Лантан

Лантан
Општа својства
Име, симбол	лантан, La
Изглед	сребрнасто бео
У периодноме систему
баријум ← лантан → церијум	‍
Атомски број (Z)	57
Група, периода	група 3 (понекад се поистовећује са групом), периода 6
Блок	d-блок (понекад се сматра f-блоком)
Категорија	лантаноид, понекад се сматра да је прелазни метал
Рел. ат. маса (Ar)	138,90547(7)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 18, 9, 2
Физичка својства
Тачка топљења	1193 K (920 °‍C, 1688 °F)
Тачка кључања	3737 K (3464 °‍C, 6267 °F)
Густина при с.т.	6,162 g/cm3
течно ст., на т.т.	5,94 g/cm3
Топлота фузије	6,20 kJ/mol
Топлота испаравања	400 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	27,11 J/(mol·K)
Атомска својства
Електронегативност	1,10
Енергије јонизације	1: 538,1 kJ/mol ; 2: 1067 kJ/mol ; 3: 1850,3 kJ/mol
Атомски радијус	187 pm
Ковалентни радијус	207±8 pm
	Спектралне линије
Остало
Кристална структура	дупла збијена хексагонална; (dHCP)
Брзина звука танак штап	2475 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење	α, поли: 12,1 µm/(m·K) (на с.т.)
Топл. водљивост	13,4 W/(m·K)
Електроотпорност	α, поли: 615 nΩ·m (на с.т.)
Магнетни распоред	парамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)	+118,0·10−6 cm3/mol (298 K)
Јангов модул	α form: 36,6 GPa
Модул смицања	α form: 14,3 GPa
Модул стишљивости	α form: 27,9 GPa
Поасонов коефицијент	α form: 0,280
Мосова тврдоћа	2,5
Викерсова тврдоћа	360–1750 MPa
Бринелова тврдоћа	350–400 MPa
CAS број	7439-91-0
Историја
Откриће	Карл Густаф Мосандер (1838)
Главни изотопи
β−	138Ce
	референце • Википодаци

Лантан (La, лат. lanthanum), лантаноид је из IIIВ групе са атомским бројем 57.^[5]^[6] То је меки, дуктилни, сребрено-сјајни бели метал који врло брзо потамни када се изложи ваздуху, а довољно је мек да се може резати ножем. По њему је названа и серија лантаноида, група од 15 веома сличних хемијских елемената који су у периодном систему елемената сврстани између лантана и лутецијума. Понекад се лантан сматра првим елементом прелазних метала 6. периоде. Као такав, готово увек се претпоставља да има оксидационо стање +3. За њега није позната биолошка функција и не сматра се отровним за људе.

Лантан је заступљен у Земљиној кори у количини од 32 ppm. Најбитнији минерали лантана су: монацит (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO₄ и доста ређи минерал бастанезит (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO₃F. Лантан се обично може наћи у комбинацији са церијумом и другим ретким земним елементима. Први га је пронашао шведски хемичар Карл Густаф Мосандер 1839. као „нечистоћу” у церијум-нитрату, па је стога и његово име lanthanum изведено из грчког λανθανειν (lantanein) у значењу „(онај који је) скривен”. Иако се он сврстава у ретке земне елементе, лантан је 28. елемент по распрострањености у Земљиној кори, односно има га око три пута мање од олова. У минералима попут монацита и бастнесита, лантан сачињава више од четвртине садржаја лантаноида у њима. Из ових минерала, он се издваја користећи комплексни вишестепени процес екстракције. Због сложености тих процеса, чисти метални лантан није изолован све до 1923. године.

Једињења лантана имају бројне начине примене као што су катализатори, додаци у стаклу, угљенично осветљење за осветљавање студија и пројекције, елементи за паљење у упаљачима и бакљама, електронске катоде, сцинтилатори, ТИГ електроде (за лучно варење у заштитној атмосфери интерног гаса) и друге. Лантан-карбонат је одобрен за употребу у медицинске сврхе за лечење затајења бубрега (хиперфосфатемија).

