Lanthanum (La)
lanthanideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
138,90547 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 5d1Nhiệt độ nóng chảy
917,85 °CNhiệt độ sôi
3463,85 °CKhối lượng riêng
6150 kg/m³Trạng thái oxi hóa
0, +1, +2, +3Độ âm điện (Pauling)
1,1Năng lượng ion hóa (lần 1)
5,5769 eVNăm phát hiện
1839Bán kính nguyên tử
195 pmChi tiết
Lanthanum is the first element of the lanthanide series by common convention, although its 4f shell is empty in the neutral atom. It is a soft, reactive rare-earth metal that occurs with other light rare earths in minerals such as monazite and bastnäsite. Its chemistry is dominated by the large La³⁺ ion, which gives mostly colorless, strongly ionic compounds. Lanthanum is important in optical glass, catalysts, battery alloys, and high-temperature ceramic materials.
Lanthanum is silvery white, malleable, ductile, and soft enough to be cut with a knife. It is one of the most reactive of the rare-earth metals. It oxidizes rapidly when exposed to air. Cold water attacks lanthanum slowly, while hot water attacks it much more rapidly.
The metal reacts directly with elemental carbon, nitrogen, boron, selenium, silicon, phosphorus, sulfur, and with halogens.
At 310°C, lanthanum changes from a hexagonal to a face-centered cubic structure, and at 865°C it again transforms into a body-centered cubic structure.
The name derives from the Greek lanthanein for "to be hidden" or "to escape notice" because it hid in cerium ore and was difficult to separate from that rare earth mineral. Lanthanum was discovered by the Swedish surgeon and chemist Carl-Gustav Mosander in 1839. In 1842, Mosander separated his lanthanium sample into two oxides; for one of these he retained the name lanthanum and for the other he gave the name didymium (or twin).
Lanthanum was discovered by Carl Gustaf Mosander, a Swedish chemist, in 1839. Mosander was searching for impurities he believed existed within samples of cerium. He treated cerium nitrate (Ce(NO3)3) with dilute nitric acid (HNO3) and found a new substance he named lanthana (La2O3). Roughly 0.0018% of the earth's crust is composed of lanthanum. Today, lanthanum is primarily obtained through an ion exchange process from monazite sand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), a material rich in rare earth elements that can contain as much as 25% lanthanum.
From the Greek word lanthanein, to escape notice. Mosander in 1839 extracted lanthana from impure cerium nitrate and recognized the new element.
Lanthanum was isolated in relatively pure form in 1923. Iron exchange and solvent extraction techniques have led to much easier isolation of the so-called "rare-earth" elements.
Pure lanthanum is a silvery-white, soft metal that can be cut with a knife when freshly prepared. It tarnishes rapidly in air, forming oxide and hydroxide films, and reacts slowly with cold water but more rapidly when finely divided or heated.
Lanthanum is used in high-refractive-index optical glasses for camera lenses, microscopes, and other precision optics. Mixed rare-earth metal rich in lanthanum has been used in lighter flints and spark-producing alloys. Lanthanum-containing nickel-metal hydride battery alloys store hydrogen reversibly. Lanthanum compounds are also used in fluid catalytic cracking catalysts, ceramic capacitors and dielectric materials, phosphors, and as additives in tungsten electrodes and specialty steels.
Lanthanum is one of the rare earth elements used to make carbon arc lights which are used in the motion picture industry for studio lighting and projector lights. Lanthanum also makes up about 25% of Misch metal, a material that is used to make flints for lighters. Lanthana (La2O3) is used to make the glass used in camera lenses and in other special glasses.
Rare-earth compounds containing lanthanum are extensively used in carbon lighting applications, especially by the motion picture industry for studio lighting and projection. This application consumes about 25 percent of the rare-earth compounds produced. La2O3 improves the alkali resistance of glass, and is used in making special optical glasses. Small amounts of lanthanum, as an additive, can be used to produce nodular cast iron.
There is current interest in hydrogen sponge alloys containing lanthanum. These alloys take up to 400 times their own volume of hydrogen gas, and the process is reversible. Every time they take up the gas, heat energy is released; therefore these alloys have possibilities in an energy conservation system.
Isotopes in Earth/Planetary Science
Studies have shown that 138La (with a half-life of 1.06×1011 years) can be used along with 138Ce and 136Ce to measure time elapsed from a supernova explosion producing large numbers of neutrinos [415] T. Hayakawa, T. Shizuma, T. Kajino, K. Ogawa, H. Nakada. Am. Phys. Soc.77, (2008)..
Isotopes in Geochronology
138La decays to 138Ce and 138Ba, respectively, by beta decay with a half-life of 1.06×1011 years and by electron capture with a half-life of 1.56×1011 years. The isotope-amount ratio n(138Ce)/n(142Ce) has been used for dating rocks on long time scales (billions of years) and as a chemical tracer in geochemistry [416] T. Hayashi, M. Tanimizu, T. Tanaka. Precambrian Res.135, 345 (2004).. The increase in radiogenic 138Ba in rocks enriched in rare earth elements, such as allanite, enables one to determine the age of such rocks (Fig. IUPAC.57.1) [417] S. Nakai, H. Shimizu, A. Masuda. Nature320, 433 (1986)..
Isotopes Used as a Source of Radioactive Isotope(s)
139La is used for the production of the medical radioisotope 139Ce via the 139La (p, n) 139Ce reaction [418] H. Aglan, S. A. Kandil, H. A. Hanafi, M. A. Mousa, Z. A. Saleh. J. Radioanal. Nucl. Chem.280, 533 (2009)..
