Знаешь как. Получение, свойства и применение лантана

Автор неизвестен

Лантан (Lanthanum , La) химический элемент под номером 57 в таблице Менделеева.

Особое место среди химических элементов занимает это "семейство", связанное между собой исключительным сходством свойств. Их устаревшее название - редкоземельные элементы (РЗЭ). Интерес к ним значительно увеличился после того, как были пущены первые атомные реакторы, при работе которых в качестве побочных продуктов образуются эти элементы.

От пытливых химиков этот элемент очень долго скрывался, за что и получил название лантан ("лантано" по-гречески "скрываюсь", "таюсь"). Он был открыт шведским химиком Мозандером в 1839 г. Более сотни лет лантан представлял собой труднодоступный элемент не только для промышленности, но и для химической лаборатории. В чистом виде лантан (и его соединения) был получен лишь после того, как в практику лабораторий и промышленных предприятий прочно вошел так называемый хроматографический анализ, разработанный русским ученым М. С. Цветом в 1903 г.

Сущность этого метода в самых общих чертах состоит в следующем. Через трубку, наполненную неокрашенным порошкообразным или мелкозернистым веществом, обладающим способностью удерживать (адсорбировать) на своей поверхности частицы других веществ, пропускается испытуемый раствор.

Вещества, входящие в смесь, в зависимости от степени их адсорбции на поверхности поглотителя (адсорбента) будут располагаться на разных уровнях его высоты в трубке (колонке). Если раствор состоит из смеси окрашенных веществ (с такими растворами работал в свое время М. С. Цвет), то они, благодаря различной их адсорбируемости, удерживаются в различных частях адсорбента, окрашивая его в соответствующий для данного вещества цвет.

Таким образом, разделяются составные части смеси. Масса адсорбента по всей его длине в трубке в соответствии с окраской удержанного вещества будет иметь различные цвета или различные оттенки одного и того же цвета (в зависимости от окрасок составных частей смеси). Полученная колонка окрашенного адсорбента называется хроматограммой (от греческого "хрома" - краска, цвет и "графо" - пишу). Для выделения составных частей смеси, колонку адсорбента осторожно извлекают из трубки и разделяют по зонам окраски. Состав каждой окрашенной зоны определяется обычными методами химического анализа. Вполне понятно, что анализ не представляет трудностей, когда в каждой зоне присутствует только одно вещество. Однако в большинстве случаев зоны окрашенного адсорбента не настолько резко отличаются друг от друга, чтобы их можно было легко разделить механически. Обычно зоны совмещаются и постепенно переходят одна в другую. В этих случаях трубку, содержащую адсорбент с удержанными на нем веществами, промывают специально подобранным растворителем, который по-разному относится к адсорбированным составным частям смеси. Такой прием извлечения адсорбированного вещества из адсорбента называется элюцией (от латинского "элюцио" - промывание). Элюция позволяет использовать не только различие в адсорбируемости составных частей смеси, но и в их растворимости.

Лантан и его соединения обнаруживают очень большое сходство с целым рядом других весьма похожих на лантан элементов.

Число "родственников" лантана известно. Их - 14. От лантана, как наиболее хорошо изученного, все они объединяются в одну группу, в одну клеточку системы Менделеева под именем семейства лантаноидов.

Большое сходство химических свойств у лантаноидов связано с особым строением электронных оболочек у атомов этих элементов начиная с лантана до лютеция включительно. Это особое строение приводит к тому, что по мере возрастания порядкового номера элемента увеличения радиуса атомов не происходит (лантаноидное сжатие). Это явление и объясняет такое большое химическое сходство всех лантаноидов.

После того как были выделены чистые соли лантана, получение самого лантана уже не представляло особого труда. Например, путем электролиза хлорида лантана получили металлический лантан, который по своему химическому поведению напоминает металл кальций. Лантан по твердости подобен олову (плотность 6,2), температура его плавления составляет всего 915-925°С, но зато удивительно высока температура кипения (4515°С). Как и многие активные металлы, он разлагает воду, хорошо реагирует с кислотами, а при нагревании энергично - с хлором, серой и другими металлоидами, т. е. проявляет свойства типичного металла.