Историја

Реч лантан изведена је из грчког λανθανω (lanthanō дословно који лежи скривен). Лантан је 1839. открио шведски хемичар Карл Густаф Мосандер који је делимично разложио узорак церијум нитрата, тако што га је жарио у присуству ваздуха, а затим је добијени оксид третирао разблаженом азотном киселином.^[7] Из насталог талога, издвојио је једну нову ретку „земљу” коју је назвао lantana. Лантан у релативно чистом облику добијен је тек 1923. године.^[8]

Лантан је најбазичнији међу свим тровалентним лантаноидима, а то је била и особина која је Мосандеру омогућила да изолује и ишчисти соли овог елемента. Киселинско одвајање које се комерцијално спроводи укључује фракцијско таложење слабијих база (попут дидимија, смеса неодијума и празеодијума) из нитратних раствора додавајући магнезијум оксид или разблажени гасовити амонијак. Прочишћени лантан преостаје у раствору. Међутим, киселинске методе су погодне само за пречишћавање лантана; дидимијум не може бити ефикасан у даљњем одвајању на овај начин. Алтернативне технике фракцијске кристализације измислио је Дмитриј Мендељејев у облику двоструког амонијум-нитрат тетрахидрата, који је он користио за одвајање слабије растворљивог лантана од више растворљивог дидимијума током 1870-их. Овај систем се комерцијално користио у прочишћавању лантана све до развоја практичних метода издвајања раствора које су почеле касних 1950-их. Детаљан процес коришћења двоструких амонијум нитрата којим би се добио 99,99% чисти лантан, концентрисао неодијум и празеодијум представио је Калоу 1967. у време када је тај процес већ био превазиђен. Како је кориштен за пречишћавање лантана, двоструки амонијум нитрати су рекристализовани из воде. Касније је Карл Ауер за одвајање од дидимијума почео да користи азотну киселину као растварач да би смањио растворљивост система. Лантан се релативно лако прочишћава, јер има само један суседни лантаноид, церијум, који се и сам лако уклања због своје потенцијалне тетравалентности.

Прочишћавање лантана фракцијском кристализацијом у виду двоструког амонијум нитрата било је довољно ефикасно и брзо, тако да лантан добијен на овај начин није био скуп. Хемијско одељење Линдси америчке корпорације Поташ и Хемикал, једно време највећи произвођач ретких земних метала на свету, објавило је ценовник 1. октобра 1958. у којем је 99,9-постотни лантан амонијум нитрат (са уделом оксида 29%) коштао 3,15$ по фунти, односно 1,93$ по фунти у паковању од 50 фунти (око 25 кг). Одговарајући оксид (нешто чистији од 99,99%) коштао је 11,70$ односно 7,15$ по фунти у два количинска распона. Цена за оксид највише чистоће (99,997%) била је 21,60$ и 13,20$.

Особине

Физичке

Лантан има хексагоналну кристалну структуру при собној температури. При 310 °C он мења кристалну структуру у кубну површински-центрирану. Порастом температуре на 865 °C она се опет мења у кубну просторно-центрирану структуру.^[9] Лантан се врло лако може оксидовати. На пример узорак величине једног центиметра ће у потпуности оксидовати за мање од једне године.^[10] Због тога он се у елементарном облику користи само у истраживачке сврхе. Научницима је успело да изолују појединачне атоме лантана тако што су их уметнули у молекуле фулерена.^[11] Када се угљичне наноцеви напуне таквим атомима лантана у фулерену и затим се ужаре, добијају се метални наноланци лантана унутар угљеничних наноцеви.^[12]

Хемијске

Лантан исказује два оксидациона стања: +3 и +2, али је стање +3 много стабилније. На пример, LaH₃ је знатно стабилнији од LaH₂.^[8] Лантан врло лако гори при 150 °C градећи лантан(III) оксид:

4 La + 3 O₂ → 2 La₂O₃

Међутим, ако се изложи влажном ваздуху при собној температури, лантан оксидује градећи хидратни оксид знатно повећавајући запремину.^[8] Лантан је поприлично електропозитиван, реагујући споро у хладној води а знатно бржи у врућој дајући лантан хидроксид:

