Лантан химический элемент

Лантан это редкоземельный металл обозначаемый La, является химическим элементом, присутствующим в группе 3 современной периодической таблицы.

Известно, что он является прототипом лантаноидного ряда элементов периодической таблицы.

Лантан-ковкий и пластичный металл серебристо-белого цвета. Он достаточно мягкий, что его можно даже легко разрезать ножом.

Известно, что лантан является вторым наиболее реактивным редкоземельным металлом, первым из которых является европий.

Что такое лантан

(Lanthanum; — скрываюсь, остаюсь незамеченным), La — химический элемент 3-й группы (устаревшая классификация: III В группы) периодической системы элементов.

Атомный номер 57, атомный номер 138,055. Серебристо-белый металл. В соединениях проявляет степень окисления + 3.

Лантан открыл в 1839 швед, химик К. Мозандер, доказавший неоднородность открытой ранее «цериевой земли».

Электронная конфигурация лантана [Xe] 5d¹6s².

Лантан это тип химического элемента, обозначаемого символом La. Атомный номер лантана 57.

Это пластичный и мягкий серебристо-белый металл, который медленно тускнеет при воздействии воздуха.

Лантан выступает в качестве эпонима серии лантаноидов, которая представляет собой группу из 15 элементов.

Похожих друг на друга, начиная с лантана и заканчивая лютецием в современной периодической таблице.

Лежит первым в группе и, следовательно, является прототипом.

Традиционно считается одним из редкоземельных металлов. Он обладает степенью окисления +3.

Этот элемент не играет никакой биологической роли, когда речь идет о людях, но он важен для нескольких видов бактерий.

Он не токсичен для человека, но обладает антимикробной активностью.

Основной проблемой, связанной с элементом лантана, является его утилизация промышленностью.

Промышленные отходы сбрасываются непосредственно в водоемы, в основном из нефтяной промышленности.

Распространение в природе

По распространенности лантан занимает среди редкоземельных элементов третье место после церия и неодима. Содержание в земной коре 1,8 х 10^-3 %.

Остальные элементы цериевой подгруппы получают преим. из минералов монацита и бастнезита.

В монаците содержится 17% La₂О₃, в бастнезите 24% La₂О₃.

Кристаллическая решетка лантана при комнатной т-ре гексагональная плотноупакованная (типа альфа-лантан) с периодами а = 3,770 ± 0,002А, с =12,159 ± 0,008А и плотностью 6,162 г/см³.

Аллотропия лантана

Имеет три аллотропические модификации. Т-ры превращений:

1. Альфа → бета 310 ± 5°С.
2. Бета → гамма 864° С.

Бета-лантан имеет гранецентрированную кубическую решетку  с   периодом   а = 5,304 ± 0,003А и плотностью 6,190 г/см³.

Гамма-лантан — объемноцентрированную кубическую решетку с периодом а = 4,26 ± 0,01 А и плотностью 5,97 г/см³.

Т-ра плавления 920 ± 5° С; т-ра кипения 3470° С. Теплота плавления 1,6 ккал/г-атом; теплота испарения 93,8 ± 0,9 ккал/г-атом.

Атомная теплоемкость (кал/г-тервале т-р 0—310° С) сp = 6,27 +4- 2,6 • 10 г.

Коэфф. теплопроводности альфа-лантана (в интервале т-р 25—30° С) 0,033 ± 0,003 кал/см x сек • град.

Коэфф. термического расширения   альфа-лантана 4,9 X 10^-6 (т-ра 25° С), бета-лантана 9,6 • 10-6 (среднее значение в интервале т-р 325 — 775° С).

Удельное    электрическое    сопротивление (ом • см):

Альфа-лантана 56,8 • 10 (т-ра 25° С).

Бета-лантана 98 • 10^-6 (т-ра 560° С).

Гамма-лантана 126 х10^-6 (т-ра 890° С). Температурный коэфф. электр. сопротивления альфа-лантана   (т-ра   0° С)   2,18 х10 град .

Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние альфа-лантана 4,90 ± 10 К, бета-лантана 5,85 ± 0,11 К.

Работа выхода электронов 3,3 эв.

Металл парамагнитен. Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов атомом изотопа 139La составляет 9 барн.

При комнатной т-ре модуль норм, упругости 3915, по другим данным 7031— 7734 кгс/мм²; модуль сдвига 1518 кгс/мм²; коэфф. Пуассона 0,288.

У литого образца (т-ра 20° С) предел текучести 12,8 кгс/мм²; предел прочности 13,3 кгс/мм²; относительное удлинение 8%.

