Лантан

Лантан
Сребристо-бял метал
Спектрални линии
Барий ← Лантан → Церий Y ↑ La ↓ Ac H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z	Лантан, La, 57
Група, период, блок	3, 6, d
Химическа серия	лантанид
Електронна конфигурация	[Xe] 5d1 6s2
e- на енергийно ниво	2, 8, 18, 18, 9, 2
CAS номер	7439-91-0
Свойства на атома
Атомна маса	138,90547 u
Атомен радиус	195  pm
Ковалентен радиус	207±8 pm
Степен на окисление	3, 2, 1
Оксид	La2O3 (силно основен)
Електроотрицателност (Скала на Полинг)	1,10
Йонизационна енергия	I: 538,1 kJ/mol II: 1067 kJ/mol III: 1850,3 kJ/mol IV: 4819 kJ/mol (още)
Физични свойства
Агрегатно състояние	твърдо вещество
Кристална структура	шестоъгълна
Плътност	6162 kg/m3
Температура на топене	1193 K (920 °C)
Температура на кипене	3737 K (3464 °C)
Моларен обем	22,601×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене	6,2 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	400 kJ/mol
Налягане на парата P (Pa) 1 10 102 103 104 105 T (K) 2005 2208 2458 2772 3178 3726
Скорост на звука	2475 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет	195 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост	1,6×106 S/m при 25 °C
Специф. ел. съпротивление	0,615 Ω.mm2/m при 25 °C
Топлопроводимост	13,4 W/(m·K)
Магнетизъм	парамагнитен
Модул на еластичност	36,6 GPa
Модул на срязване	14,3 GPa
Модул на свиваемост	27,9 GPa
Коефициент на Поасон	0,28
Твърдост по Моос	2,5
Твърдост по Викерс	360 – 1750 MPa
Твърдост по Бринел	350 – 400 MPa
История
Наименуван	от старогръцкото λανθάνειν – „скрит“
Откритие	Карл Мосандер (1839 г.)
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
Лантан в Общомедия

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

Лантанът е открит под формата на La₂O₃ през 1839 г. от шведския химик Карл Мосандер, който го отделя от CeO₂. 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. Тези свои предположения той подкрепя с изчисляването на топлинния капацитет на лантана и последвалото доказване на неговата тривалентност.

Разпространение

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

Парченце лантан. Потъмняването се дължи на окисленето от въздуха

Лантанът е сребърно-бял, ковък и пластичен, блестящ метал. Може да се реже с нож. 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

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

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.

Лантанът е с постоянна степен на окисление +3 в съединенията си. Реактивността му е подобна на алкалоземните метали. 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

Лантанът има постоянна степен на окисление +3.

Оксид и хидроксид

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. 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.

Соли

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.

Халогениди

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

Други съединения

LaH₃ може да се използва за склад на водород.,

Получаване

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.

Приложения

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

Лантанът намира широко приложение в металургията при производството на високотемпературни сплави и свръхпроводници. 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

• 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

Медикаменти за намаляване на фосфатните нива при пациенти на диализа.

Мерки за безопасност

Лантанът е определен като слабо токсичен и не участва в биологичните процеси. 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.

Източници

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.​