2 La (č) + 6 H₂O (t) → 2 La(OH)₃ (t) + 3 H₂ (g)

Метални лантан реагује са свим халогеним. Реакција је веома бурна ако се одвија на температури изнад 200 °C:

2 La (č) + 3 F₂ (g) → 2 LaF₃ (č)

2 La (č) + 3 Cl₂ (g) → 2 LaCl₃ (č)

2 La (č) + 3 Br₂ (g) → 2 LaBr₃ (č)

2 La (č) + 3 I₂ (g) → 2 LaI₃ (č)

У разблаженој сумпорној киселини, лантан лако гради растворе који садрже јоне La(III) а који постоје у виду координацијских комплекса [La(OH₂)₉]³⁺:^[13]

2 La (č) + 3 H₂SO₄ (t) → 2 La³⁺ (t) + 3 SO2−
4 (t) + 3 H₂ (g)

Лантан се веже са азотом, угљеником, сумпором, фосфором, бором, селеном, силицијумом и арсеном при повишеним температурама, градећи бинарна једињења.^[8] Електронска конфигурација безбојног јона La³⁺ јон је [Xe] 4f⁰.^[14]

Изотопи

Природно распрострањени лантан састављен је из једног стабилног (¹³⁹La) и једног радиоактивног (¹³⁸La) изотопа, али је ¹³⁹La неупоредиво више заступљен (99,91% природне заступљености). Осим стабилног, постоји укупно 38 радиоактивних изотопа, међу којим је најстабилнији природни ¹³⁸La са временом полураспада од 1,05×10¹¹ година (105 милијарди). Након њега следи изотоп ¹³⁷La са временом полураспада од 60 хиљада година. Већина осталих радиоизотопа имају времена полураспада краћа од 24 сата, а међу њима врло мали број се распада дуже од једне минуте. Овај елемент има и три мета-стабилна стања. Распон изотопа лантана према атомским масама креће се од 117 u (¹¹⁷La) до 155 u (¹⁵⁵La).

Распрострањеност

Иако лантан припада елементима из групе зване ретки земни метали, он уопште није тако редак у Земљиној кори. Лантан је доступан у релативно великим количинама (32 ppm у кори). „Ретке земље” су добиле такав назив јер су заиста ретке у поређењу са „уобичајеним земљама” (материјалима) попут кречњака или магнезије, те је у историјском аспекту било познато само неколико њихових налазишта. Лантан се ипак узима као ретки земни метал јер је процес његовог ископавања и издвајања врло тежак, како временски тако и новчано.^[8]

Монацит (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄ и бастнесит (Ce, La, Y)CO₃F су главне руде у којима је садржан лантан, у постоцима између 25 и 38 од укупног садржаја лантаноида у њима. Генерално, лантана има више у бастнеситу него у монациту. Све до 1949. бастнесит је био врло редак и необичан минерал, а чак ни у најопскурнијим теоријама није се могло наслутити да је потенцијални комерцијално исплатив извор лантаноида. Те године, откривено је веома велико налазиште ретких земних метала на Маутин Пасу у Калифорнији. Ово откриће дало је назнаку геолозима о постојању нове класе депозита ретких земаља, карбонатита, те су ускоро пронађени нови узорци, нарочито у Африци и Кини.

Напомене

^ Оспорава се да ли је итријум (Y) заиста лакши конгенер лантана (La). IUPAC је покренуо пројекат с циљем извођења препоруке по том питању дана 18. децембра 2015. године.^[1]