Он имеет тенденцию наносить серьезный ущерб как растениям, так и животным и расстройствам нервной системы среди нас, людей.

Физические свойства

Твердость по Виккерсу (т-ра 20° С): литого 50, отожженного 37, кованого 120—178 кгс/мм².

При комнатной т-ре достаточно чистый лантан поддается ковке и прессованию, но не обладает достаточной вязкостью.

Возможно изготовление листов из чистого металла ковкой при комнатной т-ре.

Лантан как и другие редкоземельные металлы, обладает большой химической активностью.

Химические свойства лантана

В сухом воздухе покрывается окисной пленкой голубоватого цвета, предохраняющей металл от дальнейшего окисления.

Во влажном воздухе постепенно превращается в гидрат окиси белого цвета.

При т-ре 450° С в среде кислорода воспламеняется. С азотом в раскаленном состоянии образует нитрид белого цвета.

При т-ре 240° С в среде водорода образует гидрид черного цвета, однако поглощение водорода металлом происходит и при комнатной т-ре.

Лантан образует также весьма прочные галогениды, сульфиды, реагирует с большинством др. хим. элементов.

Легко растворяется в соляной, серной и азотной к-тах. Соли лантана белого цвета.

Сплавляется со многими металлами. Плавку ведут в инертной среде или в вакууме.

Соединение лантана имеет тенденцию окисляться в присутствии воздуха при комнатной температуре и образует La₂O₃.

Он имеет тенденцию медленно реагировать с водой и быстрее растворяется в разбавленных кислотах, за исключением плавиковой кислоты, HF.

Это связано с образованием защитного слоя фторида, LаF₃ на поверхности металла.

Функции лантана в питании людей или животных неизвестны. Поскольку он настолько реакционноспособен, он считается умеренно токсичным.

Карбонат лантана используется для снижения уровня фосфата в крови у пациентов с заболеванием почек.

Изотопы

Природная смесь состоит из стабильного ¹³⁹La (99,911%) и радиоактивного ¹³⁸La(0,089%) изотопов.

Изотоп ¹³⁸La распадается путем К-захвата с периодом полураспада 1 • 10¹¹ лет.

Изотоп ¹³⁹La образуется при делении урана (6,3% массы всех осколков) и является «реакторным ядом».

Получены радиоактивные изотопы с массовыми числами ¹²⁷La —¹³⁷La и ¹⁴⁰La — ¹⁴⁴La. Макс. период полураспада (6 • 10⁴ лет) — у изотопа ¹³⁷La.

Получение

Металлический лантан чистотой до 99,48% получают электролитическим способом.

В пром-сти наиболее широко распространен электролиз безводного хлорида в расплаве.

Поскольку имеет отрицательное значение стандартных электронных потенциалов, получают его электролизом расплавленных хлоридов или нитратов.

А для понижения температур плавления добавляют соли других металлов.

Помимо электролиза его получают восстанавливая при высоких температурах из их хлоридов или фторидов наиболее активными металлами (калием и кальцием):

LaCl₃ + 3K = La + 3KCl

Металл поставляют в виде слитков трапецоидальной или круглой формы массой 2—5 кг.

Лантан в природе

Встречается в виде устойчивого изотоп 89 La ( 99,91% ). В литосфере содержится  лантана 2 ⋅ 10⁻⁴ в.

Встречаются минералы достаточно богатые этим элементом, однако эти минералы настолько рассеяны.

Что переработка связана с концентрированием (отделением больших количеств пустой породы), что связано с большими энергозатратами.

Физические и химические свойства

Лантан — серебристо — белый металл, существующий в двух кристаллических видоизменениях с различными типами и параметрами решеток.

В химических реакциях атом иттрия теряет по три электрона и ведёт себя как сильный восстановитель .
При обычных температурах поверхность его окисляется кислородом с образованием защитных плёнок . Но при нагревании в кислороде горит и образуются оксиды La₂O₃.

Другие окислители (фтор, хлор, бром, йод, сера, азот, водород) также взаимодействуют с лантаном  при нагревании (получаются галиды, сульфиды, нитриды, гидриды).

С водой лантан взаимодействует медленно, образующиеся при этом гидроксиды покрывают его защитной плёнкой:

2La + 6H₂O = 2La( OH )₃↓ + 3H₂↑

Из кислот лантан легко вытесняет водород:

2La + 3H₂SO₄ = La₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

и растворяется в кислотах.

Лантан в изобилии встречается в окружающей среде.

1. Серебристо-белый цвет
2. Лантан активен, пластичен и мягок.
3. Лантан имеет тенденцию окисляться при взаимодействии с водой и образует соответствующий гидроксид.
4. Соли лантана не растворимы в воде.

