Лантан (original) (raw)

Запрос «La» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Лантан
Барий | Церий
57 LaАс Периодическая система элементовПериодическая система элементов57La
Внешний вид простого вещества
Образец лантана в ампуле
Свойства атома
Название, символ, номер Лантан / Lanthanum (La), 57
Группа, период, блок 3 (устар. IIIB), 6, f-элемент
Атомная масса (молярная масса) 138,90547(7)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 5d16s2
Радиус атома 187 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 169 пм
Радиус иона 101.(+3e) 6 пм
Электроотрицательность 1,10 (шкала Полинга)
Электродный потенциал La←La3+ -2,38В
Степени окисления 0, +3
Энергия ионизации (первый электрон) 541,1(5,61) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 6,162-6,18 (альфа-модификация) г/см³
Температура плавления 1193 К (919,85 °С)
Температура кипения 3447 – 3469 К (3173,85 – 3195,85 °С)
Мол. теплота плавления 8,5 кДж/моль
Мол. теплота испарения 402 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 27,11[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 22,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Гексагональная
Параметры решётки a=3,772 c=12,14 Å
Отношение c/a 3,22
Температура Дебая 132 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 13,4 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-91-0

Ланта́н (химический символLa, от греч. λανθάνειν — скрытный, прячущийся) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 57[3].

Возглавляет семейство лантаноидов.

Простое вещество лантан — блестящий редкоземельный металл серебристо-белого цвета.

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 церит. В этом минерале была обнаружена иттриевая земля и ещё одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Её назвали цериевой. В 1826 г. Карл Мосандер исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится ещё один новый элемент. Доказать сложность цериевой земли Мосандеру удалось лишь в 1839 г. Он сумел выделить новый элемент, когда в его распоряжении оказалось большее количество церита.

Новый элемент, обнаруженный в церите и мозандерите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном. Оно было дано в честь истории его открытия и происходит от др.-греч. λανθάνω — «скрываюсь», «таюсь».

Лантан вместе с церием и неодимом относится к наиболее распространенным редкоземельным элементам. Содержание лантана в земной коре порядка 2,9·10−3% по массе, в морской воде — около 2,9·10−6мг/л[2][4]. Основные промышленные минералы лантана — монацит, бастнезит, апатит и лопарит. В состав этих минералов также входят другие редкоземельные элементы[2].

Полная электронная конфигурация атома лантана: 1s22s22p63s23p63d104s24p65s24d105p66s24f05d1

Лантан — мягкий пластичный блестящий серебристо-белый металл, в чистом состоянии — ковкий и тягучий. Слабо парамагнитен. Кристаллическая структура плотноупакованная типа плотнейшей гексагональной упаковки[5].

Существует в трёх кристаллических модификациях: α-La с гексагональной решёткой (а=0,3772 нм, с=1,2144 нм, z=4, пространственная группа Р63/ттс)[2], β-La с кубической решёткой типа меди (а=0,5296 нм, z=4, пространственная группа Fm3m), γ-La с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (а=0,426 нм, z=2, пространственная группа Im3m, устойчив до 920 °C) температуры переходов α↔β 277 °C и β↔γ 861 °C[2]. DH° полиморфных переходов: α:β — 0,36 кДж/моль, β:γ — 3,12 кДж/моль[2]. При переходе из одной модификации в другую меняется плотность лантана: α-La имеет плотность 6,162-6,18 г/см3[5], β-La — 6,19 г/см3, γ-La — 5,97 г/см3[2].

С некоторыми металлами, например, с цинком, магнием, кальцием, таллием, оловом, свинцом, никелем, кобальтом, марганцем, ртутью, серебром, алюминием, медью, кадмием и др., металлический лантан образует сплавы. С железом лантан образует пирофорный сплав[5].

По своим химическим свойствам лантан больше всего похож на 14 следующих за ним элементов, поэтому их называют лантаноидами. Металлический лантан обладает высокой химической активностью[2].

