Соединения лантана. Получение, свойства и применение лантана. Лантан Информацию О

В 1826 г. Карл Мозандер – ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса – исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Доказать это Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Новый элемент, обнаруженный в церите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном (от греческого lanqanein – скрываться, забываться). Лантан, содержащийся в церите, успешно скрывался от химиков в течение 36 лет!
И дальше лантан продолжал оправдывать свое имя. Долгое время считали, что он – аналог кальция и других щелочноземельных металлов, его валентность равна двум, а атомный вес 90...94. Только в 1869 г. Менделеев увидел, что во II группе периодической системы редкоземельным элементам нет места и поставил их в III группу, приписав лантану атомный вес 138...139. Проведенное Менделеевым исследование теплоемкости лантана доказало, что лантан должен быть трехвалентным.

Получение:

Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием.
В настояшее время лантан получают преимущественно из монацита и бастнезита ((La, Ce)FCO 3), как и все остальные металлы цериевой подгруппы. Монацитовый концентрат (LnPO 4 + 7% диоксида циркония, 10% диоксида тория и 0,1...0,3% урана) обрабатывают концентрированной серной кислотой, образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщелачивают обычной водой. Последовательно отделяя торий, церий, другие РЗЭ, обычно получают хлорид лантана LaCl 3 . Электролиз расплавленного хлорида дает лантан чистотой до 99,5%. Еще более чистый лантан (99,79% и выше) получают кальциетермическим способом.
Значительно проще и дешевле получать мишметалл - смешанный металл РЗЭ.

Физические свойства:

Металл серебристо-белого цвета. Лантан по твердости подобен олову (плотность 6,2), температура его плавления составляет всего 915-925°С, но зато удивительно высока температура кипения (4515°С).

Химические свойства:

Лантан в сухом воздухе покрывается тонкой пленкой окисла, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но такая "защита" происходит только в сухом воздухе.
По своему химическому поведению лантан напоминает кальций. Как и многие активные металлы, он разлагает воду, хорошо реагирует с кислотами, а при нагревании энергично - с хлором, серой и другими металлоидами, т. е. проявляет свойства типичного металла.
В соединениях проявляет степень окисления +3.

Важнейшие соединения:

Оксид лантана , La 2 O 3 , белый аморфный порошок, нерастворимый в воде, но растворимый в кислотах. Взаимодействуя с CO 2 переходит в карбонат.
Гидроксид лантана La(OH) 3 , студенистый белый осадок, образуется при взаимодействии лантана с водой, солей лантана с растворами щелочей. Взаимодействуя с CO 2 переходит в карбонат.
Соли лантана бесцветные крист. вещества. Растворимые соли - нитрат, галогениды, сульфат; нерастворимы - фторид, фосфат, карбонат. Нитрат, карбонат при нагревании разлагаются образуя оксид лантана. Основной ацетат лантана ведет себя как крахмал, если к нему добавляют иод. Белый гель принимает ярко-синюю окраску. Этим свойством иногда пользуются для открытия лантана в смесях и растворах.

Применение:

В качестве легирующего металла чистый лантан почти не применяют, используя для этого более дешевый и доступный мишметалл. Эта добавка в чугун и сталь работает как сильный раскислитель, превосходный дегазатор и десульфатор. Добавки РЗЭ в легкие сплавы (магний, алюминий) повышают их жаростойкость и стойкость к коррозии. РЗЭ используют и для улучшения свойств сплавов меди, хрома, ванадия, титана...
Расплавленным лантаном экстрагируют плутоний из жидкого урана.
Железо-цериево-лантанный "кремень" применяется в карманных зажигалках и в трассирующих артиллерийских снарядах.
Оксид лантана La 2 O 3 - важный компонент оптических стекол (фотообъективы «Кодак» содержат от 20 до 40% La 2 O 3 , лучшие отечественные фотообъективы тоже сделаны из лантанового стекла), Лантановое стекло идет также на изготовление лабораторной посуды (термостойкость и кислотоупорность). См. также:
Популярная библиотека химических элементов Издательство «Наука», 1977.

