Лантан

Це елемент, який починає хімічний ряд лантаноїдів або лантаноїдів і входить до складу відомої рідкісноземельної групи. які його характеристики, а також всі його властивості та застосування.

Що таке лантан?

Елемент Лантан — метал з нижчою леткістю, сріблястим блиском, високою щільністю, гарною ковкістю і реакційною здатністю. невелику токсичність. Зазвичай він пов'язаний із церієм і зустрічається в таких мінералах, як аланіт, монацит та бастназит.

Символ лантану

Етимологічне походження символу Лантанум походить від грецького слова lanthano що означає прихована істота або приховане місце . У свою чергу, воно походить від вираження. lanthanomai , яке має на увазі щось забуте Його назва була обрана тому, що коли елемент був виявлений, він був покритий мінералом церію, званим церитом.

Характеристики лантану

Серед його основних характеристик — атомна маса 138,90 од., щільність 6,146 кг/м³ і чутливість до корозії. Крім того, з 38 доступних ізотопів тільки два зустрічаються в природному земному середовищі. кори Інші:

• Хімічна активність: Реагує з азотом, селеном, елементарним вуглецем, бором, фосфором, кремнієм, галогенами та іншими хімічними елементами.
• Плавлення: він має другу найнижчу температуру плавлення серед низки лантаноїдів.
• Органолептичні характеристики: Без запаху, важкий, має яскравий сріблясто-білий відтінок.
• Стан : У звичайних умовах довкілля є твердим.
• Зміни : Швидко окислюється на повітрі, розщеплює воду з виділенням водню, реагує з розведеними кислотами з утворенням солей та горить при температурі вище 450°C з утворенням La₂O₃.
• Крихкість : Він настільки м'який, що його можна розрізати на шматки ножем або бритвою
• Електричний опір : При кімнатній температурі має високий питомий опір 615 нОм·м.
• Твердість : за шкалою Моосу мінеральна твердість становить 2,5.
• Кристалічна структура При 20°C має гексагональну кристалічну структуру, при 310°C перетворюється на гранецентровану кубічну, а при 865°C стає об'ємноцентрованою кубічною.
• Магнітний порядок : Це елемент із слабким парамагнетизмом

Хімічні та фізичні властивості лантану

1. Атомний номер : 57
2. Ступінь окислення : +3
3. Ковалентний радіус (Å) : 169 пм.
4. Щільність : 6146 кг/м³
5. Електронна конфігурація : [Xe] 5d 1 6s 2
6. Температура кипіння : 3457°C (3730 К).
7. Атомна маса (г/моль) : 138,9055 од.
8. Ентальпія випаровування : 414 кДж/моль.
9. Ентальпія плавлення : 6,2 кДж/моль.
10. Оксид : Сильна основа.
11. Атомний радіус (Å) : 187 пм.
12. Питома теплоємність : 190 Дж/(К-кг)
13. Температура плавлення : 920°C (1193K).
14. Швидкість звуку : 2475 м/с при 293,15К.
15. Перший потенціал іонізації (еВ) : 538,1 кДж/моль.
16. Електронегативність : 1,1 (за шкалою Полінга).
17. Електронів на рівень : 2, 8, 18, 18, 9, 2.

Походження лантану

Якщо розібратися, то лантан відкрив хімік Карл Густав Мосандер у 1839–1843 роках. Цьому шведу вдалося виділити зі зразка церію два оксиди, одним із яких був лантан. Однак у 1839 Аксель Ердманн виявив його в мінералі з Норвегії. Однак відкриття приписали Мосандеру, оскільки він мав добути другий новий елемент. У свою чергу, він вибрав назву від грецького виразу лантано , оскільки вона була прихована серед проаналізованих зразків. Пізніше, 1923 року, він був ізольований вперше.

Навіщо використовується лантан?

Одним із застосувань є його проекційна та освітлювальна робота в кіноіндустрії. Крім того, багато похідних елементів використовуються для виготовлення високоякісних лінз. Крім того, деякі з'єднання використовуються у відеокамерах. Відкрийте для себе інші програми:

• Разом з церієм, празеодимом, неодимом, гадолінієм та ітербієм він утворює сплав Мішметалл, що використовується у легших каменях та нікель-металогідридних батареях.
• Він використовується у водневих губчастих сплавах, які можуть утримувати в оборотних процесах абсорбції газ, що в 400 разів перевищує їх обсяг.
• Оксид лантану використовується для формування спеціального оптимального скла, оскільки він забезпечує стійкість до основ.
• Є компонентом підсилюючих екранів рентгенівських апаратів.
• У металургії сліди цього елемента додають у сталь підвищення її ковкості, міцності і пластичності.
• У медицині карбонат лантану використовується для лікування гіперфосфатемії та хронічної ниркової недостатності.