Соединения лантана

Проявляет степень окисления +3 , их ионы имеют на внешнем уровне по 8 электронов, большой заряд этих ионов Э³⁺ обусловливается склонность скандия к комплексообразованию.

Его оксиды отвечают формуле La₂O₃ , бесцветны , тугоплавки , получаются разложением нитратов:

4La(NO₃)₃ = 2LaO₃ + 12NO₂↑ + 3O₂↑

Он обладает основным характером , энергично реагировать с водой , образуя гидроксиды:

La₂O₃ + 3H₂O = 2La(OH)₃

Он мало растворим в воде, но легко растворяется в кислотах, гидроксид скандия La(OH)₃ проявляет признаки амфотерности.

Соли лантана из воды кристаллизуются в виде аквасоединений. Хлориды, нитраты и ацетаты растворимы в воде и гидролизуются в незначительной степени.

Мало растворимые в воде фториды, карбонаты и оксалаты лантана переходят в раствор под действием избытка осадителя с образованием комплексных соединений.

Положительные ионы лантана имеют координационные числа от 3 до 6.

Важнейшие лиганды в комплексе металла:

1. Это фторид.
2. Карбонат.
3. Сульфат.
4. Оксалат- ионы.

Ион лантана La³⁺  образует с фторид — ионами комплексные соединения :

KF + LaF₃ = K[LaYF₄]

3KF + LaF₃ = K₃[LaF₆]

Применение

Лантановый мишметалл применяют для улучшения св-в коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали.

Кроме того, служит компонентом алюминиевых и др. легких сплавов.

Окись входит в состав керамических глазурей, оптического стекла, используется в реагентах, утяжеляющих натуральный и искусственный шелк.

Изотоп ¹⁴⁰La (с периодом полураспада 40,22 ч) — радиоактивный индикатор при изучении процессов разделения лантана и лантаноидов.

Оксид иттрия (III) La₂O₃ добавляют к оптическому стеклу для повышения показателя преломления.

Присадка лантана к сталям, чугуну и сплавам цветных металлов повышает их устойчивость к коррозии и жаростойкость, улучшает механические свойства.

Применения актиния ограничено тем, что он опасен из за альфа излучений, а все соединения его ядовиты.

1. Химическая форма лантана используется в современных энергосберегающих лампах, телевизорах, люминесцентных лампах и лампах и т. д.
2. Лантан также используется в оптике в виде радиационно-поглощающих стекол и линз.
3. Он также увеличивает ковкость и удельное сопротивление стали.
4. Используется для полировки стекла и производства катализаторов.
5. Он также используется на нефтеперерабатывающих заводах для катализа.

Часто задаваемые вопросы ответы о лантане?

Каковы эффекты лантана на человека?

Лантан имеет тенденцию обладать относительно более низкими и умеренными уровнями токсичности, но с ним следует обращаться с особой осторожностью.

При введении растворов лантана они вызывают гипергликемию, печеночные изменения, снижение кровяного давления и дегенерацию селезенки.

Поскольку ион La₃ ⁺ очень похож на ион Ca₂ ⁺ по своим размерам, он часто используется в виде прослеживаемых заменителей в нескольких медицинских исследованиях.

Как и любые другие лантаноиды, лантан также оказывает влияние на метаболизм человека, повышает риск свертывания крови, снижает кровяное давление, уровень холестерина и аппетит.

Когда соединение лантана вводится в мозг человека, оно имеет тенденцию действовать в форме болеутоляющего средства, которое очень похоже на опиаты и морфин.

Для чего используется лантан?

Металл лантана в частности не имеет такого коммерческого использования. Однако сплавы лантана имеют большое разнообразие применений.

1. Сплав лантана и никеля используется для хранения газообразного водорода, который будет использоваться в транспортных средствах с водородным двигателем.
2. Лантан также содержится в аноде никель-гидридных аккумуляторов, которые используются в гибридных автомобилях.
3. Лантан также является важным компонентом сплава mischmetal и используется в кремнях зажигалок.
4. Редкоземельные соединения, которые состоят из лантана, широко используются в приложениях углеродного освещения, таких как кинопроекция и студийное освещение. Они, как правило, помогают в увеличении яркости и обладают спектром излучения, который подобен естественному солнечному свету.
5. Соли лантана используются в катализаторах, используемых в нефтепереработке.

Литература

Савицкий Е. М. [и др.]. Сплавы редкоземельных металлов. М., 1962; Филянд М. А., Семенова Е. И. Свойства редких элементов (Справочник). М.