Лантан - металл "самозащищающийся": в сухом воздухе он покрывается тонкой пленкой окисла, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но такая "защита" происходит только в сухом воздухе, влага с этой пленкой соединяется и образует сильное основание.

Неоднократно мы упоминали о таком важном металле, как алюминий, и указывали, в частности, на его способность гореть с выделением большого количества тепла. На этой реакции основано много различных процессов. У лантана теплота реакции соединения с кислородом еще больше. Как только научились получать лантан в больших количествах, он стал соперничать с алюминием в металлургии. Для удаления кислорода из жидкой стали в нее часто вводят не алюминий, а лантан. На тонну стали нужен всего один килограмм этого "раскислителя", как в технике называют вещества, освобождающие сталь от кислорода. Таким способом обработаны уже миллионы тонн стали и утверждают, что это отличный метод повышения ее качества.

Лантан получали в смеси с церием - другим членом семейства лантаноидов, приблизительно в соотношении 1:1. Сплавив смесь этих металлов с железом, получили... "кремень", который широко применялся в карманных зажигалках. Конечно, железо-цериево-лантанный "кремень" не имеет ничего общего с природным камнем кремнем - соединением кремния. Такое название было дано сплаву за способность "искрометания" при трении по нему зазубренного стального колесика. Эта способность была использована не только в безобидных зажигалках, но и в артиллерийских снарядах. Снабдив снаряд насадкой из этого "смешанного металла", получили возможность наблюдать снаряд в полете. "Смешанный металл" при полете в воздухе искрит. При этом роль колесика зажигалки играет сам воздух, трущийся о металл.

Соединения лантана используются при изготовлении стекла для лучших объективов фотоаппаратов и специальных защитных очков. В сплаве с магнием лантан используется для изготовления деталей авиационных двигателей.

Любопытно, что своеобразными "залежами" лантана является всем знакомое растение черника, зола которой содержит до 0,17% окиси лантана. Много лантана в золе низкорослых карельских берез.

Лантан — 57

Лантан (La) редкоземельный металл , атомный номер 57, атомная масса 138, 91, температура плавления 920оС и плотность 6, 16 г/см3.
Его долго не могли открыть, за что он получил своё название («лантан», по гречески « скрываюсь»). Длительное время, лантан был труднодоступен для получения в лаборатории и, тем более, в промышленности. В чистом виде, он и его соединения, были получены только в 1903 году, с помощью хроматографии. Сначала были выделены соли лантана, а затем и сам лантан, в чистом виде. Металлический лантан очень похож на металл кальций. Его твёрдость сопоставима с твёрдостью олова, он разлагает воду, реагирует с кислотами, а при нагревании-с хлором и серой. На открытом сухом воздухе он окисляется и, тонкая плёнка окисла, защищает от окисления тело металла.

ПОЛУЧЕНИЕ ЛАНТАНА.

редкоземельный металл — ЛАНТАН

В природе, лантан содержится, в основном, в минералах называемых монацит и бастнезит. Также он присутствует в минералах лопарите и апатите. В этих же минералах содержатся и другие РЗМ, что затрудняет выделение лантана в чистом виде. В промышленности, как товарный продукт, производят лантан с чистотой до 99%, который, затем, доводится до более высокой чистоты.
Монацит-тяжёлый минерал, в природе встречается различных расцветок, из-за своего непостоянного химического состава. В нём присутствуют до 68% окислов различных РЗМ, до 7% циркония, до 10% двуокиси тория, доли процентов урана. Монацит, обычно в виде россыпей, находится на берегах морей, озёр и рек различных континентов. После добычи минералов, необходимо получить концентрат чистотой до 92-96%. Для этого применяется процесс крупного дробления, мелкого дробления и затем обогащения, гравитационным, магнитным и электростатическим методом. При этом получаются и другие концентраты (ильменитовый, рутиловый, циркониевый).
Затем, полученный монацитовый концентрат, обрабатывают серной кислотой (иногда щёлочью). Полученные сульфаты РЗМ выщелачиваются водой, они переходят в раствор, а в осадке остаются кремнезём и часть циркона. На следующей стадии обработки, отделяются радий 228 и торий с церием. После отделения церия в растворе остаётся лантан в виде хлорида LaCl3. Затем, он подвергается электролизу в расплаве, где выделяется с чистотой до 99,5%. Для получения более чистого лантана до 99,8% применяется кальциетермический способ переработки. Существуют и другие способы разделения РЗМ-экстракционный и ионообменный, при применении которых достигается чистота полученного лантана до 99,9%.
Ещё совсем недавно, лантан получали совместно с церием. В этой смеси они находились в соотношении 1:1 и смесь эта обладала пирофорными свойствами, что нашло применение в производстве трассирующих снарядов. Лантан можно получать при производстве суперфосфатов и апатитов, запасы которых в нашей стране-неисчерпаемы.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАНТАНА.

