Лантан

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
57 БарийЛантанЦерий
La

Ас
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
57La
Hexagonal.svg
Electron shell 057 Lanthanum.svg
Внешний вид простого вещества
Лантан в ампуле
Мягкий, ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета
Свойства атома
Название, символ, номер

Лантан / Lanthanum (La), 57

Атомная масса
(молярная масса)

138,90547(7)[1] а. е. м. (г/моль)

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)

 541,1(5,61) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

6,162-6,18 (альфа-модификация) г/см³

Температура плавления

920 K

Температура кипения

3447-3469 K

Уд. теплота плавления

8,5 кДж/моль

Уд. теплота испарения

402 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

27,11[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

22,5 см³/моль

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 — химический элемент побочной подгруппы третьей группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 57, атомная масса 138,9055[2]. Обозначается символом La (лат. Lanthanum). Простое вещество лантан (CAS-номер: 7439-91-0) — блестящий металл серебристо-белого цвета, относится к редкоземельным элементам[2].

История[править | править вики-текст]

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 | править вики-текст]

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 | править вики-текст]

Лантан вместе с церием и неодимом относится к наиболее распространенным редкоземельным элементам. Содержание лантана в земной коре порядка 2,9·10−3% по массе, в морской воде — около 2,9·10−6мг/л[2][3]. Основные промышленные минералы лантана — монацит, бастнезит, апатит и лопарит. В состав этих минералов также входят другие редкие земли[2].

Получение[править | править вики-текст]

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.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Лантан — блестящий серебристо-белый металл, в чистом состоянии — ковкий и тягучий. Слабо парамагнитен. Кристаллическая структура плотноупакованная типа плотнейшей гексагональной упаковки[4].

Существует в трёх кристаллических модификациях: α-La с гексагональной решёткой (а=0,3772 нм, с=1,2144 нм, z=4, пространственная группа Р63/ттс)[2], β-La с кубической решёткой типа меди (а=0,5296 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), γ-La с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (а=0,426 нм, z=2, пространственная группа Im3m, устойчив до 920 °C) температуры переходов α↔β 277 °C и β↔γ 861 °C[2]. DH° полиморфных переходов: α:β — 0,36 кДж/моль, β:γ — 3,12 кДж/моль[2]. При переходе из одной модификации в другую меняется плотность лантана: α-La имеет плотность 6,162-6,18 г/см3[4], β-La — 6,19 г/см3, γ-La — 5,97 г/см3[2].

Сплавляется с цинком, магнием, кальцием, таллием, оловом, свинцом, никелем, кобальтом, марганцем, ртутью, серебром, алюминием, медью и кадмием. С железом лантан образует пирофорный сплав[4].


Химические свойства[править | править вики-текст]

По своим химическим свойствам лантан больше всего похож на 14 следующих за ним элементов, поэтому их называют лантаноидами. Металлический лантан обладает высокой химической активностью[2].

\mathsf{4La + 3O_2 \ \xrightarrow{}\ 2La_2O_3 }
\mathsf{La_2O_3 + 2CO_2 + H_2O \ \xrightarrow{}\ 2LaCO_3(OH) }
\mathsf{4La + 3O_2 \ \xrightarrow{450^oC}\ 2La_2O_3 }
\mathsf{2La + 6H_2O \ \xrightarrow{90^oC}\ 2La(OH)_3 + 3H_2 \uparrow }
\mathsf{2La + 3F_2 \ \xrightarrow{100^oC}\ 2LaF_3 }
\mathsf{2La + 3Cl_2 \ \xrightarrow{100^oC}\ 2LaCl_3 }
\mathsf{2La + 3Br_2 \ \xrightarrow{t^oC}\ 2LaBr_3 }
\mathsf{2La + 3I_2 \ \xrightarrow{t^oC}\ 2LaI_3 }
  • Легко взаимодействует с минеральными кислотами с образованием ионов La3+ и водорода. Вполне возможно, что в водном растворе ион La3+ в значительной степени существует как комплексный ион [La(OH2)9]3+[5]:
\mathsf{2La + 3H_2SO_4 \ \xrightarrow{H_2O}\ 2La^{3+} + 3SO_4^{2-} + 3H_2 \uparrow }

Основные соединения[править | править вики-текст]

Минералы[править | править вики-текст]

  • Бастнезит — минерал класса фторкарбонатов, формула (Ce, La, Y)CO3F. Образует прозрачные кристаллы жёлтого, оранжевого, красного и бурого цветов. Твёрдость по Моосу — 4-4,5; удельный вес — 4,93-5,18. Может содержать от 34,7 до 45,8 % оксида лантана(III)[6].
  • Гадолинит — чёрный (чёрно-бурый) минерал с жирным стекловатым блеском, формула (Ce, La, Nd, Y)2FeBe2Si2O10. Твёрдость по шкале Мооса — 6,5-7[7]. Удельный вес — 4-4,3[8]. Состав непостоянен.
  • Монацит — минерал класса фосфатов, формула (Ce, La, Nd, Th)[PO4]. Может иметь жёлтую, красновато-бурую, гиацинтово-красную, оливиново-зеленую окраску; цвет черты — белый (зеленовато-белый). Твёрдость по Моосу — 5-5,5; удельный вес — 4,9-5,2[9]. Из-за высокого содержания урана и тория — радиоактивен.
  • Ортит — бурый или чёрный минерал, класса силикатов. Химическая формула — (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH)[10]. Твёрдость по Моосу — 5,5-6[11]. Удельный вес составляет 3,3-3,8[12].

