Лантан (La)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
138,90547 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 5d1Температура плавления
917,85 °CТемпература кипения
3463,85 °CПлотность
6150 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
1,1Энергия ионизации (1-я)
5,5769 eVГод открытия
1839Атомный радиус
195 pmПодробные сведения
Лантан по общепринятой традиции является первым элементом ряда лантаноидов, хотя его 4f-оболочка в нейтральном атоме пуста. Это мягкий, реакционноспособный редкоземельный металл, встречающийся вместе с другими лёгкими редкоземельными элементами в таких минералах, как монацит и бастнезит. Его химия определяется крупным ионом La³⁺, что обусловливает преимущественно бесцветные, сильно ионные соединения. Лантан важен в оптическом стекле, катализаторах, аккумуляторных сплавах и высокотемпературных керамических материалах.
Лантан — серебристо-белый, ковкий, пластичный и достаточно мягкий, чтобы его можно было резать ножом. Это один из наиболее реакционноспособных редкоземельных металлов. Он быстро окисляется при контакте с воздухом. Холодная вода медленно воздействует на лантан, тогда как горячая вода воздействует на него гораздо быстрее.
Металл непосредственно реагирует с элементарными углеродом, азотом, бором, селеном, кремнием, фосфором, серой, а также с галогенами.
При 310°C лантан переходит из гексагональной структуры в гранецентрированную кубическую, а при 865°C снова превращается в объёмно-центрированную кубическую структуру.
Название происходит от греческого lanthanein, означающего «быть скрытым» или «ускользать от внимания», потому что он скрывался в цериевой руде и его было трудно отделить от этого редкоземельного минерала. Лантан был открыт шведским хирургом и химиком Карлом-Густавом Мосандером в 1839 году. В 1842 году Мосандер разделил свой образец лантания на два оксида; для одного из них он сохранил название лантан, а для другого дал название дидимий (или близнец).
Лантан был открыт шведским химиком Карлом Густавом Мосандером в 1839 году. Мосандер искал примеси, которые, как он полагал, существовали в образцах церия. Он обработал нитрат церия (Ce(NO3)3) разбавленной азотной кислотой (HNO3) и обнаружил новое вещество, которое назвал лантаной (La2O3). Примерно 0,0018% земной коры состоит из лантана. Сегодня лантан главным образом получают ионообменным процессом из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами, который может содержать до 25% лантана.
От греческого слова lanthanein, ускользать от внимания. Мосандер в 1839 году выделил лантану из загрязненного нитрата церия и распознал новый элемент.
Лантан был выделен в относительно чистой форме в 1923 году. Технологии ионного обмена и экстракции растворителем значительно облегчили выделение так называемых «редкоземельных» элементов.
Чистый лантан — серебристо-белый мягкий металл, который можно разрезать ножом сразу после получения. Он быстро тускнеет на воздухе, образуя оксидные и гидроксидные пленки, и медленно реагирует с холодной водой, но быстрее — в мелкоизмельченном виде или при нагревании.
Лантан используется в оптических стеклах с высоким показателем преломления для объективов камер, микроскопов и другой прецизионной оптики. Смесь редкоземельных металлов, богатая лантаном, использовалась в кресалах для зажигалок и искрообразующих сплавах. Никель-металлогидридные аккумуляторные сплавы, содержащие лантан, обратимо запасают водород. Соединения лантана также используются в катализаторах крекинга в кипящем слое, керамических конденсаторах и диэлектрических материалах, люминофорах, а также в качестве добавок к вольфрамовым электродам и специальным сталям.
Лантан — один из редкоземельных элементов, используемых для изготовления дуговых угольных ламп, применяемых в кинематографии для студийного освещения и освещения проекторов. Лантан также составляет около 25% мишметалла — материала, используемого для изготовления кремней для зажигалок. Лантана (La2O3) используется для изготовления стекла для объективов камер и других специальных стёкол.
Редкоземельные соединения, содержащие лантан, широко используются в дуговом освещении, особенно в кинематографической промышленности для студийного освещения и проекции. На это применение расходуется около 25 процентов производимых редкоземельных соединений. La2O3 повышает щёлочестойкость стекла и используется при изготовлении специальных оптических стёкол. Небольшие количества лантана в качестве добавки могут использоваться для получения шаровидного чугуна.
В настоящее время существует интерес к гидридным сплавам, содержащим лантан. Эти сплавы поглощают до 400 объёмов собственного объёма водорода, и процесс обратим. Каждый раз при поглощении газа выделяется тепловая энергия; поэтому такие сплавы перспективны в системах энергосбережения.
Изотопы в науках о Земле и планетах
Исследования показали, что 138La (с периодом полураспада 1,06×1011 лет) может использоваться вместе с 138Ce и 136Ce для измерения времени, прошедшего с момента взрыва сверхновой, производящего большое количество нейтрино [415] T. Hayakawa, T. Shizuma, T. Kajino, K. Ogawa, H. Nakada. Am. Phys. Soc.77, (2008)..