При создании новых материалов, в современном мире, трудно переоценить значение РЗМ и, в том числе, лантана.
Энергетика. Ядерная энергетика потребляет большое количество лантана, как добавку в ядерное топливо. Применяется он и для получения плутония. В ветровой энергетике применяются мощные магниты, созданные с применением лантана, для генераторов ветряных установок.
Нефтяная отрасль. Лантан используется как катализатор в процессе крекинга нефти.
Люминофоры. Лантан используется в производстве люменисцентных ламп, при производстве плоских экранов и мониторов, для приборов на электронно-лучевых трубках. В настоящее время, производство люминофоров становится крупнейшей в мире отраслью потребления РЗМ и лантана в частности, в виде высокоочищенного металла и комплексных соединений, таких как LaCeT, LaP.
Электроника. Производство микрочипов и устройств памяти для компьютеров, производство LED-дисплеев.
Сплавы и керамика. Для легирования и рафинирования сплавов в металлургии используется т.н. миш-металл (сплав церия 45-50%, лантана 22-35%, неодима15-17% и других РЗМ с железом до 5% и кремнием 0,1-0,3%), очень важный компонент для получения чистых металлов, как лигатуры для получения жаропрочных и химостойких сплавов. Смесь лантана с церием, введённая в состав хромоникелевых сталей значительно увеличивает их пластичность, что облегчает прокатку в десятки раз и значительно уменьшает потери металла. Получение высокочистых тугоплавких металлов невозможно, без введения в их сплавы лантана и его смеси с церием. Добавки лантана и его смеси с церием в алюминий и магний значительно повышают их механические и химические свойства. Производство электротехнической и электронной керамики, с применением лантана, становится важной отраслью на рынках развитых индустриальных стран.
Космос и авиация. Производство конструкционных материалов для корпусов спутников и космических кораблей. Эти материалы выдерживают огромные нагрузки, перепады температур и давлений. Для газотурбинных двигателей самолётов применяется микролегирование сплавами РЗМ, в составе которых есть лантан.
Автопром. Производство катализаторов для горючего, создание аккумуляторов нового поколения, производство двигателей для гибридных автомобилей.
Лазеры и оптоэлектроника. Производство оптических линз.
Прочие. Создание приборов диагностики в медицине, создание новых видов удобрений для сельского хозяйства. Создание фильтров для экологически чистых производств.

Лантан

ЛАНТА́Н -а; м. Химический элемент (La), редкоземельный металл (применяется как легирующая добавка к алюминиевым сплавам, компонент оптических стёкол, в лазерах).

◁ Ланта́новый, -ая, -ое.

ланта́н

(лат. Lanthanum), химический элемент III группы периодической системы, относится к редкоземельным элементам. Название от греч. lanthánō - скрываюсь, в связи с трудностями получения. Металл. Плотность 6,162 г/см 3 , t пл 920°C. Лантан - основа геттерных сплавов с никелем, легирующая добавка к алюминиевым и другим сплавам; LaCrO 3 - материал высокотемпературных электропроводящих керамических изделий; La 2 O 3 - компонент оптических стёкол; LaF 3 , La 2 O 3 - лазерные материалы.