(Lanthanum; - скрываюсь, остаюсь незамеченным), La - редкоземельный хим. элемент III группы периодической системы элементов; ат. н. 57, ат. м. 138,055. Серебристо-белый металл. В соединениях проявляет степень окисления + 3. 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 с массовыми числами 127-137 и 140- 144. Макс. период полураспада (6 104 лет) - у изотопа 137La. Лантан открыл в 1839 швед, химик К. Мозандер, доказавший неоднородность открытой ранее «цериевой земли».

По распространенности лантан занимает среди редкоземельных элементов третье место после церия и неодима. Содержание Л. в земной коре 1,8 х 10-3 %. Л. и остальные элементы цериевой подгруппы получают преим. из минералов монацита и бастнезита. В монаците содержится 17% La203, в бастнезите 24% La203. Кристаллическая решетка Л. при комнатной т-ре гексагональная плотноупако-ванная (типа альфа-лантан) с периодами а = 3,770 ± 0,002А, с =12,159 ± 0,008А и плотностью 6,162 г/см3. Имеет три аллотропические модификации. Т-ры превращений: альфа → бета 310 ± 5°С, 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 - объемноцентриро-ванную 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-б (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%. Твердость Л. по Виккер-су (т-ра 20° С): литого 50, отожженного 37, кованого 120-178 кгс/мм2. При комнатной т-ре достаточно чистый Л. поддается ковке и прессованию, но не обладает достаточной вязкостью. Возможно изготовление листов из чистого Л. ковкой при комнатной т-ре. Лантан как и другие редкоземельные , обладает большой хим. активностью.

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 Л. воспламеняется. С азотом Л. 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 , реагирует с большинством др. хим. элементов. Легко растворяется В соляной, серной и азотной к-тах. Соли Л. белого цвета. Сплавляется со многими металлами. Плавку ведут в инертной среде или в вакууме. Металлический Л. чистотой до 99,48% получают электролитическим способом. В пром-сти наиболее широко распространен безводного хлорида в расплаве. Металл поставляют в виде слитков трапецоидальной или круглой формы массой 2-5 кг. Лантановый миш-металл применяют для улучшения св-в коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Кроме того, лантан служит компонентом алюминиевых и др. легких сплавов. Окись Л. 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 Л. и лантаноидов.

Лантан в природе

Встречается в виде устойчивого изотоп 89 La (99,91%) . В литосфере содержится лантана 2 ⋅ 10 ⁻ ⁴ в. Встречаются достаточно богатые этим элементом, однако эти настолько рассеяны, что переработка связана с концентрированием (отделением больших количеств пустой породы) , что связано с большими энергозатратами.

Поскольку лантан 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) :

LaCl 3 + 3K = La + 3KCl

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 La 2 O 3 .

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

2La + 6H 2 O = 2La(OH) 3 ↓ + 3H 2

2La + 3H 2 SO 4 = La 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2

и растворяется в кислотах.

Соединения лантана

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

Его оксиды отвечают формуле La 2 O 3 , бесцветны, тугоплавки, получаются разложением нитратов:

4La(NO 3 ) 3 = 2LaO 3 + 12NO 2 + 3O 2

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

La 2 O 3 + 3H 2 O = 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. , нитраты и ацетаты растворимы в воде и гидролизуются в незначительной степени.

Мало растворимые в воде фториды, 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 — это фторид — , карбонат — , сульфат — , оксалат- ионы. Ион лантана La ³ ⁺ образует с фторид — ионами комплексные соединения:

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

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

Подробнее по этой теме см.: Редкоземельные элементы.
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. Основные промышленные минералы лантана — монацит, бастнезит, апатит и лопарит. В состав этих минералов также входят другие редкие земли.

