하는 비가역적인 반응이었다. Sm$^{3+}$의 환원은 0.1 M TMAI 지지전해질에서 1전자에 이어 2전자가 관여하는 비가역적인 반응이었으며, Eu$^{3+}$의 환원은 0.1 M LiCl 지지전해질에서 1전자에 이어 2전자가 관여하는 유사가역반응 및 비가역반응이었다. 펄스차이 폴라로그래피에 의하면 pH 4 이하에서는 수소이온의 촉매효과에 의하여 가수분해된 란탄족 금속이온 (Ln(OH)$^{2+}$)은 란탄족 금속이온(Ln$^{3+}$)보다 양전위에서 환원되었으며, 봉우리 전류의 크기는 Eu$^{3+}$ < Sm$^{3+}$ < Nd$^{3+}$ < Pr$^{3+}$ < La$^{3+}$ 순으로 증가하였다. 순환 전압전류법에서 주사속도 변화에 대한 전류함수의 크기는 [H$^{+}$]/[Ln$^{3+}$]의 비에 의존하였으며, pH 및 란탄족 금속이온의 농도가 낮을수록 수소이온에 의한 반응 또는 촉매전류가 증가하였다.