ЛАНТАН

ЛАНТА́Н (лат. Lanthanum, от греческого «лантано» - скрываюсь), La (читается «лантан»), химический элемент с атомным номером 57, атомная масса 138,9055. Природный лантан состоит из двух изотопов: 139 La (99,911%) и радиоактивного 138 La (-радиоактивен, период полураспада Т 1/2 2.10 11 лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s 2 p 6 d 1 6s 2 . Степень окисления +3 (валентность III).
Расположен в группе IIIВ в 6 периоде периодической системы. Вместе с неодимом (см. НЕОДИМ) и церием (см. ЦЕРИЙ) относится к наиболее распространенным редкоземельным элементам. Радиус атома 0,187 нм, радиус иона La 3+ - от 0,117 (координационное число 6) до 0,150 нм (12). Энергии последовательной ионизации 5,577, 11,06, 19,18 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,1.
История открытия
Лантан открыт в 1839 шведским химиком К. Г. Мосандером (см. МОСАНДЕР Карл Густав) в виде оксида лантана La 2 O 3 при исследовании примесей, содержащихся в соединениях церия (см. ЦЕРИЙ) .
Нахождение в природе
Содержание лантана в земной коре 2,9·10 -3 % (по массе). В природе вместе с другими редкоземельными элементами входит в состав минералов: монацит (см. МОНАЦИТ) , бастензит, лопарит (см. ЛОПАРИТ) и апатит (см. АПАТИТ) .
Получение
Получение лантана связано с разделением исходного сырья на фракции. Лантан концентрируется вместе с церием, празеодимом (см. ПРАЗЕОДИМ) и неодимом. Сначала из смеси отделяют церий (используя его способность образовывать устойчивые соединения в степени окисления +4), затем оставшиеся элементы разделяют методами ионной хроматографии и экстракции. Для отделения от других лантаноидов и редкоземельных элементов лантан осаждают в виде оксалата La 2 (C 2 O 4) 3 ·9H 2 O, прокаливание которого приводит к образованию La 2 О 3 . Металлический лантан получают действием на LaCl 3 (LaF 3) кальция или электролизом расплава LaCl 3 в присутствии СаСI 2 или ВаСI 2 .
Физические и химические свойства
Лантан - серебристо-белый металл.
До температуры 277°C устойчив a-La с гексагональной решеткой, а = 0,3772 нм и с = 1,2144 нм. При температурах 277-861°C устойчив b-La с кубической решеткой типа Cu. При температуре 861-920°C устойчив g-La с кубической решеткой типа a-Fe. Температура кипения лантана 3447°C, плотность a-La 6,162 кг/дм 3 .
На воздухе лантан быстро окисляется с образованием гидратированного оксикарбоната. При нагревании до 450°C в среде кислорода (см. КИСЛОРОД) La воспламеняется, образуя основной оксид La 2 O 3 . При нагревании La реагирует с N 2 с образованием нитрида, с H 2 с образованием гидридов переменного состава. При нагревании реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) , серой (см. СЕРА) и фосфором (см. ФОСФОР) .
Гидроксид La(ОН) 3 .получают действием растворов щелочей на водорастворимые соли лантана.
Плохо растворимы в воде фторид, фосфат, карбонат, оксалат и некоторые другие соли лантана.
Применение
Лантан - легирующая добавка к алюминиевым, магнивыем, никелевым, кобальтовым сплавам, компонент миш-металла (см. МИШ-МЕТАЛЛ) , применяемого для улучшения свойств коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Интерметаллид LaNi 5 - перспективный аккумулятор. Оксисульфид и алюминат - компоненты люминофоров. Оксид лантана используют для получения оптического стекла.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "лантан" в других словарях:

- (лат., от греч. lanthano быть скрытым, спрятанным). Металл, открытый в 1840 г. Мозандером в церите. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЛАНТАН лат., от греч. lanthano, быть скрытым, спрятанным. Металл,… … Словарь иностранных слов русского языка

- (лат. Lanthanum) La, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055, относится к редкоземельным элементам. Назван от греческого lanthano скрываюсь, в связи с трудностями получения. Металл. Плотность… … Большой Энциклопедический словарь