Lanthanum almost exclusively forms compounds in the +3 oxidation state. Lanthanum oxide (La₂O₃) is a basic oxide used in optical glass and ceramics and readily absorbs moisture and CO₂ from air. Lanthanum chloride (LaCl₃), lanthanum nitrate (La(NO₃)₃), and lanthanum carbonate (La₂(CO₃)₃) are common salts of the La³⁺ ion. Lanthanum hexaboride (LaB₆) is a refractory conductor valued as an electron-emission material. Lanthanum strontium manganite, often written La₁₋ₓSrₓMnO₃, is important in oxide electronics and solid oxide fuel-cell cathodes.
See more information at the Lanthanum compound page.
Metallic lanthanum dust and turnings are flammable, and the metal reacts with moisture to release hydrogen. Soluble lanthanum salts can irritate skin, eyes, and the respiratory tract and may disturb calcium-related biological processes at sufficient exposure. Lanthanum has no established essential biological role. Natural lanthanum is effectively stable; radiological risk normally comes from associated thorium or uranium in ores, not from lanthanum itself.
Lanthanum and its compounds have a low to moderate acute toxicity rating; therefore, care should be taken in handling them.
Lanthanum occurs dispersed in the crust with other rare-earth elements and is concentrated mainly in phosphate and carbonate minerals. Weathering releases La³⁺ into soils and waters, where it tends to bind strongly to clays, organic matter, phosphates, and carbonates rather than remain highly mobile. Mining and processing can increase local rare-earth, acid, fluoride, and radionuclide burdens, depending on ore type and waste management.
Lanthanum is obtained chiefly as a co-product of rare-earth mining and separation, especially from bastnäsite and monazite concentrates. Separation relies on solvent extraction or ion-exchange processes because neighboring rare earths have very similar chemistry. It is one of the more abundant and lower-cost rare earths, but supply depends on integrated rare-earth processing capacity and demand for other elements in the same ores. Recycling occurs in limited streams such as nickel-metal hydride batteries and some catalysts, while optical glass and ceramics are less commonly recovered for lanthanum content.
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.
Lanthanum is an odd-atomic-number heavy element made mainly by neutron-capture processes followed by radioactive decay in earlier generations of stars. It is far less abundant cosmically than iron-group elements but is measurable in the Sun, meteorites, and many old stars. Its abundance pattern helps distinguish slow and rapid neutron-capture contributions in stellar material.
- Lanthanum metal expands when it solidifies, an uncommon behavior among metals.
- The name comes from Greek lanthanein, meaning to lie hidden, because it was found concealed in cerium minerals.
- La³⁺ is diamagnetic because it has no 4f electrons.
- Lanthanum hexaboride cathodes can emit electrons efficiently at high temperature.
- Lanthanum carbonate is used as a phosphate binder in some medical applications.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 195 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 207 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 240 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Bán kính kim loại
- 169 pm So sánh Bán kính kim loại của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 6150 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0225 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 917,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 3463,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Độ dẫn nhiệt
- 13,4 W/(m·K) So sánh Độ dẫn nhiệt của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,195 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 27,11 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,1 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Ái lực electron
- 0,47 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 5,5769 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 11,184999 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 19,177366 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 49,950172 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 61,600212 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- 0, +1, +2, +3 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 5d1
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,06425869 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 4,145722 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 4,467016 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 4,467016 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 4,467016 eV
Hạt nhân
- Proton
- 57 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 82 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 42 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 1 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- La-139
- Năm phát hiện
- 1839
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 39 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 3,4 × 10−6 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 375 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 18, 9, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7439-91-0 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 2D3/2
- InChI
- InChI=1S/La
- Khóa InChI
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
La: 5d¹ 6s²[Xe] 5d¹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 139 Bền | 138,9063563 ± 0,0000024 | 99,9112% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (917,85 °C) một lượng 892,9 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 57. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Không có | 103.2 pm |
| +3 | 7 | Không có | 110.00000000000001 pm |
| +3 | 8 | Không có | 115.99999999999999 pm |
| +3 | 9 | Không có | 121.6 pm |
| +3 | 10 | Không có | 127 pm |
| +3 | 12 | Không có | 136 pm |
Hợp chất
Đồng vị (1)
Natural lanthanum is a mixture of two stable isotopes, 138La and 139La. Twenty three other radioactive isotopes are recognized.
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 139 Bền | 138,9063563 ± 0,0000024 | 99,9112% ± 0,0007% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 180 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 139 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết ba)
- 139 pm
Bán kính van der Waals
- Batsanov
- 250 pm
- Alvarez
- 298 pm
- UFF
- 352,2 pm
- MM3
- 278 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 284 pm
- Bán kính kim loại (C12)
- 187 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 13
- Pettifor
- 33
- Glawe
- 32
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 4
- Robles–Bartolotti
- 3
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 215 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 3730 Ha·Bohr6
Ái lực hóa học
- Ái lực proton
- 1013 kJ/mol
- Độ bazơ pha khí
- 991,9 kJ/mol
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 22,55 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 2
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 97
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 10
- Phân bố trữ lượng
- 50
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 24
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 24
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 1193,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 3737,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (13)
| n | Orbital | 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 |
Chi tiết bán kính tinh thể (6)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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, |
Các kiểu phân rã đồng vị (64)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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% |
Hệ số tán xạ tia X (711)
| Năng lượng (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 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
3.9×101 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Lanthanum https://education.jlab.org/itselemental/ele057.html
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
3.4×10-6 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Lanthanum https://education.jlab.org/itselemental/ele057.html
Sources
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.
Tài liệu tham khảo (1)
- [6] Lanthanum https://periodic.lanl.gov/57.shtml
Tài liệu tham khảo
(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.