Таким чином, лантан очолює хімічний ряд лантаноїдів, він податливий, пластичний та стійкий.Крім того, цей металоїд дуже добре реагує з елементарним вуглецем, селеном, азотом, галогенами та іншими елементами. Він окислюється на повітрі і зазвичай настільки м'який, що його можна різати ножем.

Нещодавні Пости

Лантан

Лантан - Хімічний елемент 3-ї групи (за застарілою класифікацією - побічної підгрупи третьої групи) шостого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 57, атомна маса - 138,9055. Позначається символом La (Лат. Lanthanum). Проста речовина лантан - блискучий метал сріблясто-білого кольору, відноситься до рідкісноземельних елементів.

Історія

Лантан, як хімічний елемент, не вдавалося відкрити протягом 36 років. У 1803 р. 24-річний шведський хімік Йєнс Якоб Берцеліус досліджував мінерал, відомий тепер під назвою церит. У цьому мінералі виявили ітрієву землю і ще одну рідкісну землю, дуже схожу на ітрієву. Її назвали церієвою. У 1826 р. Карл Мозандер досліджував церієву землю і зробив висновок, що вона неоднорідна, що в ній, крім церію, міститься ще один новий елемент. Довести складність церієвої землі Мозандеру вдалося лише 1839 р. Він зумів виділити новий елемент, коли у його розпорядженні виявилася більша кількість цериту.

Походження назви

Новий елемент, виявлений у цериті та мозандериті, на пропозицію Берцеліуса назвали лантаном. Воно було дано на честь історії його відкриття і походить від грец. λανθάνω — «ховаюся», «таюсь».

Знаходження у природі

Лантан разом з церієм і неодимом відноситься до найпоширеніших рідкісноземельних елементів. Вміст лантану в земній корі близько 2,9 10 -3 % за масою, в морській воді - близько 2,9 10 -6 мг/л. Основні промислові мінерали лантану – монацит, бастнезит, апатит та лопарит.До складу цих мінералів також входять інші рідкісноземельні елементи.

Отримання

Отримання лантану пов'язане з розподілом вихідної сировини на фракції. Лантан концентрується разом із церієм, празеодимом та неодимом. Спочатку з суміші відокремлюють церій, потім елементи, що залишилися, розділяють екстракцією.

Фізичні властивості

Лантан – блискучий сріблясто-білий метал, у чистому стані – ковкий та тягучий. Слабко парамагнітний. Кристалічна структура щільно запакована типу щільної гексагональної упаковки.

Існує у трьох кристалічних модифікаціях: α-La з гексагональними гратами (а=0,3772 нм, с=1,2144 нм, z=4, просторова група Р6₃/ттс), β-La з кубічною решіткою типу міді (а=0,5296 нм, z=4, просторова група Fm3m), γ-La з кубічною об'ємноцентрованою решіткою типу α-Fe (а=0,426 нм, z=2, просторова група Im3m, стійка до 920 °C) температури переходів α↔β 277 °C і β↔γ 861 °C. DH° поліморфних переходів: α:β - 0,36 кДж/моль, β:γ - 3,12 кДж/моль. При переході з однієї модифікації до іншої змінюється щільність лантану: α-La має щільність 6,162-6,18 г/см 3 , β-La - 6,19 г/см 3 , γ-La - 5,97 г/см 3 .

Сплавляється з цинком, магнієм, кальцієм, талієм, оловом, свинцем, нікелем, кобальтом, марганцем, ртуттю, сріблом, алюмінієм, міддю та кадмієм. Із залізом лантан утворює пірофорний сплав.

Хімічні властивості

За своїми хімічними властивостями лантан найбільше схожий на 14 наступних елементів, тому їх називають лантаноїдами. Металевий лантан має високу хімічну активність.