- (символ La), серебристо белый металлический элемент группы ЛАНТАНИДЛОВ, впервые обнаружен в 1839 г. Основные руды, в которых он содержится, это монациты и бастнезиты. Мягкий, ковкий и вязкий, лантан применяется как КАТАЛИЗАТОР при КРЕКИНГЕ… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (Lanthanum), La, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055; относится к редкоземельным элементам; металл. Открыт шведским химиком К. Мосандером в 1839 … Современная энциклопедия

(Lanthanum; - скрываюсь, остаюсь незамеченным), La - редкоземельный хим. элемент III группы периодической системы элементов; ат. н. 57, ат. м. 138,055. Серебристо-белый металл. В соединениях проявляет степень окисления + 3. Природная смесь состоит из стабильного 139La (99,911%) и радиоактивного 138La(0,089%) изотопов. Изотоп 138La распадается путем К-захвата с периодом полураспада 1 1011 лет. Изотоп 139La образуется при делении урана (6,3% массы всех осколков) и является «реакторным ядом». Получены радиоактивные с массовыми числами 127-137 и 140- 144. Макс. период полураспада (6 104 лет) - у изотопа 137La. Лантан открыл в 1839 швед, химик К. Мозандер, доказавший неоднородность открытой ранее «цериевой земли».

По распространенности лантан занимает среди редкоземельных элементов третье место после церия и неодима. Содержание Л. в земной коре 1,8 х 10-3 %. Л. и остальные элементы цериевой подгруппы получают преим. из минералов монацита и бастнезита. В монаците содержится 17% La203, в бастнезите 24% La203. Кристаллическая решетка Л. при комнатной т-ре гексагональная плотноупако-ванная (типа альфа-лантан) с периодами а = 3,770 ± 0,002А, с =12,159 ± 0,008А и плотностью 6,162 г/см3. Имеет три аллотропические модификации. Т-ры превращений: альфа → бета 310 ± 5°С, бета → гамма 864° С. Бета-лантан имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом а = 5,304 ± 0,003А и плотностью 6,190 г/см3, гамма-лантан - объемноцентриро-ванную кубическую решетку с периодом а = 4,26 ± 0,01 А и плотностью 5,97 г/см3. Т-ра плавления 920 ± 5° С; т-ра кипения 3470° С. Теплота плавления 1,6 ккал/г-атом; теплота испарения 93,8 ± 0,9 ккал/г-атом. Атомная теплоемкость (кал/г-тервале т-р 0-310° С) сp = 6,27 +4- 2,6 10 г. Коэфф. теплопроводности альфа-лантана (в интервале т-р 25-30° С) 0,033 ± 0,003 кал/см x сек град. Коэфф. термического расширения альфа-лантана 4,9 X 10-6 (т-ра 25° С), бета-лантана 9,6 10-6 (среднее значение в интервале т-р 325 - 775° С). Удельное электрическое сопротивление (ом см) альфа-лантана 56,8 10 (т-ра 25° С), бета-лантана 98 10-б (т-ра 560° С), гамма-лантана 126 х10-6 (т-ра 890° С). Температурный коэфф. электр. сопротивления альфа-лантана (т-ра 0° С) 2,18 х10 град. Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние альфа-лантана 4,90 ± 10 К, бета-лантана 5,85 ± 0,11 К. Работа выхода электронов 3,3 эв. Металл парамагнитен. Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов атомом изотопа 139La составляет 9 барн. При комнатной т-ре модуль норм, упругости 3915, по другим данным 7031- 7734 кгс/мм2; модуль сдвига 1518 кгс/мм2; коэфф. Пуассона 0,288. У литого образца (т-ра 20° С) предел текучести 12,8 кгс/мм2; предел прочности 13,3 кгс/мм2; относительное удлинение 8%. Твердость Л. по Виккер-су (т-ра 20° С): литого 50, отожженного 37, кованого 120-178 кгс/мм2. При комнатной т-ре достаточно чистый Л. поддается ковке и прессованию, но не обладает достаточной вязкостью. Возможно изготовление листов из чистого Л. ковкой при комнатной т-ре. Лантан как и другие редкоземельные , обладает большой хим. активностью.

