Лантан

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Лантан
Лантан – сребристо-бял метал
Сребристо-бял метал
Спектрални линии на лантан
БарийЛантанЦерий
Y

La

Ac
Периодична система
Общи данни
Име, символ, ZЛантан, La, 57
Група, период, блок36d
Химическа сериялантанид
Електронна конфигурация[Xe] 5d1 6s2
e- на енергийно ниво2, 8, 18, 18, 9, 2
CAS номер7439-91-0
Свойства на атома
Атомна маса138,90547 u
Атомен радиус195  pm
Ковалентен радиус207±8 pm
Степен на окисление3, 2, 1
ОксидLa2O3 (силно основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,10
Йонизационна енергияI: 538,1 kJ/mol
II: 1067 kJ/mol
III: 1850,3 kJ/mol
IV: 4819 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояниетвърдо вещество
Кристална структурашестоъгълна
Плътност6162 kg/m3
Температура на топене1193 K (920 °C)
Температура на кипене3737 K (3464 °C)
Моларен обем22,601×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене6,2 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение400 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 2005 2208 2458 2772 3178 3726
Скорост на звука2475 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет195 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост1,6×106 S/m при 25 °C
Специф. ел. съпротивление0,615 Ω.mm2/m при 25 °C
Топлопроводимост13,4 W/(m·K)
Магнетизъмпарамагнитен[1]
Модул на еластичност36,6 GPa
Модул на срязване14,3 GPa
Модул на свиваемост27,9 GPa
Коефициент на Поасон0,28
Твърдост по Моос2,5
Твърдост по Викерс360 – 1750 MPa
Твърдост по Бринел350 – 400 MPa
История
Наименуванот старогръцкото λανθάνειν – „скрит“
ОткритиеКарл Мосандер (1839 г.[2])
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
137La синт. 6×104 г. ε 137Ba
138La 0,089 % 1,05×1011 г. ε 138Ba
β- 138Ce
139La 99,911 % стабилен

Лантанът е редкоземен химичен елемент от 3-та група със символ La и атомен номер 57. Той принадлежи към групата на лантанидите, чието име е дал. Открит е през 1839 г., приблизително 30 години след откриването на церия. Представлява мек и ковък сребристобял метал, който може да се реже с нож.

История[редактиране | редактиране на кода]

Лантанът е открит под формата на La2O3 през 1839 г. от шведския химик Карл Мосандер, който го отделя от CeO2.[3] Чист метал той получава след две години, като отделя „оксид на дидима“. Названието лантан (от старогръцки: λανθάνειν – „скрит“) е дадено от Берцелиус, тъй като изолирането му в чисто състояние се оказва изключително трудно и отнема дълго време.

Дълго време лантанът е смятан за двувалентен, подобно на алкалоземните метали, а атомното му тегло е смятано, че е 90,04. През 1869 г. Менделеев се усъмнява в тези твърдения, тъй като няма място за елемента във втората група на Периодичната система и го поставя в третата, приписвайки на елемента атомно тегло 138 – 139.[3] Тези свои предположения той подкрепя с изчисляването на топлинния капацитет на лантана и последвалото доказване на неговата тривалентност.

Разпространение[редактиране | редактиране на кода]

В земната кора лантанът е на 29-о място по маса с 3,2×10-3%. Той, както и другите ланатоиди, е силно разсеян. В природата се среща само в съединения съвместно с останалите лантаниди, в различни минерали, главно монацит (Ce,La,Th,Nd,Y)PO4 и бастнезит (Ce,La,Y)CO3F.

Физични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Парченце лантан. Потъмняването се дължи на окисленето от въздуха

Лантанът е сребърно-бял, ковък и пластичен, блестящ метал. Може да се реже с нож.[3] Топи се при 920 °C и кипи при 3455 °C. При стайна температура има хексагонална кристална решетка с плътност 6,15 g/cm3. В зависимост от температурата, кристалната решетка се променя и съществуват още две полиморфни модификации.

Изотопи[редактиране | редактиране на кода]

Изотоп Честота Период на
полуразпад
Тип
разпад
Енергия на
разпада, МeV
Продукт на
разпада
135La синт. 19,5 часа ε 1,200 135Ba
136La синт. 9,87 мин ε 2,870 136Ba
137La синт. 60 000 г. ε 0,600 137Ba
138La 0,09% 1,05×1011 г. ε 1,737 138Ba
β- 1,044 138Ce
139La 99,91% стабилен
140La синт. 1,6731 дни β- 3,762 140Ce
141La синт. 3,92 часа β- 2,502 141Ce

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

Електронната структура на ланатана е KLM4s24p64d105s25p65d16s2 – започва изграждането на 5d-подслоя спрямо Ba. От тази орбитала започва изграждането на ланатноидите. Орбиталата е и причина за лантаноидното свиване. При него намалява атомния и йонния радиус на лантаноидите с увеличаване на поредния номер. Това се дължи на постепенното увеличаване на заряда на ядрото, но 4f-електроните не могат де компенсират този процес поради екранирането на останалите електрони. Процесът довежда до малка разлика в атомните и йонните радиуси, и е причина за съвместното присъствие на лантаноидите в минералите.[3]

Лантанът е с постоянна степен на окисление +3 в съединенията си. Реактивността му е подобна на алкалоземните метали.[4] На въздух се покрива с La2O3, който в присъствието на влага се превръща в La(OH)3. Изгаря в кислородна среда при 450 °C с ярък пламък. При нагряване реагира с N2 (до черен лантанов нитрид), Br2, I2, H2 и другите неметали, а с Cl2 се запалва при стайна температура.

