Išči

    Lantan

    Lantan, 57La
    Lanthanum-2.jpg
    Lantan
    IzgovarjavaIPA: [lantán]
    Videzsrebrno bel
    Standardna atomska teža Ar, std(La)138,90547(7)[1]
    Lantan v periodnem sistemu
    Vodik Helij
    Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon
    Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon
    Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton
    Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon
    Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal (element) Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon
    Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson


    La

    Ac
    barijlantancerij
    Vrstno število (Z)57
    Skupinaskupina n/a
    Periodaperioda 6
    Blok  blok f
    Razporeditev elektronov[Xe] 5d1 6s2
    Razporeditev elektronov po lupini2, 8, 18, 18, 9, 2
    Fizikalne lastnosti
    Faza snovi pri STPtrdnina
    Tališče920 °C
    Vrelišče3464 °C
    Gostota (blizu s.t.)6,162 g/cm3
    v tekočem stanju (pri TT)5,94 g/cm3
    Talilna toplota6,20 kJ/mol
    Izparilna toplota400 kJ/mol
    Toplotna kapaciteta27,11 J/(mol·K)
    Parni tlak (ekstrapoliran)
    P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
    pri T (°C) 1.732 1.935 2.185 2.499 2.905 3.453
    Lastnosti atoma
    Oksidacijska stanja0,[2] +1, +2, +3 (močno bazični oksid)
    ElektronegativnostPaulingova lestvica: 1,10
    Ionizacijske energije
    • 1.: 538,1 kJ/mol
    • 2.: 1067 kJ/mol
    • 3.: 1850,3 kJ/mol
    Atomski polmerempirično: 187 pm
    Kovalentni polmer207±8 pm
    Barvne črte v spektralnem obsegu
    Spektralne črte lantana
    Druge lastnosti
    Pojavljanje v naraviprvobitno
    Kristalna strukturadvojna heksagonalna gosto zložena (dhgz)
    Double hexagonal close packed kristalna struktura za lantan
    Hitrost zvoka tanka palica2475 m/s (pri 20 °C)
    Temperaturni raztezekα, poly: 12,1 µm/(m·K) (at r.t.)
    Toplotna prevodnost13,4 W/(m·K)
    Električna upornostα, poly: 615 nΩ·m (at r.t.)
    Magnetna ureditevparamagnetik[3]
    Magnetna susceptibilnost+118.0·10−6 cm3/mol (298 K)[4]
    Youngov modulα form: 36,6 GPa
    Strižni modulα form: 14,3 GPa
    Stisljivostni modulα form: 27,9 GPa
    Poissonovo razmerjeα form: 0,280
    Mohsova trdota2,5
    Trdota po Vickersu360–1750 MPa
    Trdota po Brinellu350–400 MPa
    Številka CAS7439-91-0
    Zgodovina
    OdkritjeCarl Gustaf Mosander (1838)
    Najpomembnejši izotopi lantana
    Izo­top Pogos­tost Razpolovni čas (t1/2) Razpadni način Pro­dukt
    137La sint. 6×104 y ε 137Ba
    138La 0,089% 1,05×1011 y ε 138Ba
    β 138Ce
    139La 99,911% stabilen
    Kategorija Kategorija: Lantan
    · pogovor · · | reference

    Lantan (latinsko lanthanum) je kemijski element s simbolom La in vrstnim številom 57. Lantan je srebrno bela kovina, ki spada v 3. skupino periodnega sistema elementov in v skupino lantanoidov. V naravi se nahaja v nekaterih redkozemeljskih mineralih, običajno v kombinaciji s cerijem in drugimi redkozemeljskimi elementi. Lantan je kovna, raztezna in mehka kovina, ki na zraku hitro oksidira. Proizvaja se iz mineralov monazita in bastnezita z zapleteno večstopenjsko ekstrakcijo. Lantanove spojine se uporabljajo kot katalizatorji, aditivi za steklo, ogljene elektrode za obločne luči, kresilne kamenčke za vžigalnike, elektronske katode, scintilatorje itd. Lantanov karbonat (La2(CO3)3) je zdravilo proti hiperfosfatemiji.

    Vsebina

    Lastnosti

    Fizikalne lastnosti

    Lantan je kovna, raztezna in mehka srebrno bela kovina, ki ima pri sobni temperaturi heksagonalno kristalno strukturo. Pri 310 °C preide v ploskovno centrirano kocko, pri 865 °C pa v telesno centrirano kocko.[5] Na zraku hitro oksidira (centimeter debel vzorec bi popolnoma oksidiral v enem letu),[6] zato v elementarnem stanju ni uporaben.