• У вологому повітрі швидко перетворюється на основний карбонат лантану:

• При 450 °Згоряє в кисні з утворенням оксиду лантану(III):

• Повільно реагує з холодною водою і швидко з гарячою, утворюючи гідроксид лантану (III):

• При нагріванні лантан вступає в реакції з фтором, хлором, бромом та йодом, даючи відповідно фторид, хлорид, бромід та йодид:

• Легко взаємодіє з мінеральними кислотами з утворенням іонів La 3+ та водню. Цілком можливо, що у водному розчині іон La 3+ значною мірою існує як комплексний іон [La(OH₂)₉] 3+ :

Основні з'єднання

• Ацетилацетонат лантану - Органічна сполука, хелат, формула La(C₅H₇O₂)₃. Являє собою безбарвну тверду речовину, що добре розчиняється у воді та органічних розчинниках. Виходить реакцією солей лантану зі спиртовим розчином ацетилацетону.
• Бензоїлоцетонат лантану - хелатна сполука лантану, формула La(C₁₀H₉O₂)₃. Утворює жовті призматичні кристали. Виходить взаємодією солей лантану зі спиртовим розчином бензоїлоцетону.
• Бромід лантану (III) - бінарне з'єднання, формула LaBr₃. Утворює білі кристали, що добре розчиняються у воді. Отримують дією бромоводню на оксид або сульфід лантану.
• Гідрид лантану (III) - бінарне з'єднання, формула LaH₃. Являє собою темно-синю кристалічну речовину; реагує з водою з утворенням лантану гідроксиду. Виходить дією водню на лантан за 210-290 °С.
• Гідроксид лантану (III) - біла нерозчинна у воді речовина з формулою La(OH)₃. Утворюється при дії гарячої води на металевий лантан або оксид. За температур вище 300 °С — розкладається.
• Йодід лантану (III) - бінарне з'єднання, формула LaI₃. Утворює кристали жовто-зеленого кольору, добре розчинні у воді та органічних розчинниках. Отримують нагріванням лантану та йоду в інертній атмосфері.
• Карбід лантану (III) - бінарне з'єднання лантану з вуглецем, формула LaС₂. Утворює жовті кристали.Реагує з водою з утворенням гідроксиду та з виділенням етану та ацетилену.
• Карбонат лантану (III) - Безбарвна кристалічна речовина з формулою La₂(CO₃)₂, утворює кристалогідрат складу La₂(CO₃)₂·8H₂O. Виходить пропусканням вуглекислого газу через суспензію гідроксиду лантану.
• Купферонат лантану - Органічна речовина, хелат, формула [La6H₅N(NO)O>₃]. Утворює жовті кристали. Виходить реакцією хлориду лантану з розчином купферону у кислому середовищі.
• Нітрат лантану (III) - Безбарвна кристалічна речовина з формулою La(NO₃)₃; добре розчиняється у воді та органічних розчинниках. Виходить розчиненням лантану, його оксиду або гідроксиду азотної кислоти.
• Оксалат лантану (III) - безбарвна речовина, формула La₂(C₂O₄)₃. Чи не розчиняється у воді. Виходить дією на розчинні солі лантану надлишком щавлевої кислоти.
• Оксид лантану (III) - білі кристали, формула La₂O₃. Чи не розчиняється у воді, але повільно реагує з нею. Виходить згорянням лантану на повітрі або розкладання його солей при високих температурах. Розчиняється у кислотах з утворенням солей La(III). На повітрі поглинає вуглекислий газ, поступово перетворюючись на основний карбонат лантану.
• Оксисульфід лантану - жовтувато-білі гексагональні кристали з формулою La₂O₂S.
• Оксифторид лантану (III) - Безбарвні кристали кубічної сингонії, формула LaOF. Отримують взаємодією фториду лантану з водяною парою при 800 °С або спіканням оксиду лантану з фторидом лантану у вакуумі.
• Силіцид лантану (III) - бінарна неорганічна сполука, формула LaSi₂. Утворює сірі кристали.
• Сульфат лантану (III) - Безбарвні кристали, розчинні у воді, формула La₂(SO₄)₃. Виходить розчиненням металевого лантану, його оксиду або гідроксиду у сірчаній кислоті. Розкладається під час нагрівання.
• Сульфіди лантану - Бінарні неорганічні сполуки лантану та сірки. Сульфід лантану (III) має формулу La₂S₃; утворює жовто-червоні кристали, нерозчинні у воді. Виходить дією пари сірки на лантан при 600-800 °С. Моносульфід лантану LaS - утворює золотисті кристали кубічної сингонії. Дисульфід лантану LaS₂ - коричневі кристали.
• Фосфат лантану (III) - безбарвні кристали, погано розчинні у воді, формула LaPO₄. Виходить обмінною реакцією між розчинною сіллю лантану та фосфатом лужного металу.
• Фосфід лантану (III) - Бінарна неорганічна сполука, чорні кристали з формулою LaP. Виходить реакцією лантану та фосфору при 400-500 °С.
• Фторид лантану (III) - Безбарвна речовина з формулою LaF₃. Чи не розчиняється у воді. Отримують взаємодією лантану з плавиковою кислотою або прямим згорянням лантану у фторі.
• Хлорид лантану (III) - Безбарвна речовина з формулою LaCl₃добре розчинне у воді. Виходить реакцією лантану з хлором або взаємодією його із соляною кислотою.

