Лантан
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.
ИсторияРедактиране
Лантанът е открит под формата на La2O3 през 1839 г. от шведския химик Карл Мосандер, който го отделя от CeO2.[3] 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.[3] Тези свои предположения той подкрепя с изчисляването на топлинния капацитет на лантана и последвалото доказване на неговата тривалентност.
РазпространениеРедактиране
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 свойстваРедактиране
Лантанът е сребърно-бял, ковък и пластичен, блестящ метал. Може да се реже с нож.[3] 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.
ИзотопиРедактиране
| 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 свойстваРедактиране
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.[3]
Лантанът е с постоянна степен на окисление +3 в съединенията си. Реактивността му е подобна на алкалоземните метали.[4] 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.
СъединенияРедактиране
Лантанът има постоянна степен на окисление +3.
Оксид и хидроксидРедактиране
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.[4] 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.[4]
СолиРедактиране
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 слабо разтворими.[4]
ХалогенидиРедактиране
Безводни халогениди се получават при директен синтез на La с халоген. Те са йонни високотопими съединения. Слабо разтворим е само флуоридът.[4]
Други съединенияРедактиране
LaH3 може да се използва за склад на водород.[4]
ПолучаванеРедактиране
Съществуват различни методи за добив на метала, в зависимост от минерала, 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.[4]
ПриложенияРедактиране
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.
СплавиРедактиране
Лантанът намира широко приложение в металургията при производството на високотемпературни сплави и свръхпроводници.[3] 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 оксидРедактиране
- 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 карбонатРедактиране
Медикаменти за намаляване на фосфатните нива при пациенти на диализа.
Мерки за безопасностРедактиране
Лантанът е определен като слабо токсичен и не участва в биологичните процеси.[3] 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.[3]
ИзточнициРедактиране
- ↑ Lide, D. R.. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds. // CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th. Boca Raton (FL), CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5. (на английски)
- ↑ Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill, 2003. ISBN 0-0704-9439-8. p. 444 – 446. (на английски)
- ↑ а б в г д е ж Лефтеров, Димитър. Химичините елементи и техните изотопи. София, Академично издателство „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 294 – 298.
- ↑ а б в г д е ж Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съединения. Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 589 – 602.
 
|
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. |