    Posamezni atomi lantana se lahko vgradijo v molekulo fulerena.[7] Če se z lantanom inkapsuliranim fulerenom napolnijo ogljikove nanocevke in se nato žarijo, nastanejo v njih nanoverige kovinskega lantana.[8]

    Kemijske lasnosti

    Lantan se pojavlja v oksidacijskih stanjih +3 in +2, od katerih je prvo mnogo bolj stabilno. LaH3 je zato bolj stabilen od LaH2.[9] Lantan pri 150 °C zlahka zgori v lantanov(III) oksid:

    4La + 3O2 → 2La2O3

    V vlažnem zraku se pri sobni temperaturi pretvori v hidratiziran oksid, pri čemer se močno poveča njegov volumen.[9]

    Lantan je precej elektropozitiven in počasi reagira s hladno vodo, z vročo vodo pa hitro in tvori lantanov hidroksid:

    2La(s) + 6H2O(l) → 2La(OH)3(aq) + 3H2(g)

    Kovinski lantan reagira z vsemi halogeni. Reakcija je pri temperaturi preko 200 °C burna:

    2La(s) + 3F2(g) → 2LaF3(s)
    2La(s) + 3Cl2(g) → 2LaCl3(s)
    2La(s) + 3Br2(g) → 2LaBr3(s)
    2La(s) + 3I2(g) → 2LaI3(s)

    Z lahkoto se raztaplja v razredčeni žveplovi kislini in tvori raztopino, v kateri so La3+ ioni, ki so obstojni kot kompleksi [La(OH2)9]3+:[10]

    2La(s) + 3H2SO4(aq) → 2La3+(aq) + 3SO2−4(aq) + 3H2(g)

    Pri povišani temperaturi se spaja z dušikom, ogljikom, žveplom, fosforjem, borom, selenom, silicijem in arzenom in tvori binarne spojine.[9]

    Izotopi

    Naravni lantan je sestavljen iz stabilnega izotopa 139La (99,91 %) in radioaktivnega izotopa 138La (0,01 %). Razpolovna doba 238La je 1,05·1011 let. Ostali izotopi so proizvedeni umetno. Med njimi je najbolj stabilen 237La z razpolovno dobo 60.000 let. Drugi izotopi imajo razpolovne dobe manjše od 24 ur, večina celo manjše od ene minute. Lantan ima tudi tri meta stanja.

    Lantanovi izotopi imajo velik razpon relativnih atomskih mas, in sicer od 117 do 155 g/mol.

    Zgodovina

    Ime lantan izvira iz grške besede λανθάνειν [lanthanein], ki pomeni "skrit". Odkril ga je švedski kemik Carl Gustav Mosander leta 1839, ko je s segrevanjem delno razgradil vzorec cerijevega nitrata in nastalo sol raztopil v razredčeni dušikovi kislini. Lantan v relativno čisti obliki so izolirali leta 1923.[9]

    Nahajališča

    Monazit z Madagaskarja

    Lantan spada v skupino redkozemeljskih elementov, vendar v naravi sploh ni redek. Vsebnost lantana v zemeljski skorji je relativno velika – 32 ppm. Redke zemlje so dobile takšno ime, ker so resnično redke v primerjavi z "navadnimi" zemljami kot sta apnenec CaCO3 ali magnezit MgCO3 in se nahajajo samo na redkih nahajališčih.[9]

    Najpomembnejša lantanova minerala sta monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4 in bastnezit (Ce, La, Y)CO3F, v katerih je v celotni količini lantanoidov od 25 do 38% lantana. Vsebnost lantana v bastnezitu je na splošno večja kot v monazitu. Bastnezit je bil vse do leta 1949 zelo redek mineral, ki ni bil komercialno zanimiv za pridobivanje lantanoidov, potem pa so odkrili obsežno nahajališče Mountain Pass v Kaliforniji. Kmalu zatem so odkrili tudi druga nahajališča, predvsem v Afriki in na Kitajskem.