Мінерали

• Бастнезіт - Мінерал класу фторкарбонатів, формула (Ce, La, Y)CO₃F. Утворює прозорі кристали жовтого, помаранчевого, червоного та бурого кольорів. Твердість за Моосом - 4-4,5; питома вага - 4,93-5,18. Може містити від 347 до 458% оксиду лантану (III).
• Гадолініт - Чорний (чорно-бурий) мінерал з жирним скловатим блиском, формула (Ce, La, Nd, Y)₂FeBe₂Si₂O₁₀. Твердість за шкалою Мооса – 6,5-7. Питома вага – 4-4,3. Склад непостійний.
• Монацит - Мінерал класу фосфатів, формула (Ce, La, Nd, Th) [PO₄].Може мати жовте, червонувато-буре, гіацинтово-червоне, оливиново-зелене забарвлення; колір риси - білий (зелено-білий). Твердість за Моосом - 5-5,5; питома вага - 4,9-5,2. Через високий вміст урану та торію — радіоактивний.
• Ортит - Бурий чи чорний мінерал, класу силікатів. Хімічна формула - (Ca, Ce, La, Y)₂(Al, Fe)₃(SiO₄)₃(OH). Твердість за Моосом - 5,5-6. Питома вага становить 33-38.

Застосування

• Вперше в історії лантан застосовували у газокалільних сітках. Австрійський хімік Карл Ауер фон Вельсбах використовував суміш, що складається з 60% оксиду магнію, 20% оксиду ітрію та 20% оксиду лантану, яка отримала назву Actinophor і була запатентована у 1885 році. Новий освітлювальний прилад («ауерівський ковпачок») давав світло-зелене світло.

• Оксид і борид лантану використовуються в електронно-вакуумних лампах як матеріал. н. "гарячого катода", тобто катода з високою інтенсивністю потоку електронів. Кристали LaB₆ застосовують у джерелах катодних променів для електронних мікроскопів.
• Лантан застосовується як компонент сплавів нікелю, магнію, кобальту та ін.
• З'єднання складу La(Ni)_3.55Mn_0.4Al_0.3Co_0.4Fe_0.35) використовується для анодного матеріалу нікель-метал-гідридних акумуляторів. Воно є інтерметалідом AB₅-Типу.
• Чистий лантан практично не використовується через свою високу вартість; замість нього застосовується мішметал: сплав із вмістом лантану 20-45%. Мішметал є компонентом жароміцних та корозійностійких сплавів.
• Для виробництва типового гібридного автомобіля Toyota Prius потрібно 10-15 кг лантану, де він входить до складу акумулятора.
• Карбонат лантану використовується як ліки, що мають власну назву Fosrenol, які застосовують при гіперфосфатемії для поглинання надлишку фосфатів.
• Лантан має властивість поглинати водень. Один об'єм цієї речовини здатний поглинути до 400 об'ємів водню в процесі оборотної адсорбції. Ця властивість застосовується для створення ємних акумуляторів водню (металогідридне зберігання водню) та в системах збереження енергії, оскільки при розчиненні водню в лантані виділяється теплота.
• Солі лантану та інших рідкісноземельних елементів застосовуються у вугільних дугових лампах для збільшення яскравості дуги. Вугільні дугові лампи були популярними у кінопроекторах. На виробництво останніх припадає близько 25% з'єднань лантану, які передбачалися для дугових ламп.
• Рідким лантаном витягують плутоній із розплавленого урану.
• Невелика добавка лантану до сталі збільшує її пластичність та деформованість. Додавання лантану до молібдену зменшує його твердість та чутливість до перепадів температур.
• Фторид лантану – важливий компонент люмінофорів. У суміші з фторидом європію він використовується в кристалічній мембрані іоноселективних електродів. Він також входить до складу скла ZBLAN. Воно має покращений коефіцієнт пропускання в інфрачервоному діапазоні і тому застосовується в волоконній оптиці.
• Оксид лантану (III) - компонент спеціальних стекол, високотемпературної кераміки, застосовується також для інших сполук лантану.
• Хлорид і бромід лантану застосовуються як сцинтилятори з високим світловим виходом, найкращою енергетичною роздільною здатністю і часом висвічування.
• Оксисульфід та алюмінат лантану використовуються в люмінофорах.
• Іони лантану, як і пероксидаза хрону, використовують у молекулярної біології посилення електричного сигналу рівня, необхідного для детекції.
• Бентонітова глина (т.з. Phoslock), в якій іони натрію та кальцію замінюються на іони лантану, використовується для очищення стічних вод від фосфатів.
• Невелика кількість сполук лантану пов'язує фосфати у воді, внаслідок чого зупиняється зростання водоростей, яким потрібні сполуки фосфору. Ця властивість може застосовуватися для очищення води у басейнах.
• Деякі сполуки лантану (та інших рідкісноземельних елементів), наприклад, хлориди та оксиди є компонентами різних каталізаторів, що застосовуються зокрема для крекінгу нафти.
• Добавка оксиду лантану (La₂O₃) до вольфраму використовується при дуговому зварюванні вольфрамовим електродом (англ.), як заміна радіоактивного торію.
• Лантан-барієвий метод радіометричного датування іноді використовується для оцінки віку гірських порід та родовищ корисних копалин.