Изотопы в геохронологии
138La распадается до 138Ce и 138Ba соответственно посредством бета-распада с периодом полураспада 1,06×1011 лет и посредством электронного захвата с периодом полураспада 1,56×1011 лет. Отношение количества изотопов n(138Ce)/n(142Ce) использовалось для датирования горных пород на больших временных масштабах (миллиарды лет) и в качестве химического трассера в геохимии [416] T. Hayashi, M. Tanimizu, T. Tanaka. Precambrian Res.135, 345 (2004).. Увеличение содержания радиогенного 138Ba в породах, обогащённых редкоземельными элементами, такими как алланит, позволяет определить возраст таких пород (рис. IUPAC.57.1) [417] S. Nakai, H. Shimizu, A. Masuda. Nature320, 433 (1986)..
Изотопы, используемые как источник радиоактивного изотопа(-ов)
139La используется для получения медицинского радиоизотопа 139Ce посредством реакции 139La (p, n) 139Ce [418] H. Aglan, S. A. Kandil, H. A. Hanafi, M. A. Mousa, Z. A. Saleh. J. Radioanal. Nucl. Chem.280, 533 (2009)..
Лантан почти исключительно образует соединения в степени окисления +3. Оксид лантана (La₂O₃) является основным оксидом, используемым в оптическом стекле и керамике, и легко поглощает влагу и CO₂ из воздуха. Хлорид лантана (LaCl₃), нитрат лантана (La(NO₃)₃) и карбонат лантана (La₂(CO₃)₃) являются распространенными солями иона La³⁺. Гексаборид лантана (LaB₆) — огнеупорный проводник, ценный как материал для электронной эмиссии. Манганит лантана-стронция, часто записываемый как La₁₋ₓSrₓMnO₃, важен в оксидной электронике и катодах твердооксидных топливных элементов.
See more information at the Lanthanum compound page.
Пыль и стружка металлического лантана легко воспламеняются, а металл реагирует с влагой с выделением водорода. Растворимые соли лантана могут раздражать кожу, глаза и дыхательные пути и при достаточном воздействии нарушать биологические процессы, связанные с кальцием. У лантана нет установленной жизненно важной биологической роли. Природный лантан по существу стабилен; радиологический риск обычно связан с сопутствующим торием или ураном в рудах, а не с самим лантаном.
Лантан и его соединения обладают низкой или умеренной острой токсичностью; поэтому при обращении с ними следует соблюдать осторожность.
Лантан встречается рассеянно в земной коре вместе с другими редкоземельными элементами и концентрируется главным образом в фосфатных и карбонатных минералах. Выветривание высвобождает La³⁺ в почвы и воды, где он, как правило, прочно связывается с глинами, органическим веществом, фосфатами и карбонатами, а не остаётся высокоподвижным. Добыча и переработка могут увеличивать локальную нагрузку редкоземельными элементами, кислотой, фторидами и радионуклидами в зависимости от типа руды и обращения с отходами.
Лантан получают главным образом как сопутствующий продукт при добыче и разделении редкоземельных элементов, особенно из концентратов бастнезита и монацита. Разделение основано на процессах экстракции растворителями или ионного обмена, поскольку соседние редкоземельные элементы имеют очень сходную химию. Это один из наиболее распространенных и менее дорогих редкоземельных элементов, однако предложение зависит от интегрированных мощностей переработки редкоземельного сырья и спроса на другие элементы в тех же рудах. Переработка осуществляется в ограниченных потоках, таких как никель-металлгидридные аккумуляторы и некоторые катализаторы, тогда как оптическое стекло и керамика реже подвергаются извлечению по содержанию лантана.
Лантан встречается в редкоземельных минералах, таких как церит, монацит, алланит и бастнезит. Монацит и бастнезит являются основными рудами, в которых лантан содержится в количествах до 25% и 38% соответственно. Мишметалл, используемый при изготовлении кремней для зажигалок, содержит около 25% лантана.
Доступность лантана и других редкоземельных элементов в последние годы значительно улучшилась. Металл можно получить восстановлением безводного фторида кальцием.
Лантан — тяжёлый элемент с нечётным атомным номером, образующийся главным образом в результате процессов захвата нейтронов с последующим радиоактивным распадом в более ранних поколениях звёзд. Он космически гораздо менее распространён, чем элементы железной группы, но измерим в Солнце, метеоритах и многих старых звёздах. Его распределение по содержанию помогает различать вклад медленного и быстрого захвата нейтронов в звёздном веществе.
- Металлический лантан расширяется при затвердевании — это необычное для металлов поведение.
- Название происходит от греческого lanthanein, означающего «лежать скрытым», поскольку элемент был найден спрятанным в минералах церия.
- La³⁺ диамагнитен, поскольку не имеет 4f-электронов.
- Катоды из гексаборида лантана могут эффективно испускать электроны при высокой температуре.