    Proizvodnja

    Monazit opening acid.gif

    Večina lantana se proizvede iz monazita in bastnezita. Zmes mineralov se najprej zdrobi in zmelje. Monazit se lahko zaradi svojih magnetnih lastnosti loči od jalovine z večkratno elektromagnetno separacijo. Obogatena ruda se nato obdela z vročo koncentrirano žveplovo kislino, pri čemer nastane raztopina sulfatov redkih zemelj. Raztopina se prefiltrira in delno nevtralizira z natrijevim hidroksidom do pH 3-4. Pri teh pogojih se iz raztopine obori in odstrani torij. Raztopina se zatem obdela z amonijevim oksalatom, ki redke zemlje pretvori v njihove netopne oksalate. Oksalati se zatem s praženjem pretvorijo v okside. Oksidi se raztopijo v dušikovi kislini, pri čemer se izloči ena od glavnih komponent cerij, katerega oksid v dušikovi kislini ni topen. Lantan se iz raztopine izloči s kristalizacijo kot dvojna sol z amonijevim nitratom, ki je manj topna kot dvojne soli drugih redkih zemelj.[9]

    Najbolj učinkovit način ločitve lantanove soli iz raztopine soli redkih zemelj je ionska izmenjava. V tem procesu se njegovi ioni adsorbirajo na ustreznem ionskem izmenjevalcu z zamenjavo z vodikovimi, amonijevimi ali bakrovimi ioni. Ioni redkih zemelj se nato selektivno izpirajo z ustreznimi kompleksirajočimi solmi, na primer z amonijevim citratom ali nitrilotracetatom. Lantan se lahko loči od drugih redkih zemelj tudi z ekstrakcijo s primernimi organskimi topili, na primer s tributil fosfalatom.[9] Trenutno se za ekstrakcijo največ uporablja 2-etilheksil ester 2-etilheksilfosfonske kisline, s katerim je laže ravnati kot z njegovim predhodnikom 2-etilheksil fosfatom.

    Kovinski lantan se iz oksida pridobiva s segrevanjem z amonijevim kloridom ali fluoridom in fluorovodikovo kislino pri 300-400 °C, pri čemer nastane njegov klorid ali fluorid:

    La2O3 + 6NH4Cl → 2LaCl3 + 6NH3 + 3H2O

    Sledi redukcija z alkalijskimi ali zemljoalkalijskimi kovinami v vakuumu ali zaščitni atmosferi argona:

    LaCl3 + 3Li → La + 3LiCl

    Čisti lantan se lahko proizvede tudi z elektrolizo taline brezvodnega LaCl3 in NaCl ali KCl pri povišani temperaturi.[9]

    Uporaba

    Colemanova mrežica za plinske svetilke.

    Lantan se je prvič komercialno uporabil v mrežicah za plinske svetilke. Carl Auer von Welsbach je v ta namen uporabil zmes 60 % magnezijevega oksida, 20 lantanovega oksida in 20 % itrijevega oksida. Zmes je leta 1885 patentiral pod imenom Actinophor. Mrežice so dajale zelenkasto svetlobo in niso bile preveč uporabne. Njegovo podjetje, ki je leta 1887 ustanovilo tovarno v Atzgersdorfu, je že leta 1889 propadlo.[11]

    V sodobnem času imajo lantan in njegove spojine precej široko področje uporabe:

    Vroča katoda iz LaB6
    Primerjava prepustnosti infrardeče svetlobe stekla ZBLAN in silicijevega doiksida

    Biološka vloga

    Lantan nima nobene znane biološke vloge. Pri zaužitju se ne absorbira, pri injiciranju pa se izloča zelo počasi. Že omenjeni lantanov karbonat s komercialnim imenom Fosrenol® se uporablja kot zdravilo za eliminiranje presežka fosfatov pri boleznih ledvic.[27]

    Lantan ima farmakološke učinke na nekatere receptorje in ionske kanale. Posebno učinkovit je za receptorje GAMK (gama-aminomaslena kislina), ki so glavni inhibitorni živčni prenašalci (nevrotransmiterji) v osrednjem živčevju vretenčarjev.[29]

    Strupenost

    Lantan je malo do srednje strupen in zahteva skrbno ravnanje. Najnevarnejši je v delovnem okolju zaradi možnosti inhalacije plina, kar lahko povzroči pljučni edem, še posebej ob daljšem izpostavljanju. Povečuje tudi možnost nastanka pljučnega raka, verjetno pa predstavlja nevarnost za jetra zaradi kopičenja. Pri živalih lahko negativno vpliva na razmnoževanje in razvoj ter živčevje.[30][31][32]

