Властивості лантану

ЛАНТАН (Lanthanum; – ховаюся, залишаюся непоміченим), La – рідкоземельний хім. елемент III групи періодичної системи елементів; ат. н. 57, ат. м. 138,055. Сріблясто-білий метал. У з’єднаннях виявляє ступінь окислення + 3. Природна суміш складається з стабільного 139La (99,911%) і радіоактивного 138La (0,089%) ізотопів. Ізотоп 138La розпадається шляхом К-захоплення з періодом напіврозпаду 1 • 1 011 років. Ізотоп 139La утворюється при розподілі урану (6,3% маси всіх осколків) і є «реакторним отрутою». Отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 127-137 і 140- 144. Макс. період напіврозпаду (6 • 104 років) – в ізотопу 137La. Лантан відкрив у 1839 швед, хімік К. Мозандер, що довів неоднорідність відкритої раніше «цериевой землі».

За поширеністю лантан займає серед рідкоземельних елементів третє місце після церію і неодиму. Зміст Л. в земній корі 1,8 х 10-3%. Л. і інші елементи церієвої підгрупи отримують переважно. з мінералів монацита і бастнезіта. У Монацит міститься 17% La203, в бастнезит 24% La203. Кристалічна решітка Л. при кімнатній т-рі гексагональна плотноупак-ванна (типу альфа-лантан) з періодами а = 3,770 ± 0,002А, с = 12,159 ± 0,008А і щільністю 6,162 г / см3. Має три аллотропические модифікації. Т-ри перетворень: альфа → бета 310 ± 5 ° С, бета → гамма 864 ° С. Бета-лантан має гранецентрированную кубічну грати з періодом а = 5,304 ± 0,003А і щільністю 6,190 г / см3, гамма-лантан – об’емноцентріро-ванну кубічну грати з періодом а = 4,26 ± 0,01 А і щільністю 5,97 г / см3. Т-ра плавлення 920 ± 5 ° С; т-ра кипіння 3470 ° С. Теплота плавлення 1,6 ккал / г-атом; теплота випаровування 93,8 ± 0,9 ккал / г-атом. Атомна теплоємність (кал / г-інтервалі т-р 0-310 ° С) сp = 6,27 + 4- 2,6 • 10 р Переходи. теплопровідності альфа-лантану (в інтервалі т-р 25-30 ° С) 0,033 ± 0,003 кал / см x сек • град. Переходи. термічного розширення альфа-лантану 4,9 X 10-6 (т-ра 25 ° С), бета-лантану 9,6 • 10-6 (середнє значення в інтервалі т-р 325 – 775 ° С). Питомий електричний опір (ом • см) альфа-лантану 56,8 • 10 (т-ра 25 ° С), бета-лантану 98 • 10-б (т-ра 560 ° С), гамма-лантану 126 х10-6 ( т-ра 890 ° С). Температурний коеф. електр. опору альфа-лантану (т-ра 0 ° С) 2,18 х10 град. Т-ра переходу в надпровідний стан альфа-лантану 4,90 ± 10 К, бета-лантану 5,85 ± 0,11 К. Робота виходу електронів 3,3 ев. Метал парамагнитен. Поперечний перетин поглинання теплових нейтронів атомом ізотопу 139La становить 9 барн. При кімнатній т-рі модуль норм, пружності 3915, за іншими даними 7031- 7734 кгс / мм2; модуль зсуву 1 518 кгс / мм2; коеф. Пуассона 0,288. У литого зразка (т-ра 20 ° С) межа плинності 12,8 кгс / мм2; межа міцності 13,3 кгс / мм2; відносне подовження 8%. Твердість Л. по Віккері-су (т-ра 20 ° С): литого 50, відпаленого 37, кованого 120-178 кгс / мм2. При кімнатній т-рі досить чистий Л. піддається куванню і пресуванню, але не володіє достатньою в’язкістю. Можливе виготовлення листів з чистого Л. куванням при кімнатній т-рі. Лантан як і інші рідкоземельні метали, володіє великою хім. активністю.

