Лантан

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
У этого термина существуют и другие значения, см. Лантан (значения).
Лантан
← Барий | Церий →
57 La
↓
Ас
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
57La
Hexagonal.svg
Electron shell 057 Lanthanum.svg
Внешний вид простого вещества
Lanthanum-2.jpg
Образец лантана в ампуле
Свойства атома
Название, символ, номер Лантан / Lanthanum (La), 57
Группа, период, блок 3 (устар. 3), 6,
f-элемент
Атомная масса
(молярная масса)		 138,90547(7)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 5d16s2
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 0, +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 1193 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
138,9055
5d16s2

Ланта́н (химический символ — La, от лат. Lanthanum) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 57.

Возглавляет семейство «Лантаноиды».

Простое вещество лантан — блестящий редкоземельный металл серебристо-белого цвета.

История

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 церит. В этом минерале была обнаружена иттриевая земля и ещё одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Её назвали цериевой. В 1826 г. Карл Мосандер исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится ещё один новый элемент. Доказать сложность цериевой земли Мосандеру 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 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[2][3]. Основные промышленные минералы лантана — монацит, бастнезит, апатит и лопарит. В состав этих минералов также входят другие редкоземельные элементы[2].

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома лантана: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f05d1

Лантан — мягкий пластичный 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].

С некоторыми металлами, например, с цинком, магнием, кальцием, таллием, оловом, свинцом, никелем, кобальтом, марганцем, ртутью, серебром, алюминием, медью, кадмием и др., металлический лантан образует сплавы. С железом лантан образует пирофорный сплав[4].

Химические свойства

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].

[math]\displaystyle{ \mathsf{4La + 3O_2 \ \xrightarrow{}\ 2La_2O_3 } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{La_2O_3 + 2CO_2 + H_2O \ \xrightarrow{}\ 2LaCO_3(OH) } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{4La + 3O_2 \ \xrightarrow{450^oC}\ 2La_2O_3 } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{2La + 6H_2O \ \xrightarrow{90^oC}\ 2La(OH)_3 + 3H_2 \uparrow } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{2La + 3F_2 \ \xrightarrow{100^oC}\ 2LaF_3 } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{2La + 3Cl_2 \ \xrightarrow{100^oC}\ 2LaCl_3 } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{2La + 3Br_2 \ \xrightarrow{t^oC}\ 2LaBr_3 } }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{2La + 3I_2 \ \xrightarrow{t^oC}\ 2LaI_3 } }[/math]
  • 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]:
[math]\displaystyle{ \mathsf{2La + 3H_2SO_4 \ \xrightarrow{H_2O}\ 2La^{3+} + 3SO_4^{2-} + 3H_2 \uparrow } }[/math]

Основные соединения

Минералы

  • 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].

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.

Применение

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

Биологическая роль

В 1930-х годах советский учёный А. А. Дробков исследовал влияние редкоземельных металлов на культурные растения. Он проводил опыты с горохом, репой и другими растениями, вводя в грунт редкоземельные элементы (РЗЭ) вместе с бором, марганцем или без них. Результаты опытов показывали, что редкоземельные элементы, в том числе лантан, улучшают рост растений[27][41][42]. Однако использование микроудобрений на основе лантана и других РЗЭ приводит к противоположным результатам для разных видов и даже сортов одного вида культурных растений[43]. В Китае, являющемся ведущим мировым производителем РЗЭ, такие микроудобрения массово применяются в сельском хозяйстве[43][44].

Ионы лантана способны увеличивать амплитуду ГАМК-активированных сигналов на пирамидальных нейронах гена CA1[en], отмеченных в гиппокампе головного мозга[45]. Получение этих данных позволило сравнить чувствительность рецепторов ГАМКA пирамидальных нейронов с аналогичными рецепторами других клеток по восприимчивости к ГАМК и ионам лантана[45].

Изотопы

Основная статья: Изотопы лантана

В природе лантан встречается в виде смеси двух изотопов: стабильного 139La и радиоактивного 138La (период полураспада 1,02⋅1011 лет). Доля более распространённого изотопа 139La в природной смеси составляет 99,911 %[16]. Искусственно получены 39 неустойчивых изотопов с массовыми числами 117—155 и 12 ядерных изомеров лантана[46][47]. 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

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[48][49].

См. также

  • Мишметалл — сплав лантана с другими редкоземельными элементами.

