Лантан

Лантан
Атомный номер	57
Внешний вид простого вещества	мягкий, ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	138,9055 а.е.м. (г/моль)
Радиус атома	187 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	541,1(5,61) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Xe] 5d1 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	169 пм
Радиус иона	101.(+3e) 6пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,10
Электродный потенциал	La←La3+ -2.38В
Степени окисления	3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	6,162 г/см³
Молярная теплоёмкость	27,11Дж/(K·моль)
Теплопроводность	13,4 Вт/(м·K)
Температура плавления	1194 K
Теплота плавления	8,5 кДж/моль
Температура кипения	3730 K
Теплота испарения	402 кДж/моль
Молярный объём	22,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	3,750 Å
Отношение c/a	1,619
Температура Дебая	132,00 K

Лантан — элемент побочной подгруппы третьей группы шестого периода периодической системы химических элементов, атомный номер 57. Обозначается символом La (лат.Lanthanum). Простое вещество лантан (CAS-номер: 7439-91-0) — металл серебристо-белого цвета. Существует в трёх кристаллических модификациях: α-La с гексагональной решёткой, β-La с кубической решёткой типа меди, γ-La с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe, температуры переходов α↔β277°C и β↔γ861°C

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 церита. В этом минерале была обнаружена иттриевая земля и еще одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Ее назвали цериевой. В 1826 г. Карл Мозандер исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один новый элемент. Доказать сложность цериевой земли Мозандеру 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 греческого lanthanein— «скрываться», «таиться».

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.

Цены

Цены на металлический лантан чистотой 99-99,9 составляют около 2— 4долл за 1г.

Применение

Производство стекла

Оксид лантана (от 5до 40%) применяется для варки оптического стекла (лантановое стекло), для изготовления линз и призм используемых в кино и фотоаппаратуре, а также для астрономических целей.

Производство керамических электронагревателей

Хромит лантана, легированный кальцием, стронцием, магнием, используется для производства высокотемпературных печных нагревателей (температура плавления ― 2453 °C, раб.темп. — около 1780 градусов в атмосфере кислорода). С ростом температуры электрическое сопротивление хромита лантана резко уменьшается. Коэффициент термического расширения хромита лантана очень низкий и это предопределяет долговечность электронагревателей.

Высокотемпературная сверхпроводимость

Оксид лантана применяется для синтеза высокотемпературных сверхпроводников на основе оксидов лантана, иттрия, бария, стронция, меди и др.

Металлотермия

Изредка лантан применяют в металлотермии для восстановления редких элементов.

Специальные покрытия стекла

На основе соединений лантана производятся покрытия для оконного стекла позволяющие понижать температуру в помещении на 5-7 градусов.

Термоэлектрические материалы

Монотеллурид лантана имеет очень высокую термо-э.д.с (834 мкВ/К) и применяется в термоэлектрогенераторах с высоким кпд.

Производство металлогидридных накопителей водорода

Лантан-никелевый гидрид широко употребляется как емкий аккумулятор водорода (металлогидридное хранение водорода) для автомобилей.

Ядерная энергетика

Совершенно исключительное значение металлический лантан высокой чистоты имеет в атомной промышленности, и конкретно в технологии переработки ядерного топлива с целью извлечения плутония. В расплавленный металлический уран имеющий в качестве примеси металлический плутоний, вмешивают расплавленный лантан. Расплавленный лантан полностью извлекает изотопы плутония из основной массы урана в сплав и всплывает над ураном не смешиваясь с ним. Полученный сплав сливают и перерабатывают методами химической технологии. Можно утверждать, что лантан держит на своих «плечах» производство ядерного оружия.

Электроника

В последние годы в значительной степени возрос интерес к молибдату лантана, обладающему высокой проводимостью.

Электронная микроскопия

Применение катодов из LaB₆ (Гексаборид лантана) в электронных микроскопах позволило повысить плотность тока в 6раз и увеличить ресурс катода в 5раз (до 500 часов) по сравнению с вольфрамовыми катодами.

Химические источники тока

Весьма значительный интерес промышленности и электроники вызывают производство и исследования в области аккумуляторов с твёрдым электролитом. В этой области очень большое значение приобрёл фторид лантана в качестве электролита и с металлическим лантаном в качестве анода, катодом обычно является фторид висмута, свинца или меди. Привлекательная сторона таких источников тока— это очень высокая удельная энергоёмкость по объёму (3000 Вт·ч/дм³, практически достигнутая— 1500—2300 Вт·ч/дм³), длительный срок сохранности энергии, прочность, долговечность; в этой связи многие ведущие специалисты видят в них альтернативу любым другим видам аккумуляторов.

Биологическая роль

В середине 30-х годов советский ученый А. А. Дробков исследовал влияние редких земель на разные растения. Он экспериментировал с горохом, репой и другими культурами, вводил редкие земли вместе с бором, марганцем или без них. Результаты опытов говорили, что редкие земли нужны для нормального развития растений… Но прошла четверть века, прежде чем эти элементы стали относительно доступны. Окончательный ответ на вопрос о биологической роли лантана предстоит ещё дать