Біологічна роль

У 1930-х роках радянський учений А. А. Дробков досліджував вплив рідкісноземельних металів на культурні рослини. Він проводив досліди з горохом, ріпою та іншими рослинами, вводячи в ґрунт рідкоземельні елементи (РЗЕ) разом із бором, марганцем або без них. Результати дослідів показували, що рідкісноземельні елементи, у тому числі лантан, покращують зростання рослин. Однак використання мікродобрив на основі лантану та інших РЗЕ призводить до протилежних результатів для різних видів та навіть сортів одного виду культурних рослин. У Китаї, який є провідним світовим виробником РЗЕ, такі мікродобрива масово застосовують у сільському господарстві.

Іони лантану здатні збільшувати амплітуду ГАМК-активованих сигналів на пірамідальних нейронах гена CA1 (англ.), Відзначених у гіпокампі головного мозку.Отримання цих даних дозволило порівняти чутливість рецепторів ГАМК_A пірамідальних нейронів з аналогічними рецепторами інших клітин щодо сприйнятливості до ГАМК та іонів лантану.

Ізотопи

У природі лантан зустрічається як суміші двох ізотопів: стабільного 139 La і радіоактивного 138 La (період напіврозпаду 1,02⋅10 11 років). Частка найпоширенішого ізотопу 139 La в природній суміші становить 99,911%. Штучно отримано 39 нестійких ізотопів із масовими числами 117—155 та 12 ядерних ізомерів лантану. Найбільш довгоживучим є лантан-137 з періодом напіврозпаду близько 60 тис. років. Інші ізотопи мають періоди напіврозпаду від кількох мілісекунд до кількох годин.

Запобіжні заходи

Лантан відноситься до помірно-токсичних речовин. Металевий пил лантану, а також дрібні частинки його сполук можуть дратувати верхні дихальні шляхи при попаданні всередину, а також викликати пневмоконіоз.

• Ацетат лантану (III) (La(CH₃CoO )₃)
• Ацетилацетонат лантану (La(C₅H₇O₂)₃)
• Бензоїлоцетонат лантану (La(C₁₀H₉O₂)₃)
• Борід лантану (III) (LaB₆)
• Бромід лантану (III) (LaBr₃)
• Гідрид лантану (I) (LaH)
• Гідрид лантану (II) (LaH₂)
• Гідрид лантану (III) (LaH₃)
• Гідроксид лантану (III) (La(OH)₃)
• Йодід лантану (III) (LaI₃)
• Карбід лантану (III) (LaC₂)
• Карбонат лантану (III) (La₂(CO₃)₃)
• Купферонат лантану ([La6H₅N(NO)O>₃])
• Нітрат лантану (III) (La(NO₃)₃)
• Оксалат лантану (III) (La₂(C₂O₄)₃)
• Оксид лантану (III) (La₂O₃)
• Оксисульфід лантану (La₂O₂S)
• Оксифторид лантану (III) (LaOF)
• Силіцид лантану (III) (LaSi₂)
• Сульфат лантану(III) (La₂(SO₄)₃)
• Сульфіт лантану (III) (La₂(SO₃)₃)
• Сульфід лантану (III) (La₂S₃)
• Сульфіди лантану
• Фосфат лантану (III) (LaPO₄)
• Фосфід лантану (III) (LaP)
• Фторид лантану (III) (LaF₃)
• Хлорид лантану (III) (LaCl₃)
• Хромат лантану (III) (La₂(CrO₄)₃)

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au