Референце

^ IUPAC 18 December 2015
^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 14. 01. 2021.
^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
^
Pogledajte:
- (Berzelius) (1839) "Nouveau métal" (Novi metal), Comptes rendus, 8: str. 356-357.
- (Berzelius) (1839) "Latanium — a new metal," Philosophical Magazine, new series, 14 : str. 390-391.
^ ^а ^б ^в ^г ^д Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 444—446. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009.
^ C. R. Hammond (2000). "The Elements", u: Handbook of Chemistry and Physics (81 изд.). CRC press. ISBN 0-8493-0481-4.
^ „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Приступљено 8. 8. 2009.
^ Tsuchiya Takahiro; Kumashiro Ryotaro; Tanigaki Katsumi; et al. (2008). „Nanorods of Endohedral Metallofullerene Derivative”. Journal of the American Chemical Society. 130 (2): 450—451. ISSN 0002-7863. PMID 18095695. doi:10.1021/ja710396n.
^ Guan Lunhui; Suenaga Kazu; Okubo Shingo; et al. (2008). „Metallic Wires of Lanthanum Atoms Inside Carbon Nanotubes”. Journal of the American Chemical Society. 130 (7): 2162—2163. ISSN 0002-7863. PMID 18225905. doi:10.1021/ja7103069.
^ „Chemical reactions of Lanthanum”. Webelements. Приступљено 6. 6. 2009.
^ Aspinall Helen C. Chemistry of the f-Block Elements. Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 90-5699-333-X.

Грешка код цитирања: <ref> ознака „patnaik” дефинисана у <references> групи „” нема садржаја.

Литература

The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium, by R. J. Callow, Pergamon Press, 1967
Extractive Metallurgy of Rare Earths, by C. K. Gupta and N. Krishnamurthy, CRC Press, 2005
Nouveau Traite de Chimie Minerale, Vol. VII. Scandium, Yttrium, Elements des Terres Rares, Actinium, P. Pascal, Editor, Masson & Cie, 1959
Chemistry of the Lanthanons, by R. C. Vickery, Butterworths 1953

Спољашње везе

Hudson Institute of Mineralogy (1993—2018). „Mindat.org”. www.mindat.org. Приступљено 14. 1. 2018.

[2] Оспорава се да ли је итријум (Y) заиста лакши конгенер лантана (La). IUPAC је покренуо пројекат с циљем извођења препоруке по том питању дана 18. децембра 2015. године.^[1]

[1] IUPAC 18 December 2015

[CIAAW2016-3] Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[magnet-4] Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 14. 01. 2021.

[5] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[Housecroft3rd-6] Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.

[ParkesNeorganskaHemija-7] Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.

[taalok-8] Pogledajte:
(Berzelius) (1839) "Nouveau métal" (Novi metal), Comptes rendus, 8: str. 356-357.

(Berzelius) (1839) "Latanium — a new metal," Philosophical Magazine, new series, 14 : str. 390-391.

[9] (Berzelius) (1839) "Nouveau métal" (Novi metal), Comptes rendus, 8: str. 356-357.

[10] (Berzelius) (1839) "Latanium — a new metal," Philosophical Magazine, new series, 14 : str. 390-391.

[patnaik-9] а ^б ^в ^г ^д Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. стр. 444—446. ISBN 0-07-049439-8. Приступљено 6. 6. 2009.

[CRC-10] C. R. Hammond (2000). "The Elements", u: Handbook of Chemistry and Physics (81 изд.). CRC press. ISBN 0-8493-0481-4.

[elementsales-11] „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Приступљено 8. 8. 2009.

[Ryotaro-12] Tsuchiya Takahiro; Kumashiro Ryotaro; Tanigaki Katsumi; et al. (2008). „Nanorods of Endohedral Metallofullerene Derivative”. Journal of the American Chemical Society. 130 (2): 450—451. ISSN 0002-7863. PMID 18095695. doi:10.1021/ja710396n.

[Guan-13] Guan Lunhui; Suenaga Kazu; Okubo Shingo; et al. (2008). „Metallic Wires of Lanthanum Atoms Inside Carbon Nanotubes”. Journal of the American Chemical Society. 130 (7): 2162—2163. ISSN 0002-7863. PMID 18225905. doi:10.1021/ja7103069.

[webelements-14] „Chemical reactions of Lanthanum”. Webelements. Приступљено 6. 6. 2009.

[Aspinall-15] Aspinall Helen C. Chemistry of the f-Block Elements. Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 90-5699-333-X.

[5]

[6]

[а]

[2]

[3]

[4]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[1]