4 L a + 3 O 2 → 2 L a 2 O 3 {\displaystyle {\mathsf {4La+3O_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2La_{2}O_{3}}}} {\displaystyle {\mathsf {4La+3O_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2La_{2}O_{3}}}}

L a 2 O 3 + 2 C O 2 + H 2 O → 2 L a C O 3 ( O H ) {\displaystyle {\mathsf {La_{2}O_{3}+2CO_{2}+H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ 2LaCO_{3}(OH)}}} {\displaystyle {\mathsf {La_{2}O_{3}+2CO_{2}+H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ 2LaCO_{3}(OH)}}}

4 L a + 3 O 2 → 450 o C 2 L a 2 O 3 {\displaystyle {\mathsf {4La+3O_{2}\ {\xrightarrow {450^{o}C}}\ 2La_{2}O_{3}}}} {\displaystyle {\mathsf {4La+3O_{2}\ {\xrightarrow {450^{o}C}}\ 2La_{2}O_{3}}}}

2 L a + 6 H 2 O → 90 o C 2 L a ( O H ) 3 + 3 H 2 ↑ {\displaystyle {\mathsf {2La+6H_{2}O\ {\xrightarrow {90^{o}C}}\ 2La(OH)_{3}+3H_{2}\uparrow }}} {\displaystyle {\mathsf {2La+6H_{2}O\ {\xrightarrow {90^{o}C}}\ 2La(OH)_{3}+3H_{2}\uparrow }}}

2 L a + 3 F 2 → 100 o C 2 L a F 3 {\displaystyle {\mathsf {2La+3F_{2}\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ 2LaF_{3}}}} {\displaystyle {\mathsf {2La+3F_{2}\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ 2LaF_{3}}}}

2 L a + 3 C l 2 → 100 o C 2 L a C l 3 {\displaystyle {\mathsf {2La+3Cl_{2}\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ 2LaCl_{3}}}} {\displaystyle {\mathsf {2La+3Cl_{2}\ {\xrightarrow {100^{o}C}}\ 2LaCl_{3}}}}

2 L a + 3 B r 2 → t o C 2 L a B r 3 {\displaystyle {\mathsf {2La+3Br_{2}\ {\xrightarrow {t^{o}C}}\ 2LaBr_{3}}}} {\displaystyle {\mathsf {2La+3Br_{2}\ {\xrightarrow {t^{o}C}}\ 2LaBr_{3}}}}

2 L a + 3 I 2 → t o C 2 L a I 3 {\displaystyle {\mathsf {2La+3I_{2}\ {\xrightarrow {t^{o}C}}\ 2LaI_{3}}}} {\displaystyle {\mathsf {2La+3I_{2}\ {\xrightarrow {t^{o}C}}\ 2LaI_{3}}}}

2 L a + 3 H 2 S O 4 → H 2 O 2 L a 3 + + 3 S O 4 2 − + 3 H 2 ↑ {\displaystyle {\mathsf {2La+3H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {H_{2}O}}\ 2La^{3+}+3SO_{4}^{2-}+3H_{2}\uparrow }}} {\displaystyle {\mathsf {2La+3H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {H_{2}O}}\ 2La^{3+}+3SO_{4}^{2-}+3H_{2}\uparrow }}}

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.

Калильная сетка

«Горячий катод», состоящий из борида лантана LaB6

Диаграмма, показывающая поглощение света стеклом ZBLAN

В 1930-х годах советский учёный А. А. Дробков исследовал влияние редкоземельных металлов на культурные растения. Он проводил опыты с горохом, репой и другими растениями, вводя в грунт редкоземельные элементы (РЗЭ) вместе с бором, марганцем или без них. Результаты опытов показывали, что редкоземельные элементы, в том числе лантан, улучшают рост растений[28][42][43]. Однако использование микроудобрений на основе лантана и других РЗЭ приводит к противоположным результатам для разных видов и даже сортов одного вида культурных растений[44]. В Китае, являющемся ведущим мировым производителем РЗЭ, такие микроудобрения массово применяются в сельском хозяйстве[44][45].

Ионы лантана способны увеличивать амплитуду ГАМК-активированных сигналов на пирамидальных нейронах гена CA1[англ.], отмеченных в гиппокампе головного мозга[46]. Получение этих данных позволило сравнить чувствительность рецепторов ГАМКA пирамидальных нейронов с аналогичными рецепторами других клеток по восприимчивости к ГАМК и ионам лантана[46].

В природе лантан встречается в виде смеси двух изотопов: стабильного 139La и радиоактивного 138La (период полураспада 1,02⋅1011 лет). Доля более распространённого изотопа 139La в природной смеси составляет 99,911 %[17]. Искусственно получены 39 неустойчивых изотопов с массовыми числами 117—155 и 12 ядерных изомеров лантана[47][48]. Наиболее долгоживущим из них является лантан-137 с периодом полураспада около 60 тыс. лет. Остальные изотопы имеют периоды полураспада от нескольких миллисекунд до нескольких часов.

Лантан относится к умеренно-токсичным веществам. Металлическая пыль лантана, а также мелкие частицы его соединений могут раздражать верхние дыхательные пути при попадании их внутрь, а также вызвать пневмокониоз[49][50].

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Химическая энциклопедия: в 5 тт / Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 577. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. English: Kazakh Encyclopediasy Limited Liability Partnership, Start this Book. Русский: Казахстан. Национальная энциклопедия (неопр.). Дата обращения: 3 марта 2023.
  4. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
  5. 1 2 3 Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
  6. 1 2 3 Chemical reactions of the elements (англ.). WebElements. Дата обращения: 16 июля 2013. Архивировано 22 октября 2021 года.
  7. Бастнезит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  8. Gadolinite (англ.). База данных mindat.org. Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 19 августа 2013 года.
  9. Гадолинит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  10. Лантан // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  11. Allanite (англ.). Ортит в галерее минералов. Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 25 июля 2013 года.
  12. Allanite (англ.). База данных mindat.org. Дата обращения: 21 июля 2013. Архивировано 25 мая 2009 года.
  13. Ортит // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  14. Lighting (неопр.). 11th edition of Encyclop?dia Britannica (1911). Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано из оригинала 5 января 2013 года.
  15. Освещение калильное // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  16. Jason D. Sommerville and Lyon B. King. [http://www.me.mtu.edu/researchAreas/isp/Papers/AIAA-2007-5174-907.pdf Effect of Cathode Position on Hall-Effect Thruster Performance and Cathode Coupling Voltage] (англ.) // 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 8–11 July 2007, Cincinnati, OH : journal. Архивировано 4 марта 2016 года.
  17. 1 2 3 4 [www.xumuk.ru/encyklopedia/2271.html Статья в Большой Химической Энциклопедии]
  18. Inside the Nickel Metal Hydride Battery (неопр.). Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано из оригинала 5 января 2013 года.
  19. Tliha, M; Mathlouthi, H; Lamloumi, J; Percheronguegan, A. AB5-type hydrogen storage alloy used as anodic materials in Ni-MH batteries (англ.) // Journal of Alloys and Compounds : journal. — 2007. — Vol. 436. — P. 221. — doi:10.1016/j.jallcom.2006.07.012.
  20. Mischmetal —Encyclopedia Britannica (неопр.). Дата обращения: 28 декабря 2012. Архивировано 18 июня 2013 года.
  21. 1 2 3 4 5 C. R. Hammond. The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition (англ.). — CRC press, 2000. — ISBN 0-8493-0481-4.
  22. "As hybrid cars gobble rare metals, shortage looms". Reuters 2009-08-31. 2009-08-31. Архивировано 25 октября 2021. Дата обращения: 2 октября 2017.
  23. Bauerlein, P; Antonius, C; Loffler, J; Kumpers, J. Progress in high-power nickel–metal hydride batteries (англ.) // Journal of Power Sources[англ.] : journal. — 2008. — Vol. 176, no. 2. — P. 547. — doi:10.1016/j.jpowsour.2007.08.052.
  24. 1 2 FDA approves Fosrenol(R) in end-stage renal disease (ESRD) patients (неопр.) (28 октября 2004). Дата обращения: 6 июня 2009. Архивировано из оригинала 26 апреля 2009 года.
  25. Uchida, H. Hydrogen solubility in rare earth based hydrogen storage alloys (англ.) // International Journal of Hydrogen Energy : journal. — 1999. — Vol. 24, no. 9. — P. 871. — doi:10.1016/S0360-3199(98)00161-X.
  26. Дуговая угольная лампа — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  27. Hendrick, James B. Rare Earth Elements and Yttrium // Mineral Facts and Problems (неопр.). — Bureau of Mines, 1985. — Т. Bulletin 675. — С. 655. Архивировано 4 марта 2016 года.
  28. 1 2 Лантан в Популярной библиотеке химических элементов (неопр.). Дата обращения: 25 марта 2007. Архивировано 25 февраля 2020 года.
  29. Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds (неопр.). — McGraw-Hill Education, 2003. — С. 444—446. — ISBN 0-07-049439-8.
  30. Harrington, James A. Infrared Fiber Optics (неопр.) (PDF). Rutgers University. Дата обращения: 31 декабря 2012. Архивировано из оригинала 16 декабря 2009 года.
  31. Kim, K. The effect of lanthanum on the fabrication of ZrB2–ZrC composites by spark plasma sintering (англ.) // Materials Characterization : journal. — 2003. — Vol. 50. — P. 31. — doi:10.1016/S1044-5803(03)00055-X.
  32. E. V. D. van Loef, P. Dorenbos, C. W. E. van Eijk, K. W. Kraemer and H. U. Guedel Appl. Phys. Lett. 79 2001 1573
  33. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 3rd ed. (Wiley, New York, 2000).
  34. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
  35. Chau Y.P., Lu K.S. Investigation of the blood-ganglion barrier properties in rat sympathetic ganglia by using lanthanum ion and horseradish peroxidase as tracers (англ.) // Acta Anatomica (Basel) : journal. — 1995. — Vol. 153, no. 2. — P. 135—144. — ISSN 0001-5180. — doi:10.1159/000313647. — PMID 8560966.
  36. Hagheseresht et al. A novel lanthanum-modified bentonite, Phoslock, for phosphate removal from wastewaters (англ.) // Applied Clay Science : journal. — 2009. — Vol. 46, no. 4. — P. 369—375.
  37. Phosphate in Swimming Pool Water — The Root of Algae Problems
  38. C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy. Extractive metallurgy of rare earths (неопр.). — CRC Press, 2004. — С. 441. — ISBN 0-415-33340-7.
  39. Howard B. Cary. Arc welding automation (неопр.). — CRC Press, 1995. — С. 139. — ISBN 0-8247-9645-4.
  40. Larry Jeffus. Types of Tungsten // Welding : principles and applications (неопр.). — Clifton Park, N.Y.: Thomson/Delmar Learning, 2003. — С. 350. — ISBN 978-1-4018-1046-7.
  41. S. Nakai, A. Masuda, B. Lehmann. La-Ba dating of bastnaesite (англ.) // American Mineralogist[англ.] : journal. — 1988. — Vol. 7. — P. 1111. Архивировано 31 октября 2021 года.
  42. Дробков А. А. Влияние редкоземельных элементов на рост растений. «Доклады АН СССР», 1935, 17(5), 261—263.
  43. Дробков А. А. Микроэлементы и естественные радиоактивные элементы в жизни растений и животных / Отв. ред. Н. Г. Жежель. — М. : Изд-во АН СССР, 1958. — 208 с.
  44. 1 2 Комаров С. М. Редкая соль земли. Химия и жизнь, № 5, 2013, с. 20—22.
  45. Zhengyi Hu et al. Physiological and Biochemical Effects of Rare Earth Elements on Plants and Their Agricultural Significance: A Review. Journal оf Plant Nutrition, 2004, 27(1), p. 183—220.
  46. 1 2 Boldyreva, A. A. Lanthanum Potentiates GABA-Activated Currents in Rat Pyramidal Neurons of CA1 Hippocampal Field (англ.) // Bulletin of Experimental Biology and Medicine : journal. — 2005. — Vol. 140, no. 4. — P. 403—405. — doi:10.1007/s10517-005-0503-z. — PMID 16671565.
  47. Данные приведены по Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
  48. Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ
  49. Dufresne, A; Krier, G; Muller, J; Case, B; Perrault, G. Lanthanide particles in the lung of a printer (англ.) // Science of the Total Environment[англ.] : journal. — 1994. — Vol. 151, no. 3. — P. 249—252. — doi:10.1016/0048-9697(94)90474-X. — PMID 8085148.
  50. Waring, PM; Watling, R.J. Rare earth deposits in a deceased movie projectionist. A new case of rare earth pneumoconiosis (англ.) // The Medical journal of Australia[англ.] : journal. — 1990. — Vol. 153, no. 11—12. — P. 726—730. — PMID 2247001.