- Карбонат лантана используется в некоторых медицинских приложениях как связывающее фосфат средство.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 195 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 207 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 240 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Металлический радиус
- 169 pm Сравнить Металлический радиус у всех элементов →
- Плотность
- 6150 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0225 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 917,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3463,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Теплопроводность
- 13,4 Вт/(м·К) Сравнить Теплопроводность у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,195 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 27,11 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,1 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,47 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 5,5769 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,184999 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 19,177366 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 49,950172 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 61,600212 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 5d1
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,06425869 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 4,145722 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 4,467016 eV
- Теплота атомизации
- 4,467016 eV
- Энтальпия атомизации
- 4,467016 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 57 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 82 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 42 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- La-139
- Год открытия
- 1839
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 39 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 3,4 × 10−6 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 375 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 18, 9, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7439-91-0 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 2D3/2
- InChI
- InChI=1S/La
- Ключ InChI
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
La: 5d¹ 6s²[Xe] 5d¹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 139 Стабильный | 138,9063563 ± 0,0000024 | 99,9112% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 892,9 °C ниже температуры плавления (917,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 57. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| La I | 0 | 393 | 315 | 393 |
| La II | +1 | 273 | 84 | 273 |
| La III | +2 | 122 | 0 | 0 |
| La IV | +3 | 87 | 0 | 0 |
| La V | +4 | 42 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| La I | 0 | 343 |
| La II | +1 | 119 |
| La III | +2 | 42 |
| La IV | +3 | 52 |
| La V | +4 | 37 |
| La VI | +5 | 2 |
| La VII | +6 | 2 |
| La VIII | +7 | 2 |
| La IX | +8 | 2 |
| La X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 103.2 пм |
| +3 | 7 | Нет данных | 110.00000000000001 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 115.99999999999999 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 121.6 пм |
| +3 | 10 | Нет данных | 127 пм |
| +3 | 12 | Нет данных | 136 пм |
Соединения
Изотопы (1)
Natural lanthanum is a mixture of two stable isotopes, 138La and 139La. Twenty three other radioactive isotopes are recognized.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 139 Стабильный | 138,9063563 ± 0,0000024 | 99,9112% ± 0,0007% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 180 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 139 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 139 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Batsanov
- 250 pm
- Alvarez
- 298 pm
- UFF
- 352,2 pm
- MM3
- 278 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 284 pm
- Металлический радиус (КЧ 12)
- 187 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 13
- Pettifor
- 33
- Glawe
- 32
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 4
- Robles–Bartolotti
- 3
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 215 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 3730 Ha·Bohr6
Химическое сродство
- Сродство к протону
- 1013 kJ/mol
- Газофазная основность
- 991,9 kJ/mol
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 22,55 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1193,15 K |
| Температура кипения | 3737,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,1317 |
| 2 | p | 4,2044 |
| 2 | s | 15,0466 |
| 3 | d | 13,9398 |
| 3 | p | 18,8604 |
| 3 | s | 19,0569 |
| 4 | d | 32,2748 |
| 4 | f | 55,64 |
| 4 | p | 29,2936 |
| 4 | s | 28,2036 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (6)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 117,2 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VII | 124 | ||
| 3 | VIII | 130 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 135,6 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | X | 141 | ||
| 3 | XII | 150 | calculated, |
Типы распада изотопов (64)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 116 | B+ | — |
| 116 | B+p | — |
| 116 | p | — |
| 117 | p | 100% |
| 117 | B+ | — |
| 117 | B+p | — |
| 118 | B+ | — |
| 118 | B+p | — |
| 119 | B+ | — |
| 120 | B+ | 100% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (711)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 3,31251 |
| 10,1152 | — | 3,28769 |
| 10,2317 | — | 3,26306 |
| 10,3496 | — | 3,23861 |
| 10,4688 | — | 3,20975 |
| 10,5894 | — | 3,15961 |
| 10,7114 | — | 3,11024 |
| 10,8348 | — | 3,06165 |
| 10,9596 | — | 3,01382 |
| 11,0859 | — | 2,96673 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
3.9×101 milligrams per kilogram
Источники (1)
- [5] Lanthanum https://education.jlab.org/itselemental/ele057.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
3.4×10-6 milligrams per liter
Источники (1)
- [5] Lanthanum https://education.jlab.org/itselemental/ele057.html
Источники
Sources of this element.
Lanthanum is found in rare-earth minerals such as cerite, monazite, allanite, and bastnasite. Monazite and bastnasite are principal ores in which lanthanum occurs in percentages up to 25 percent and 38 percent respectively. Misch metal, used in making lighter flints, contains about 25 percent lanthanum.
The availability of lanthanum and other rare earths has improved greatly in recent years. The metal can be produced by reducing the anhydrous fluoride with calcium.
Источники (1)
- [6] Lanthanum https://periodic.lanl.gov/57.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Lanthanum.
The element property data was retrieved from publications.