    Sklici

    1. Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
    2. Yttrium and all lanthanides except Ce and Pm have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017. and Arnold, Polly L.; Petrukhina, Marina A.; Bochenkov, Vladimir E.; Shabatina, Tatyana I.; Zagorskii, Vyacheslav V.; Cloke (2003-12-15). "Arene complexation of Sm, Eu, Tm and Yb atoms: a variable temperature spectroscopic investigation". Journal of Organometallic Chemistry. 688 (1–2): 49–55. doi:10.1016/j.jorganchem.2003.08.028.
    3. Lide, D. R., ur. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
    4. Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
    5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Hammond, C.R. (2000). The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics, 81. izdaja. CRC press. ISBN 0-8493-0481-4.
    6. "Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test". Pridobljeno dne 8.8.2009.
    7. Tsuchiya, T.; et al. (2008). "Nanorods of endohedral metallofullerene derivative". Journal of the American Chemical Society. 130 (2): 450–1. doi:10.1021/ja710396n.
    8. Guan, L.; et al. (2008). "Metallic Wires of Lanthanum Atoms Inside Carbon Nanotubes". Journal of the American Chemical Society. 130: 2162. doi:10.1021/ja7103069.
    9. 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,7 9,8 Patnaik, P. (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill, str. 444–6. ISBN 0-07-049439-8 Pridobljeno 06.06.2009.
    10. "Chemical reactions of Lanthanum". Webelements. Pridobljeno dne 6.6.2009.
    11. "Lighting". 11th edition of Encyclopedia Britannica (1911). Pridobljeno dne 6.6.2009.
    12. "Inside the Nickel Metal Hydride Battery" (PDF). Pridobljeno dne 6.6.2009.
    13. Tliha, M.; et al. (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.
    14. "As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms". Reuters. 31.8.2009.
    15. Bauerlein, P.; et al. (2008). "Progress in high-power nickel–metal hydride batteries". Journal of Power Sources. 176: 547. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.08.052.
    16. Uchida, H. (1999). "Hydrogen solubility in rare earth based hydrogen storage alloys". International Journal of Hydrogen Energy. 24: 871. doi:10.1016/S0360-3199(98)00161-X.
    17. Sommerville, J.D.; Lyon, B. King. "Effect of Cathode Position on Hall-Effect Thruster Performance and Cathode Coupling Voltage" (PDF). 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 8–11 July 2007, Cincinnati, OH. Pridobljeno dne 6.6.2009.
    18. Harrington, J.A. "Infrared Fiber Optics" (PDF). Rutgers University.
    19. "BrilLanCe-NxGen" (PDF). Pridobljeno dne 6.6.2009.
    20. 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.
    21. "Phosphate in swimming pools - the real cause of algae". Pridobljeno dne 6.6.2009.
    22. Howard B. Cary (1995). Arc welding automation. CRC Press. str. 139. ISBN 0824796454.
    23. Jeffus, L. (2003). "Types of Tungsten". Welding : principles and applications. Clifton Park, N.Y.: Thomson/Delmar Learning. str. 350. ISBN 9781401810467.
    24. Gupta, C.K.; Krishnamurthy, N. (2004). Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press. str. 441. ISBN 0415333407.
    25. Nakai S.; Masuda A.; Lehmann B. (1988). "La-Ba dating of bastnaesite" (PDF). American Mineralogist. 7: 1111.
    26. Gomella, L.G. & Haist, S.A. (2007). "Chapter 22. - Commonly Used Medications". V: Clinician's Pocket Reference: The Scut Monkey, 11 izdaja; urednika Gomella L.G. in Haist S.A. The McGraw-Hill Companies, Inc.
    27. 27,0 27,1 "FDA approves Fosrenol(R) in end-stage renal disease (ESRD) patients". 28. oktober 2004. Pridobljeno dne 6.6.2009.
    28. Chau, Y.P.; Lu, K.S. (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.
    29. 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. doi:10.1007/s10517-005-0503-z. PMID 16671565.
    30. Lanthanum Lenntech. Pridobljeno 25.08.2010.
    31. Lacour B., Lucas A.; Auchere D.; et al. (2005). "Chronic renal failure is associated with increased tissue deposition of lanthanum after 28-day oral administration". Kidney Int. 67: 1062–9.
    32. Barry, M.J; Meehan, B.J. (2000). "The acute and chronic toxicity of lanthanum to Daphnia carinata". Chemosphere. 41 (10): 1669–74. doi:10.1016/S0045-6535(00)00091-6.

    Zunanje povezave