Стоимость[править | править вики-текст]

Цены на металлический лантан чистотой 99-99,9 составляют около 2 — 4 долларов за 1 г.

Применение[править | править вики-текст]

Калильная сетка
«Горячий катод», состоящий из борида лантана LaB6
Диаграмма, показывающая поглощение света стеклом ZBLAN

Биологическая роль[править | править вики-текст]

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 том числе лантан, необходимы для нормального развития растений[27].

Ионы лантана способны увеличивать амплитуду ГАМК-активированных сигналов на пирамидальных нейронах гена CA1 (англ.), отмеченных в гиппокампе головного мозга[41]. Получение этих данных позволило сравнить чувствительность рецепторов ГАМКA пирамидальных нейронов с аналогичными рецепторами других клеток по восприимчивости к ГАМК и ионам лантана[41].

Изотопы[править | править вики-текст]

В природе лантан встречается в виде смеси двух изотопов: стабильного 139La и радиоактивного 138La (период полураспада 1,02·1011 лет). Доля наиболее распространённого изотопа 139La в смеси составляет 99,911 %[16]. Искусственно получены 39 неустойчивых изотопов с массовыми числами 117—155 и 12 ядерных изомеров лантана[42][43]. 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 | править вики-текст]

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[44][45].

См. также[править | править вики-текст]

  • Мишметалл — сплав лантана с другими редкоземельными элементами.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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.
  3. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  4. 1 2 3 Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
  5. 1 2 3 Chemical reactions of the elements (англ.). WebElements. Проверено 16 июля 2013.
  6. Бастнезит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  7. Gadolinite (англ.). База данных mindat.org. Проверено 21 июля 2013.
  8. Гадолинит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  9. Лантан // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  10. Allanite (англ.). Ортит в галерее минералов. Проверено 21 июля 2013. Архивировано из первоисточника 25 июля 2013.
  11. Allanite (англ.). База данных mindat.org. Проверено 21 июля 2013.
  12. Ортит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  13. Lighting. 11th edition of Encyclop?dia Britannica (1911). Проверено 6 июня 2009. Архивировано из первоисточника 5 января 2013.
  14. Освещение калильное // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  15. 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.
  16. 1 2 3 4 Статья в Большой Химической Энциклопедии
  17. Inside the Nickel Metal Hydride Battery. Проверено 6 июня 2009. Архивировано из первоисточника 5 января 2013.
  18. (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.
  19. Mischmetal —Encyclopedia Britannica
  20. 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.
  21. As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms, Reuters 2009-08-31 (31 августа 2009).
  22. (2008) «Progress in high-power nickel–metal hydride batteries». Journal of Power Sources 176 (2): 547. DOI:10.1016/j.jpowsour.2007.08.052.
  23. 1 2 FDA approves Fosrenol(R) in end-stage renal disease (ESRD) patients (28 October 2004). Проверено 6 июня 2009.
  24. (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.
  25. Дуговая угольная лампа — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  26. Hendrick James B. Rare Earth Elements and Yttrium // Mineral Facts and Problems. — Bureau of Mines, 1985. — Vol. Bulletin 675. — P. 655.
  27. 1 2 Лантан в Популярной библиотеке химических элементов
  28. Patnaik Pradyot Handbook of Inorganic Chemical Compounds. — McGraw-Hill, 2003. — P. 444–446. — ISBN 0-07-049439-8.
  29. Harrington, James A. Infrared Fiber Optics (PDF)(недоступная ссылка — история). Rutgers University. Архивировано из первоисточника 16 декабря 2009.
  30. 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.
  31. 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
  32. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 3rd ed. (Wiley, New York, 2000).
  33. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
  34. 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.
  35. Hagheseresht et al (2009). «A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters». Applied Clay Science 46 (4): 369–375.
  36. Phosphate in Swimming Pool Water — The Root of Algae Problems
  37. C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy Extractive metallurgy of rare earths. — CRC Press, 2004. — P. 441. — ISBN 0-415-33340-7.
  38. Howard B. Cary Arc welding automation. — CRC Press, 1995. — P. 139. — ISBN 0-8247-9645-4.
  39. 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.
  40. S. Nakai, A. Masuda, B. Lehmann (1988). «La-Ba dating of bastnaesite». American Mineralogist 7.
  41. 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.
  42. 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.
  43. 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.
  44. (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.
  45. (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.

Литература[править | править вики-текст]

  • Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Lanthanum (англ.). WebElements. Проверено 25 июля 2013.