Примечания

  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. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 Химическая энциклопедия: в 5 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. ↑ 4,0 4,1 4,2 Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Chemical reactions of the elements (англ.). WebElements. Дата обращения: 16 июля 2013. Архивировано 22 октября 2021 года.
  6. ↑ Бастнезит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  7. ↑ Gadolinite (англ.). База данных mindat.org. Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 19 августа 2013 года.
  8. ↑ Гадолинит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  9. ↑ Лантан // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  10. ↑ Allanite (англ.). Ортит в галерее минералов. Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 25 июля 2013 года.
  11. ↑ Allanite (англ.). База данных mindat.org. Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 25 мая 2009 года.
  12. ↑ Ортит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  13. ↑ Lighting (недоступная ссылка). 11th edition of Encyclop?dia Britannica (1911). Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано 5 января 2013 года.
  14. ↑ Освещение калильное // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (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] (англ.) // 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 8–11 July 2007, Cincinnati, OH : journal.
  16. ↑ 16,0 16,1 16,2 16,3 [www.xumuk.ru/encyklopedia/2271.html Статья в Большой Химической Энциклопедии]
  17. ↑ Inside the Nickel Metal Hydride Battery (недоступная ссылка). Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано 5 января 2013 года.
  18. ↑ Tliha, M; Mathlouthi, H; Lamloumi, J; Percheronguegan, A. AB5-type hydrogen storage alloy used as anodic materials in Ni-MH batteries (англ.) // Journal of Alloys and Compounds : journal. — 2007. — Vol. 436. — P. 221. — doi:10.1016/j.jallcom.2006.07.012.
  19. ↑ Mischmetal —Encyclopedia Britannica. Дата обращения: 28 декабря 2012. Архивировано 18 июня 2013 года.
  20. ↑ 20,0 20,1 20,2 20,3 20,4 C. R. Hammond. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition (англ.). — CRC press, 2000. — ISBN 0-8493-0481-4.
  21. ↑ As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms, Reuters 2009-08-31 (31 августа 2009). Архивировано 25 октября 2021 года. Дата обращения 2 октября 2017.
  22. ↑ Bauerlein, P; Antonius, C; Loffler, J; Kumpers, J. Progress in high-power nickel–metal hydride batteries (англ.) // Journal of Power Sources  (англ.) (рус. : journal. — 2008. — Vol. 176, no. 2. — P. 547. — doi:10.1016/j.jpowsour.2007.08.052.
  23. ↑ 23,0 23,1 FDA approves Fosrenol(R) in end-stage renal disease (ESRD) patients (недоступная ссылка) (28 октября 2004). Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано 26 апреля 2009 года.
  24. ↑ Uchida, H. Hydrogen solubility in rare earth based hydrogen storage alloys (англ.) // International Journal of Hydrogen Energy : journal. — 1999. — Vol. 24, no. 9. — P. 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 (неопр.). — Bureau of Mines, 1985. — Т. Bulletin 675. — С. 655.
  27. ↑ 27,0 27,1 Лантан в Популярной библиотеке химических элементов. Дата обращения: 25 марта 2007. Архивировано 25 февраля 2020 года.
  28. ↑ Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds (неопр.). — McGraw-Hill Education, 2003. — С. 444—446. — ISBN 0-07-049439-8.
  29. ↑ Harrington, James A. Infrared Fiber Optics (PDF) (недоступная ссылка). Rutgers University. Дата обращения: 31 декабря 2012. Архивировано 16 декабря 2009 года.
  30. ↑ Kim, K. The effect of lanthanum on the fabrication of ZrB2–ZrC composites by spark plasma sintering (англ.) // Materials Characterization : journal. — 2003. — Vol. 50. — P. 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 Y.P., Lu K.S. Investigation of the blood-ganglion barrier properties in rat sympathetic ganglia by using lanthanum ion and horseradish peroxidase as tracers (англ.) // Acta Anatomica (Basel) : journal. — 1995. — Vol. 153, no. 2. — P. 135—144. — ISSN 0001-5180. — doi:10.1159/000313647. — PMID 8560966.
  35. ↑ Hagheseresht et al. A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters (англ.) // Applied Clay Science : journal. — 2009. — Vol. 46, no. 4. — P. 369—375.
  36. ↑ Phosphate in Swimming Pool Water — The Root of Algae Problems
  37. ↑ C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy. Extractive metallurgy of rare earths (неопр.). — CRC Press, 2004. — С. 441. — ISBN 0-415-33340-7.
  38. ↑ Howard B. Cary. Arc welding automation (неопр.). — CRC Press, 1995. — С. 139. — ISBN 0-8247-9645-4.
  39. ↑ Larry Jeffus. Types of Tungsten // Welding : principles and applications (неопр.). — Clifton Park, N.Y.: Thomson/Delmar Learning, 2003. — С. 350. — ISBN 978-1-4018-1046-7.
  40. ↑ S. Nakai, A. Masuda, B. Lehmann. La-Ba dating of bastnaesite (англ.) // American Mineralogist  (англ.) (рус. : journal. — 1988. — Vol. 7. — P. 1111.
  41. ↑ Дробков А. А. Влияние редкоземельных элементов на рост растений. «Доклады АН СССР», 1935, 17(5), 261—263.
  42. ↑ Дробков А. А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных / Отв. ред. Н. Г. Жежель. — М. : Изд-во АН СССР, 1958. — 208 с.
  43. ↑ 43,0 43,1 Комаров С. М. Редкая соль земли. Химия и жизнь, № 5, 2013, с. 20—22.
  44. ↑ Zhengyi Hu et al. Physiological and Biochemical Effects of Rare Earth Elements on Plants and Their Agricultural Significance: A Review. Journal оf Plant Nutrition, 2004, 27(1), p. 183—220.
  45. ↑ 45,0 45,1 Boldyreva, A. A. Lanthanum Potentiates GABA-Activated Currents in Rat Pyramidal Neurons of CA1 Hippocampal Field (англ.) // Bulletin of Experimental Biology and Medicine : journal. — 2005. — Vol. 140, no. 4. — P. 403—405. — doi:10.1007/s10517-005-0503-z. — PMID 16671565.
  46. ↑ Данные приведены по Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
  47. ↑ Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ
  48. ↑ Dufresne, A; Krier, G; Muller, J; Case, B; Perrault, G. Lanthanide particles in the lung of a printer (англ.) // Science of the Total Environment  (англ.) (рус. : journal. — 1994. — Vol. 151, no. 3. — P. 249—252. — doi:10.1016/0048-9697(94)90474-X. — PMID 8085148.
  49. ↑ Waring, PM; Watling, R.J. Rare earth deposits in a deceased movie projectionist. A new case of rare earth pneumoconiosis (англ.) // The Medical journal of Australia  (англ.) (рус. : journal. — 1990. — Vol. 153, no. 11—12. — P. 726—730. — PMID 2247001.

Литература

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

Ссылки

  • Lanthanum (англ.). WebElements. Дата обращения: 25 июля 2013.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Лантан&oldid=7140142