Съединения[редактиране | редактиране на кода]

Лантанът има постоянна степен на окисление +3.

Оксид и хидроксид[редактиране | редактиране на кода]

La2O3 представлява бял и силно основен прах, неразтворим във вода, но разтворим в киселини. Може да бъде получен чрез директен синтез или при термична дисоциация на карбонати, нитрати и други кислородсъдържащи соли. Той е едно от най-стабилните кислородни съединения.[4] При нагряване се нажежава и свети с бяла светлина. Съставна част е на оптични стъкла с висок коефициент на пречупване и ниска диспресия. Смесен с CeO2 е част от шлифовъчните прахове.

La(OH)3 се получава при утаяване на La3+ с амоняк или алкална основа. Представлява обемиста бяла утайка със силно основен характер.[4]

Соли[редактиране | редактиране на кода]

Познати са множество соли на кислородсъдържащи киселини, най-често като кристалохидрати – La2(SO4)3·8H2O, La(NO3)3·6H2O, хлорат и т.н. Карбонатът, оксалатът и фосфатът са слаборазтворими.[4]

Халогениди[редактиране | редактиране на кода]

Безводни халогениди се получават при директен синтез на La с халоген. Те са йонни високотопими съединения. Слаборазтворим е само флуоридът.[4]

Други съединения[редактиране | редактиране на кода]

LaH3 може да се използва за склад на водород.[4],

Получаване[редактиране | редактиране на кода]

Съществуват различни методи за добив на метала, в зависимост от минералът, от който трябва да се получи.

От монацит се окислява до оксид, което позволява отстраняването на останалите лантаноиди. Впоследствие оксидът се превръща в LaF3 с HF. Накрая се редуцира с Ca до метален La. Отделянето на калциевите остатъци и примеси се извършва чрез допълнително претопяване във вакуум.

От монацитовия пясък се отделя чрез фракционна кристализация като двойна сол La(NO3)3·2NH4NO3·4H2O.[4]

Приложения[редактиране | редактиране на кода]

Лантанът се използва като компонент на метални сплави. Запалващите материали в запалителните свещи съдържат 25 до 45% лантан. Намира приложение като редуциращо средство в металургията. Като съставна част на чугуна подпомага образуването на сферичен графит. Като сплавна съставка допринася за подобряването на оксидационната устойчивост. Лантановите примеси променят твърдостта и температурната устойчивост на молибдена.

Катализаторите на фракции от петрол и бензин съдържат лантан. Но количествата вложени в тях са намаляващи. Висококачествените катоди за запалване със свободни електрони са изградени от лантанов хексаборид (LaB6) като заместител на волфрамовата тел.

Сплави[редактиране | редактиране на кода]

Лантанът намира широко приложение в металургията при производството на високотемпературни сплави и свръхпроводници.[3] Кобалт-лантановата сплав (LaCo5) се използва като магнитен материал, обогатеният с лантан бариев титанат се употребява при производството на терморезистори (температурно независими съпротивления). В сплав с кобалт, желязо, манган и стронций се използва при производството на катоди за високотемпературни горивни клетки. Лантан-никеловите примеси (LaNi5) намират приложение като водородни хранилища в никелово-металхидридните акумулатори. От сплавта на лантан с титан се произвеждат медицински инструменти, които са устойчиви на корозия и лесно се стерилизират.

Лантанов оксид[редактиране | редактиране на кода]

  • Производство на стъкла с висока устойчивост, които същевременно са с нисък коефициент на пречупване на светлината и се използват за направата на камери, лещи за телескопи и стъкла за очила.
  • Производство на кристал и порцеланови покрития. Съединението замества отровните оловни съединения, като същевременно подобрява химическата устойчивост (подобряване на устойчивостта на действието на основи).
  • Производство на керамични корпуси за кондензатори и стъкла, несъдържащи силикати
  • Съставна част на материалите за полиране на стъкла
  • Производство на нажежаеми електроди за електронни лампи

Лантанов карбонат[редактиране | редактиране на кода]

Медикаменти за намаляване на фосфатните нива при пациенти на диализа.

Мерки за безопасност[редактиране | редактиране на кода]

Лантанът е определен като слабо токсичен и не участва в биологичните процеси.[3] Прахообразният лантан е опасен при допир, защото реагира лесно с влагата по кожата до La(OH)3, който е силно основен и може да причини химични изгаряния. Смъртоносната доза за плъховете е 720 mg. LaCl3 е антикоагулант.[3]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Lide, D. R.. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th. Boca Raton (FL), CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5. (на английски)
  2. Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill, 2003. ISBN 0-0704-9439-8. p. 444 – 446. (на английски)
  3. а б в г д е ж Лефтеров, Димитър. Химичините елементи и техните изотопи. София, Академично издателство „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 294 – 298.
  4. а б в г д е ж Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съединения. Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 589 – 602.
CC BY-SA icon.svg Heckert GNU white.png Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „lanthan“ в Уикипедия на немски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите. ​

ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.​