В сухом воздухе покрывается окисной пленкой голубоватого цвета, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Во влажном воздухе постепенно превращается в гидрат окиси белого цвета. При т-ре 450° С в среде кислорода Л. воспламеняется. С азотом Л. в раскаленном состоянии образует нитрид белого цвета. При т-ре 240° С в среде водорода образует гидрид черного цвета, однако поглощение водорода металлом происходит и при комнатной т-ре. Лантан образует также весьма прочные , реагирует с большинством др. хим. элементов. Легко растворяется В соляной, серной и азотной к-тах. Соли Л. белого цвета. Сплавляется со многими металлами. Плавку ведут в инертной среде или в вакууме. Металлический Л. чистотой до 99,48% получают электролитическим способом. В пром-сти наиболее широко распространен безводного хлорида в расплаве. Металл поставляют в виде слитков трапецоидальной или круглой формы массой 2-5 кг. Лантановый миш-металл применяют для улучшения св-в коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Кроме того, лантан служит компонентом алюминиевых и др. легких сплавов. Окись Л. входит в состав керамических глазурей, оптического стекла, используется в реагентах, утяжеляющих натуральный и искусственный шелк. Изотоп 140La (с периодом полураспада 40,22 ч) - радиоактивный индикатор при изучении процессов разделения Л. и лантаноидов.

Лантан в природе

Встречается в виде устойчивого изотоп 89 La (99,91%) . В литосфере содержится лантана 2 ⋅ 10 ⁻ ⁴ в. Встречаются достаточно богатые этим элементом, однако эти настолько рассеяны, что переработка связана с концентрированием (отделением больших количеств пустой породы) , что связано с большими энергозатратами.

Поскольку лантан имеет отрицательное значение стандартных электронных потенциалов, получают его электролизом расплавленных хлоридов или нитратов, а для понижения температур плавления добавляют соли других металлов.

Помимо электролиза его получают восстанавливая при высоких температурах из их хлоридов или фторидов наиболее активными металлами (калием и кальцием) :

LaCl 3 + 3K = La + 3KCl

Физические и химические свойства

Лантан — серебристо — белый металл, существующий в двух кристаллических видоизменениях с различными типами и параметрами решеток.

В химических реакциях атом иттрия теряет по три электрона и ведёт себя как сильный восстановитель.

При обычных температурах поверхность его окисляется кислородом с образованием защитных плёнок. Но при нагревании в кислороде горит и образуются оксиды La 2 O 3 .

С водой лантан взаимодействует медленно, образующиеся при этом гидроксиды покрывают его защитной плёнкой:

2La + 6H 2 O = 2La(OH) 3 ↓ + 3H 2

2La + 3H 2 SO 4 = La 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2

и растворяется в кислотах.

Соединения лантана

Проявляет степень окисления +3 , их ионы имеют на внешнем уровне по 8 электронов, большой заряд этих ионов Э ³ ⁺ обусловливается склонность скандия к комплексообразованию.

Его оксиды отвечают формуле La 2 O 3 , бесцветны, тугоплавки, получаются разложением нитратов:

4La(NO 3 ) 3 = 2LaO 3 + 12NO 2 + 3O 2

Он обладает основным характером, энергично реагировать с водой, образуя гидроксиды:

La 2 O 3 + 3H 2 O = 2La(OH) 3

Он мало растворим в воде, но легко растворяется в кислотах, гидроксид скандия La(OH) 3 проявляет признаки амфотерности.

Соли лантана из воды кристаллизуются в виде аквасоединений. , нитраты и ацетаты растворимы в воде и гидролизуются в незначительной степени.

Мало растворимые в воде фториды, и оксалаты лантана переходят в раствор под действием избытка осадителя с образованием комплексных соединений.

Положительные ионы лантана имеют координационные числа от 3 до 6 . Важнейшие лиганды в комплексе металла — это фторид — , карбонат — , сульфат — , оксалат- ионы. Ион лантана La ³ ⁺ образует с фторид — ионами комплексные соединения: