Химический элемент лантан (Lanthanum): описание, свойства, формула

Лантан — это химический элемент периодической системы Менделеева. Его название происходит от латинского Lanthanum, в переводе с греческого «лантано» - скрытность. Лантан редкоземельный металл. Его атомный номер 57, атомарная масса 138,9050. В природе элемент состоит из двух изотопов - лантана 139 и радиоактивного лантана 138.

Электронное строение лантана

Краткая атомарная и химическая характеристика

В таблице Менделеева находятся в III B группе, шестом периоде. Рядом расположены церий, неодим.

Электронная формула лантана: KLMN4s24p64d105s25p65d16s2, Eион(Ме=>Ме++e)=5,59 эВ. Атомарное масса - 138,9055, радиус атома 187 пм, плотность – 6,162 граммов на сантиметр кубический. Кристаллическая решетка - гексагональная. Ее период – 3,750 А.

Решетка лантаноидов

Атом химического элемента лантана - положительно заряженное ядро (+57), внутри заключено 57 протонов, 82 нейтрона. Вокруг ядра на 6 орбитах находятся в движении 57 электронов.

Подробная информация о лантане доступна в учебниках по химии и кратко о нем рассказывается в данной статье.

Кратная история открытия лантана

После того как существование химического элемента лантана было теоретически предсказано, его не смогли отыскать в течение 36 лет. К первооткрывателю этого металла следует отнести молодого шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса, который в 1803 году тщательно изучил минерал, ставший в настоящее время известным как церит. Ученый определил, что структура его неоднородна и содержит какой-то неизвестный элемент.

Несколько ранее химик-студент по фамилии Эрдман в скальных породах Норвегии обнаружил неизвестный науке минерал, который назвал в честь учителя Карла Мозандера - мозандеритом.

Через некоторое время Мозандер еще раз подробно изучил найденные минералы и сделал вывод, что действительно, в них содержится неизвестный науке металл. Доказать это ему посчастливилось лишь в 1839 году. В результате своих опытов он выделил новый элемент, который Берцелиус предложил назвать лантаном.

Химические свойства, внешний вид

Лантан отличается мягкостью, ковкостью. Металл вязкий. Химические свойства обыкновенные, при этом он отличается высокой тугоплавкостью. Лантан – металл серебристо белого цвета. При нахождении в сухом воздухе защищают свою внутреннюю структуру оксидной пленкой, не окисляясь. Однако если в воздухе имеется хоть небольшая влажность, то металлический лантан достаточно быстро окисляется, превращаясь в гидроокись.

Метал лантан крупным планом

При нагревании этого металла до температуры 400 градусов Цельсия в кислородной среде он сгорает. Пламя яркое, с большим выделением тепла. При накаливании лантан в азотной атмосфере образует черный нитрид. В хлорной среде воспламеняется при температуре комнатной. В минеральных кислотах растворяется хорошо. На щелочные растворы не реагирует. Соединения химического элемента лантана имеют валентность 3 +.

При контакте с водородом металл начинает выделять большое количество тепла уже при температуре окружающей среды около 20-25 градусов Цельсия. Образует переменные гидриды, так как лантан отличается разными степенями поглощения водорода, которые зависят от температуры.

Получение

Изначально лантан был получен не в чистом виде, а с большим количеством примесей. Мозандер получил этот химический элемент в процессе нагрева хлористого лантана и калия.

Матал лантан

В настоящее время, промышленность имеет возможность получать лантан с чистотой около 100 %.

Химический элемент лантан выделяют посредством длительного и сложного химического процесса, который связан с разделением на фракции исходного сырья. Лантан всегда находится в породах вместе с неодимом, церием, празеодимом. Изначально из таких пород выделяют церий, а потом иные химические элементы при ионной хроматографии и экстракции. Далее отделяют осаживанием как оксалат лантана и прокаливают. В результате получают оксид лантана.

Как металл лантан получают путем воздействия на соединения, содержащие большое количество лантана, кальцием либо электролизом в сочетании с определенными химическими катализаторами.

В настоящее время, в целях получения металла в промышленных масштабах высокой чистоты, до 99,9 %, используют более совершенные экстракционные и ионообменные методы. Подробно технологии выделения лантана изложены в специализированных учебниках по химии.

Начало добычи редкоземельных металов

Нахождение в природе

В земной коре химический элемент лантан - редкий материал, не зря его относят к так называемым редкоземельным элементам. В природе в чистом виде не существует, входит в состав минералов, а именно: бастензита, моноцита, лопартита, апатита. Это очень рассеянный элемент. Содержание в земной коре - 1,8.10-3% от общей массы планеты.

Семейство лантаноидов

Свое название химический элемент лантан передал группе, в которой объединены 15 металлов. Они не похожи на остальные элементы. Общее их название - лантаноиды. Их отличает и то, что они до настоящего времени мало изучены, хотя применяются достаточно активно в промышленности.

Элементы группы лантаноидов

В настоящее время интерес к лантаноидам очень высок. Он ощутимо возрос после того, как начали работать первые атомные реакторы. Они, в том числе, в качестве побочных продуктов образуют элементы группы лантаноидов.

Все представители металлов группы лантаноидов обладают стабильными изотопами, за исключением прометия. Всего к этому ряду (группе) редкоземельных элементов относятся следующие металлы:

  • Лантан.
  • Гадолиний.
  • Гольмий.
  • Диспрозий.
  • Европий.
  • Иттербий.
  • Лютеций.
  • Празеодим.
  • Прометий.
  • Самарий.
  • Тербий.
  • Тулий.
  • Церий.
  • Эрбий.

Области применения лантана

Несмотря на то что, металлы группы лантаноидов очень малочисленно в земной коре, их используют в промышленности достаточно широко.

Из материалов, содержащих лантан, изготовляют колесики чрезвычайно популярных и востребованных зажигалок.

Прменение мишметала (40 % лантана)

Так, оксид лантана применяют для изготовления оптических стекол (так называемого лантанового стекла). Линзы, призмы, изготовленные с применением этого металла, используются в фото- и киноаппаратуре, в астрономической оптике.

Хромит лантана, который легирован магнием, стронцием или кальцием применяется в изготовлении надежных и высокотемпературных нагревателей, способных работать с температурой до 1780 градусов Цельсия в кислородной атмосфере. С возрастанием температуры сопротивление хромита лантана уменьшается. Коэффициент термического расширения химического элемента лантана достаточно низкий, вследствие этого электронагреватели отличаются значительной долговечностью.

Оксиды лантана используются в синтезировании сверхпроводников, которые предназначены для работы в условиях высоких температур.

Нашел свое применение химический элемент лантан в изготовлении специальных стекол, предназначенных для остекления помещений. Такие полотна, в структуру которых входят соединения лантана, имеют уникальные свойства, они способны снижать температуру в помещениях до 7 градусов.

Лантано-никелевые сплавы (гидриды) широко используются в качестве аккумуляторов водорода. Они представляют собой емкие и надежные хранилища. Для них открыта перспектива быть широко примененными в автомобилестроении, в качестве емкостей для хранения альтернативного топлива.

В электронике лантан используется в качестве проводника. Гексаборид лантана нашел свою применение в электронных микроскопах, это позволило значительно повысить разрешающую способность электронных микроскопных систем, повысить их ресурс.

В качестве еще одной перспективы применения химического элемента лантана современные исследователи видят его в качестве основной составляющей аккумуляторов нового типа с твердым электролитом. Эксперименты показывают, что такие источники обладают высокой удельной электроемкостью. У них длительный срок сохранения энергии без потерь. Отличаются прочностью и долговечностью. Вследствие чего они, возможно, в недалеком будущем составят серьезную конкуренцию другим аккумуляторам.

В медицине препараты, содержащие лантан, нашли применение при гиперфосфатемии. Их назначают в качестве лекарственного средства, который препятствует всасыванию фосфатов при приеме пищи.

Лантан в атомной промышленности

Очень важен металлический лантан, обладающий высокой чистотой, в атомной промышленности. Этот химический элемент незаменим в технологии переработки ядерного топлива для получения плутония. В расплавленный уран, в который в качестве примесей включен металлический плутоний, вливают расплавленный лантан. Он сразу же начинает извлекать в себя изотопы плутония из урана, постепенно всплывая. Начинает плавать на поверхности. С ураном не смешивается. Полученный сплав потом перерабатывают химическими способами для извлечения плутония. Вследствие этого физики-ядерщики утверждают, что лантан - это отец ядерного оружия.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.