Получение

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

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

Существует в трёх кристаллических модификациях: α-La с гексагональной решёткой (а=0,3772 нм, с=1,2144 нм, z=4, пространственная группа Р63/ттс), 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. DH° полиморфных переходов: α:β — 0,36 кДж/моль, β:γ — 3,12 кДж/моль. При переходе из одной модификации в другую меняется плотность лантана: α-La имеет плотность 6,162-6,18 г/см3, β-La — 6,19 г/см3, γ-La — 5,97 г/см3.

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

Лантан

ЛАНТА́Н -а; м. Химический элемент (La), редкоземельный металл (применяется как легирующая добавка к алюминиевым сплавам, компонент оптических стёкол, в лазерах).

◁ Ланта́новый, -ая, -ое.

(лат. Lanthanum), химический элемент III группы периодической системы, относится к редкоземельным элементам. Название от греч. lanthánō - скрываюсь, в связи с трудностями получения. Металл. Плотность 6,162 г/см 3 , t пл 920°C. Лантан - основа геттерных сплавов с никелем, легирующая добавка к алюминиевым и другим сплавам; LaCrO 3 - материал высокотемпературных электропроводящих керамических изделий; La 2 O 3 - компонент оптических стёкол; LaF 3 , La 2 O 3 - лазерные материалы.

ЛАНТА́Н (лат. Lanthanum, от греческого «лантано» - скрываюсь), La (читается «лантан»), химический элемент с атомным номером 57, атомная масса 138,9055. Природный лантан состоит из двух изотопов: 139 La (99,911%) и радиоактивного 138 La (-радиоактивен, период полураспада Т 1/2 2.10 11 лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s 2 p 6 d 1 6s 2 . Степень окисления +3 (валентность III).
Расположен в группе IIIВ в 6 периоде периодической системы. Вместе с неодимом (см. НЕОДИМ) и церием (см. ЦЕРИЙ) относится к наиболее распространенным редкоземельным элементам. Радиус атома 0,187 нм, радиус иона La 3+ - от 0,117 (координационное число 6) до 0,150 нм (12). Энергии последовательной ионизации 5,577, 11,06, 19,18 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,1.
История открытия
Лантан открыт в 1839 шведским химиком К. Г. Мосандером (см. МОСАНДЕР Карл Густав) в виде оксида лантана La 2 O 3 при исследовании примесей, содержащихся в соединениях церия (см. ЦЕРИЙ) .
Нахождение в природе
Содержание лантана в земной коре 2,9·10 -3 % (по массе). В природе вместе с другими редкоземельными элементами входит в состав минералов: монацит (см. МОНАЦИТ) , бастензит, лопарит (см. ЛОПАРИТ) и апатит (см. АПАТИТ) .
Получение
Получение лантана связано с разделением исходного сырья на фракции. Лантан концентрируется вместе с церием, празеодимом (см. ПРАЗЕОДИМ) и неодимом. Сначала из смеси отделяют церий (используя его способность образовывать устойчивые соединения в степени окисления +4), затем оставшиеся элементы разделяют методами ионной хроматографии и экстракции. Для отделения от других лантаноидов и редкоземельных элементов лантан осаждают в виде оксалата La 2 (C 2 O 4) 3 ·9H 2 O, прокаливание которого приводит к образованию La 2 О 3 . Металлический лантан получают действием на LaCl 3 (LaF 3) кальция или электролизом расплава LaCl 3 в присутствии СаСI 2 или ВаСI 2 .
Физические и химические свойства
Лантан - серебристо-белый металл.
До температуры 277°C устойчив a-La с гексагональной решеткой, а = 0,3772 нм и с = 1,2144 нм. При температурах 277-861°C устойчив b-La с кубической решеткой типа Cu. При температуре 861-920°C устойчив g-La с кубической решеткой типа a-Fe. Температура кипения лантана 3447°C, плотность a-La 6,162 кг/дм 3 .
На воздухе лантан быстро окисляется с образованием гидратированного оксикарбоната. При нагревании до 450°C в среде кислорода (см. КИСЛОРОД) La воспламеняется, образуя основной оксид La 2 O 3 . При нагревании La реагирует с N 2 с образованием нитрида, с H 2 с образованием гидридов переменного состава. При нагревании реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) , серой (см. СЕРА) и фосфором (см. ФОСФОР) .
Гидроксид La(ОН) 3 .получают действием растворов щелочей на водорастворимые соли лантана.
Плохо растворимы в воде фторид, фосфат, карбонат, оксалат и некоторые другие соли лантана.
Применение
Лантан - легирующая добавка к алюминиевым, магнивыем, никелевым, кобальтовым сплавам, компонент миш-металла (см. МИШ-МЕТАЛЛ) , применяемого для улучшения свойств коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Интерметаллид LaNi 5 - перспективный аккумулятор. Оксисульфид и алюминат - компоненты люминофоров. Оксид лантана используют для получения оптического стекла.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "лантан" в других словарях:

