Лантан
|
|||||
| Внешний вид простого вещества | |||||
|---|---|---|---|---|---|
 Мягкий, ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета |
|||||
| Свойства атома | |||||
| Имя, символ, номер |
Лантан / Lanthanum (La), 57 |
||||
| Атомная масса (молярная масса) |
|||||
| Электронная конфигурация |
[Xe] 5d1 6s2 |
||||
| Радиус атома |
187 пм |
||||
| Химические свойства | |||||
| Ковалентный радиус |
169 пм |
||||
| Радиус иона |
101.(+3e) 6 пм |
||||
| Электроотрицательность |
1,10 (шкала Полинга) |
||||
| Электродный потенциал |
La←La3+ -2.38В |
||||
| Степени окисления |
3 |
||||
| Энергия ионизации (первый электрон) |
|||||
| Термодинамические свойства простого вещества | |||||
| Плотность (при н. у.) |
6,162 г/см³ |
||||
| Температура плавления |
1194 K |
||||
| Температура кипения |
3730 K |
||||
| Теплота плавления |
8,5 кДж/моль |
||||
| Теплота испарения |
402 кДж/моль |
||||
| Молярная теплоёмкость |
27,11[1] Дж/(K·моль) |
||||
| Молярный объём | |||||
| Кристаллическая решётка простого вещества | |||||
| Структура решётки |
гексагональная |
||||
| Параметры решётки |
a=3,772 c=12,14 Å |
||||
| Отношение c/a |
3,22 |
||||
| Температура Дебая |
132 K |
||||
| Прочие характеристики | |||||
| Теплопроводность |
(300 K) 13,4 Вт/(м·К) |
||||
| 57 |
Лантан
|
|
La
138,906
|
|
| 5d16s2 | |
Ланта́н — элемент побочной подгруппы третьей группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 57. Обозначается символом La (лат. Lanthanum). Простое вещество лантан (CAS-номер: 7439-91-0) — металл серебристо-белого цвета. Существует в трёх кристаллических модификациях: α-La с гексагональной решёткой, β-La с кубической решёткой типа меди, γ-La с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температуры переходов α↔β 277 °C и β↔γ 861 °C[1].
Содержание |
История [править]
Лантан, как химический элемент, не удавалось открыть на протяжении 36 лет. В 1803 г. 24-летний шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус исследовал минерал, известный теперь под названием церита. В этом минерале была обнаружена иттриевая земля и ещё одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Её назвали цериевой. В 1826 г. Карл Мозандер исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится ещё один новый элемент. Доказать сложность цериевой земли Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Он сумел выделить новый элемент, когда в его распоряжении оказалось большее количество церита.
Происхождение названия [править]
Новый элемент, обнаруженный в церите и мозандерите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном. Оно было дано в честь истории его открытия и происходит от др.-греч. λανθάνω — «скрываюсь», «таюсь».
Нахождение в природе [править]
Содержание в земной коре порядка 18 — 30 г/т, в воде океанов 0,012 мкг/л[2].
Месторождения [править]
Главные месторождения лантана находятся в США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии.
Получение [править]
Получение лантана связано с разделением исходного сырья на фракции. Лантан концентрируется вместе с церием, празеодимом и неодимом. Сначала из смеси отделяют церий, затем оставшиеся элементы разделяют экстракцией.
Стоимость [править]
Цены на металлический лантан чистотой 99-99,9 составляют около 2 — 4 долл за 1 г.
Применение [править]
- Впервые в истории лантан применяли в газокалильных сетках. Австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах использовал смесь, состоящую из 60% оксида магния, 20% оксида иттрия и 20% оксида лантана, которая получила название Actinophor, и была запатентована в 1885 году. Новый осветительный прибор («ауэровский колпачок») давал светло-зелёный свет[3][4].
- Оксид и борид лантана используются в электронно-вакуумных лампах как материал т.н. "горячего катода", то есть катода с высокой интенсивностью потока электронов. Кристаллы LaB6 применяются в источниках катодных лучей для электронных микроскопов[5].
- Лантан применяется как компонент сплавов никеля, магния, кобальта и др.[6]
- Соединение состава La(Ni3.55Mn0.4Al0.3Co0.4Fe0.35) используется для анодного материала никель-металл-гидридных аккумуляторов. Оно представляет собой интерметаллид AB5-типа[7][8].
- Чистый лантан практически не используется по причине своей высокой стоимости; вместо него применяется мишметалл: сплав с содержанием лантана 20-45%[9][10]. Мишметалл является компонентом жаропрочных и коррозионностойких сплавов[6].
- Для производства типичного гибридного автомобиля Toyota Prius требуется 10-15 кг лантана, где он входит в состав аккумулятора[11][12].
- Карбонат лантана используется как лекарство, имеющее собственное название Fosrenol[13], применяющееся при гиперфосфатемии для поглощения избытка фосфатов[13].
- Лантан имеет свойство поглощать водород. Один объём этого вещества способен поглотить до 400 объёмов водорода в процессе обратимой адсорбции. Это свойство применяется для создания емких аккумуляторов водорода (металлогидридное хранение водорода) и в системах сохранения энергии, так как при растворении водорода в лантане выделяется теплота[10][14].
- Соли лантана и других редкоземельных элементов применяются в угольных дуговых лампах для увеличения яркости дуги[15]. Угольные дуговые лампы популярны в кинопроекторах. На производство последних приходится около 25% соединений лантана, которые изначально предполагались для дуговых ламп[10][16].
- Жидким лантаном извлекают плутоний из расплавленного урана[17].
- Небольшая добавка лантана к стали увеличивает её пластичность и деформируемость. Добавка лантана к молибдену уменьшает его твёрдость и чувствительность к перепадам температур[10].
- Фторид лантана — важный компонент люминофоров. В смеси с фторидом европия он используется в кристаллической мембране ионоселективных электродов[18]. Он также входит в состав стекла ZBLAN. Оно обладает улучшенным коэффициентом пропускания в инфракрасном диапазоне и поэтому применяется в волоконной оптике[19].
- Оксид лантана(III) — компонент специальных стёкол, высокотемпературной керамики, применяется также для производства других соединений лантана[20][10].
- Хлорид и бромид лантана применяются как сцинтилляторы с высоким световым выходом, лучшим энергетическим разрешением и временем высвечивания[21][22].
- Оксисульфид и алюминат лантана используются в люминофорах[23][6].
- Ионы лантана как и пероксидаза хрена используется в молекулярной биологии для усиления электрического сигнала до уровня, необходимого для детекции[24].
- Бентонитовая глина (т.н. Phoslock), в которой ионы натрия и кальция заменяются на ионы лантана, используется для очистки сточных воды от фосфатов[25].
- Небольшое количество соединений лантана связывает фосфаты в воде, в результате чего останавливается рост водорослей, которым необходимы соединения фосфора. Это свойство может применятся для очистки воды в бассеинах[26].
- Некоторые соединения лантана (и других редкоземельных элементов), например, хлориды и оксиды являются компонентами различных катализаторов, применяемых в частности, для крекинга нефти[27].
- Добавка оксида лантана (La2O3) к вольфраму используется при дуговой сварке вольфрамовым электродом (англ.), как замена радиоактивному торию[28][29].
- Лантан-бариевый метод радиометрического датирования иногда используется для оценки возраста горных пород и месторождений полезных ископаемых[30].
Биологическая роль [править]
В 30-х годах советский ученый А. А. Дробков проводил исследование, связанное с влиянием редкоземельных металлов на культурные растения. Он проводил опыты с горохом, репой и другими растениями, вводил редкоземельные металлы вместе с бором, марганцем или без них. Результаты опытов показывали, что редкоземельные элементы, в т.ч. лантан, необходимы для нормального развития растений[17].
Ионы лантана способны увеличивать амплитуду ГАМК-активированных сигналов на пирамидальных нейронах гена CA1 (англ.), отмеченных в гиппокампе головного мозга[31]. Получение этих данных позволило сравнить чувствительность рецепторов ГАМКA пирамидальных нейронов с аналогичными рецепторами других клеток по восприимчивости к ГАМК и ионам лантана[31].
Изотопы [править]
В природе лантан встречается в виде смеси двух изотопов: стабильного 139La и радиоактивного 138La (период полураспада 2·1011 лет). Доля наиболее распространённого изотопа 139La в смеси составляет 99,911 %[6]. Искусственно получены 39 неустойчивых изотопов с массовыми числами 117—155 и 12 ядерных изомеров лантана[32][33]. Наиболее долгоживущим из них является лантан-137 с периодом полураспада около 60 тыс. лет. Остальные изотопы имеют периоды полураспада от нескольких миллисекунд до нескольких часов.
Меры предосторожности [править]
Лантан относится к умеренно-токсичным веществам. Металлическая пыль лантана, а также мелкие частицы его соединений могут раздражать верхние дыхательные пути при попадании их внутрь, а также вызвать пневмокониоз[34][35].
См. также [править]
- Мишметалл — сплав лантана с другими редкоземельными элементами.
Примечания [править]
- ↑ 1 2 Химическая энциклопедия: в 5-ти тт. / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 577. — 671 с. — 100 000 экз.
- ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
- ↑ Lighting. 11th edition of Encyclop?dia Britannica (1911). Архивировано из первоисточника 5 января 2013. Проверено 6 июня 2009.
- ↑ Освещение калильное // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- ↑ Jason D. Sommerville and Lyon B. King. «[http://www.me.mtu.edu/researchAreas/isp/Papers/AIAA-2007-5174-907.pdf Effect of Cathode Position on Hall-Effect Thruster Performance and Cathode Coupling Voltage]». 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 8–11 July 2007, Cincinnati, OH. Проверено 2009-06-06.
- ↑ 1 2 3 4 Статья в Большой Химической Энциклопедии
- ↑ Inside the Nickel Metal Hydride Battery. Архивировано из первоисточника 5 января 2013. Проверено 6 июня 2009.
- ↑ (2007) «AB5-type hydrogen storage alloy used as anodic materials in Ni-MH batteries». Journal of Alloys and Compounds 436: 221. DOI:10.1016/j.jallcom.2006.07.012.
- ↑ Mischmetal —Encyclopedia Britannica
- ↑ 1 2 3 4 5 C. R. Hammond The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition. — CRC press, 2000. — ISBN 0-8493-0481-4
- ↑ As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms, Reuters 2009-08-31 (31 августа 2009).
- ↑ (2008) «Progress in high-power nickel–metal hydride batteries». Journal of Power Sources 176 (2): 547. DOI:10.1016/j.jpowsour.2007.08.052.
- ↑ 1 2 FDA approves Fosrenol(R) in end-stage renal disease (ESRD) patients (28 October 2004). Проверено 6 июня 2009.
- ↑ (1999) «Hydrogen solubility in rare earth based hydrogen storage alloys». International Journal of Hydrogen Energy 24 (9): 871. DOI:10.1016/S0360-3199(98)00161-X.
- ↑ Дуговая угольная лампа — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
- ↑ Hendrick James B. Rare Earth Elements and Yttrium // Mineral Facts and Problems. — Bureau of Mines, 1985. — Vol. Bulletin 675. — P. 655.
- ↑ 1 2 Лантан в Популярной библиотеке химических элементов
- ↑ Patnaik Pradyot Handbook of Inorganic Chemical Compounds. — McGraw-Hill, 2003. — P. 444–446. — ISBN 0-07-049439-8
- ↑ Harrington, James A. Infrared Fiber Optics (PDF)(недоступная ссылка — история). Rutgers University.
- ↑ Kim, K (2003). «The effect of lanthanum on the fabrication of ZrB2–ZrC composites by spark plasma sintering». Materials Characterization 50: 31. DOI:10.1016/S1044-5803(03)00055-X.
- ↑ E. V. D. van Loef, P. Dorenbos, C. W. E. van Eijk, K. W. Kraemer and H. U. Guedel Appl. Phys. Lett. 79 2001 1573
- ↑ Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 3rd ed. (Wiley, New York, 2000).
- ↑ Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
- ↑ Chau YP, Lu KS (1995). «Investigation of the blood-ganglion barrier properties in rat sympathetic ganglia by using lanthanum ion and horseradish peroxidase as tracers». Acta Anatomica (Basel) 153 (2): 135–144. DOI:10.1159/000313647. ISSN 0001-5180. PMID 8560966.
- ↑ Hagheseresht et al (2009). «A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters». Applied Clay Science 46 (4): 369–375.
- ↑ Phosphate in Swimming Pool Water - The Root of Algae Problems
- ↑ C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy Extractive metallurgy of rare earths. — CRC Press, 2004. — P. 441. — ISBN 0-415-33340-7
- ↑ Howard B. Cary Arc welding automation. — CRC Press, 1995. — P. 139. — ISBN 0-8247-9645-4
- ↑ Larry Jeffus. Types of Tungsten // Welding : principles and applications. — Clifton Park, N.Y.: Thomson/Delmar Learning, 2003. — P. 350. — ISBN 978-1-4018-1046-7
- ↑ S. Nakai, A. Masuda, B. Lehmann (1988). «La-Ba dating of bastnaesite». American Mineralogist 7.
- ↑ 1 2 Boldyreva, A. A. (2005). «Lanthanum Potentiates GABA-Activated Currents in Rat Pyramidal Neurons of CA1 Hippocampal Field». Bulletin of Experimental Biology and Medicine 140 (4): 403–5. DOI:10.1007/s10517-005-0503-z. PMID 16671565.
- ↑ Данные приведены по G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
- ↑ Данные приведены по G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- ↑ (1994) «Lanthanide particles in the lung of a printer». Science of the Total Environment 151 (3): 249–252. DOI:10.1016/0048-9697(94)90474-X. PMID 8085148.
- ↑ (1990) «Rare earth deposits in a deceased movie projectionist. A new case of rare earth pneumoconiosis». The Medical journal of Australia 153 (11–12): 726–30. PMID 2247001.
Ссылки [править]
 |
Лантан на Викискладе? |
|---|
|
|
|
|---|---|
|
Ацетат лантана(III) (La(CH3COO)3) • Ацетилацетонат лантана (La(С5H7O2)3) • Бензоилацетонат лантана (La(C10H9O2)3) • Борид лантана(III) (LaB6) • Бромид лантана(III) (LaBr3) • Гидрид лантана(I) (LaH) • Гидрид лантана(II) (LaH2) • Гидрид лантана(III) (LaH3) • Гидроксид лантана(III) (La(OH)3) • Иодид лантана(III) (LaI3) • Карбид лантана(III) (LaC2) • Карбонат лантана(III) (La2(CO3)3) • Купферонат лантана ([La{C6H5N(NO)O}3]) • Нитрат лантана(III) (La(NO3)3) • Оксалат лантана(III) (La2(C2O4)3) • Оксид лантана(III) (La2O3) • Оксисульфид лантана (La2O2S) • Оксифторид лантана(III) (LaOF) • Силицид лантана(III) (LaSi2) • Сульфат лантана(III) (La2(SO4)3) • Сульфит лантана(III) (La2(SO3)3) • Сульфид лантана(III) (La2S3) • Сульфиды лантана • Фосфат лантана(III) (LaPO4) • Фосфид лантана(III) (LaP) • Фторид лантана(III) (LaF3) • Хлорид лантана(III) (LaCl3) • Хромат лантана(III) (La2(CrO4)3) |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||||||||
| 1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||
| 6 | 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 | ||||||||||
| 7 | 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 | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | ||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электрохимический ряд активности металлов | |
|---|---|
|
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 Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.
|