У сухому повітрі покривається окисной плівкою блакитного кольору, що оберігає метал від подальшого окислення. У вологому повітрі поступово перетворюється на гідрат окису білого кольору. При т-рі 450 ° С в середовищі кисню Л. запалюється. З азотом Л. в розпеченому стані утворює нітрид білого кольору. При т-рі 240 ° С в середовищі водню утворює гідрид чорного кольору, проте поглинання водню металом відбувається і при кімнатній т-рі. Лантан утворює також вельми міцні галогеніди, сульфіди, реагує з більшістю ін. Хім. елементів. Легко розчиняється У соляній, сірчаної та азотної к-тах. Солі Л. білого кольору. Сплавляється з багатьма металами. Плавку ведуть в інертному середовищі або у вакуумі. Металевий Л. чистотою до 99,48% отримують електролітичним способом. У пром-сті найбільш широко поширений електроліз безводного хлориду в розплаві. Метал поставляють у вигляді злитків трапецоідальной або круглої форми масою 2-5 кг. Лантановую миш-метал застосовують для поліпшення св-в корозійностійкої, швидкорізальної і жароміцної сталі. Крім того, лантан служить компонентом алюмінієвих та ін. Легких сплавів. Окис Л. входить до складу керамічної глазурі, оптичного скла, використовується в реагентах, утяжеляющих натуральний і штучний шовк. Ізотоп 140La (з періодом напіврозпаду 40,22 год) – радіоактивний індикатор при вивченні процесів поділу Л. і лантаноїдів.

Лантан – у природі зустрічається у вигляді стійкого ізотоп 89 La (99,91%). У літосфері міститься лантану 2 ⋅ 10⁻⁴ в. Зустрічаються мінерали досить багаті цим елементом, проте ці мінерали настільки розпорошені, що переробка пов’язана з концентруванням (відділенням великих кількостей порожньої породи), що пов’язано з великими енерговитратами.
Оскільки лантан має від’ємне значення стандартних електронних потенціалів, отримують його електролізом розплавлених хлоридів або нітратів, а для пониження температур плавлення додають солі інших металів.
Крім електролізу його отримують відновлюючи при високих температурах з їхніх хлоридів або фторидів найбільш активними металами (калієм і кальцієм):

LaCl3 + 3K = La + 3KCl

Фізичні і хімічні властивості.
Лантан – сріблясто – білий метал, який існує у кристалічних видозмінах з різними типами і параметрами решіток.
У хімічних реакціях атом ітрію втрачає по три електрона і поводиться як сильний відновник.
При звичайних температурах поверхня його окислюється киснем з утворенням захисних плівок. Але при нагріванні в кисні горить і утворюються оксиди La2O3.
Інші окислювачі (фтор, хлор, бром, йод, сірка, азот, водень) також взаємодіють з лантаном при нагріванні (виходять Галогеніди, сульфіди, нітриди, гідриди).
З водою лантан взаємодіє повільно, що утворюються при цьому гідроксиди покривають його захисною плівкою:

2La + 6H2O = 2La (OH) 3 ↓ + 3H2 ↑

З кислот лантан легко витісняє водень:

2La + 3H2SO4 = La2 (SO4) 3 + 3H2 ↑

і розчиняється в кислотах.

З’єднання лантану.
Виявляє ступінь окислення +3, їх іони мають на зовнішньому рівні по 8 електронів, великий заряд цих іонів Е³⁺обусловлівается схильність скандію до комплексоутворення.
Його оксиди відповідають формулою La2O3, безбарвні, тугоплавки, виходять розкладанням нітратів:

4La (NO3) 3 = 2LaO3 + 12NO2 ↑ + 3O2 ↑

Він володіє основним характером, енергійно реагувати з водою, утворюючи гідроксиди:

La2O3 + 3H2O = 2La (OH) 3

Він мало розчинний у воді, але легко розчиняється в кислотах, гідроксид скандію La (OH) 3 проявляє ознаки амфотерности.
Солі лантану з води кристалізуються у вигляді аквасоедіненій. Хлориди, нітрати і ацетати розчинні у воді і гідролізуються в незначній мірі.
Мало розчинні у воді фториди, карбонати і оксалати лантану переходять в розчин під дією надлишку осадителя з утворенням комплексних сполук.
Позитивні іони лантану мають координаційні числа від 3 до 6. Найважливіші ліганди в комплексі металу – це фторид -, карбонат -, сульфат -, оксалат- іони. Іон лантану La³⁺ утворює з фторид – іонами комплексні сполуки:

KF + LaF3 = K [LaYF4]

3KF + LaF3 = K3 [LaF6]

Посилання на основну публікацію