- (лат., от греч. lanthano быть скрытым, спрятанным). Металл, открытый в 1840 г. Мозандером в церите. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛАНТАН лат., от греч. lanthano, быть скрытым, спрятанным. Металл,… … Словарь иностранных слов русского языка

- (лат. Lanthanum) La, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055, относится к редкоземельным элементам. Назван от греческого lanthano скрываюсь, в связи с трудностями получения. Металл. Плотность… … Большой Энциклопедический словарь

- (символ La), серебристо белый металлический элемент группы ЛАНТАНИДЛОВ, впервые обнаружен в 1839 г. Основные руды, в которых он содержится, это монациты и бастнезиты. Мягкий, ковкий и вязкий, лантан применяется как КАТАЛИЗАТОР при КРЕКИНГЕ… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (Lanthanum), La, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055; относится к редкоземельным элементам; металл. Открыт шведским химиком К. Мосандером в 1839 … Современная энциклопедия

Лантан. La - химический элемент побочной подгруппы III группы 6 периода периодической системы Атомный номер 57 Атомная масса 138,9055 Плотность, г/cм³ 6,162-6,18 t плавления, К 920 t кипения, К блестящий металл серебристо- белого цвета, относится к редкоземельным элементам

Природный лантан состоит из двух изотопов: Стабильный 139 La (99,911%) Радиоактивный 138 La (период полураспада 1,02·1011 лет) Доля наиболее распространённого изотопа 139La в смеси составляет 99,911 %. Искусственно получены 39 неустойчивых изотопов с массовыми числами и 12 ядерных изомеров лантана. лантан-137 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.

Кларк в земной коре = 2, % по массе В воде морей и океанов = 2, мг/л Лантан открыт в 1839 шведским химиком Карлом Густавом Мосандером в виде оксида лантана La2O3 при исследовании примесей, содержащихся в соединениях церия В природе вместе с другими редкоземельными элементами входит в состав минералов: монацит, бастензит, лопарит и апатит.

На воздухе лантан быстро окисляется с образованием гидратированного окси карбоната. При нагревании до 450°C в среде кислорода La воспламеняется, образуя основной оксид La2O3. При нагревании La реагирует с N2 с образованием нитрида, с H2 с образованием гидридов переменного состава. При нагревании реагирует с галогенами, серой и фосфором. Гидроксид La(ОН)3 получают действием растворов щелочей на водорастворимые соли лантана. Плохо растворимы в воде фторид, фосфат, карбонат, оксалат и некоторые другие соли лантана.

Биологическая роль Изучена слабо. Однако 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.

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

Улучшения Лантан легирующая добавка к алюминиевым, магнивыем, никелевым, кобальтовым сплавам, компонент миш-металла, применяемого для улучшения свойств коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Оксид лантана используют для получения оптического стекла.