Хімічний елемент лантан (Lanthanum): опис, властивості, формула

Лантан — це хімічний елемент періодичної системи Менделєєва. Його назва походить від латинського Lanthanum, в перекладі з грецького «лантано» – скритність. Лантан рідкоземельний метал. Його атомний номер 57, атомарна маса 138,9050. У природі елемент складається з двох ізотопів – лантану 139 і радіоактивного лантану 138.

Коротка атомарна і хімічна характеристика

У таблиці Менделєєва знаходяться в III групі B, шостому періоді. Поруч розташовані церій, неодим.

Електронна формула лантану: KLMN4s24p64d105s25p65d16s2, Еион(Ме=>Ме++e)=5,59 ев. Атомарний маса – 138,9055, радіус атома 187 пм, щільність – 6,162 грамів на сантиметр кубічний. Кристалічна решітка – гексагональна. Її період – 3,750 А.

Атом хімічного елемента лантану – позитивно заряджене ядро (+57), всередині укладено 57 протонів, 82 нейтрона. Навколо ядра на 6 орбітах знаходяться в русі 57 електронів.

Докладна інформація про лантане доступна в підручниках з хімії і коротко про нього розповідається у даній статті.

Кратна історія відкриття лантану

Після того як існування хімічного елемента лантану було теоретично передбачене, його не змогли відшукати протягом 36 років. До першовідкривача цього металу слід віднести молодого шведського хіміка Йенса Якоба Берцеліуса, який у 1803 році ретельно вивчив мінерал, який в даний час відомий як церит. Вчений визначив, що його структура неоднорідна і містить якийсь невідомий елемент.

Дещо раніше хімік-студент на прізвище Ердман в скельних породах Норвегії виявив невідомий науці мінерал, який назвав на честь вчителя Карла Мозандера – мозандеритом.

Через деякий час Мозандер ще раз докладно вивчив знайдені мінерали і зробив висновок, що дійсно, в них міститься невідомий науці метал. Довести це йому пощастило лише в 1839 році. В результаті своїх дослідів він виділив новий елемент, який Берцеліус запропонував назвати лантаном.

Хімічні властивості, зовнішній вигляд

Лантан відрізняється м’якістю, ковкістю. В’язкий метал. Хімічні властивості звичайні, при цьому він відрізняється високою тугоплавкостью. Лантан – метал сріблясто-білого кольору. При знаходженні в сухому повітрі захищають свою внутрішню структуру оксидною плівкою, не окислюючись. Однак якщо в повітрі є хоч невелика вологість, то металевий лантан досить швидко окислюється, перетворюючись у гідроокис.

Дивіться також:  Географічний центр Азії. Пошук точки

При нагріванні цього металу до температури 400 градусів Цельсія в кисневій середовищі він згоряє. Полум’я яскраве, з великим виділенням тепла. При прожарюванні лантан в азотній атмосфері утворює чорний нітрид. У хлорного середовищі запалюється при кімнатній температурі. В мінеральних кислотах розчиняється добре. На лужні розчини не реагує. Сполуки хімічного елемента лантану мають валентність 3 +.

При контакті з воднем метал починає виділяти велику кількість тепла вже при температурі навколишнього середовища близько 20-25 градусів Цельсія. Утворює змінні гідриди, так як лантан відрізняється різними ступенями поглинання водню, які залежать від температури.

Отримання

Спочатку лантан був отриманий не в чистому вигляді, а з великою кількістю домішок. Мозандер отримав цей хімічний елемент у процесі нагрівання хлористого лантану і калію.

В даний час промисловість має можливість отримувати лантан з чистотою близько 100 %.

Хімічний елемент лантан виділяють за допомогою тривалого і складного хімічного процесу, який пов’язаний з поділом на фракції вихідної сировини. Лантан завжди знаходиться в породах разом з неодимом, церієм, празеодимом. Спочатку з таких порід виділяють церій, а потім інші хімічні елементи при іонної хроматографії та екстракції. Далі відокремлюють осаживанием як оксалат лантану і прожарюють. В результаті отримують оксид лантану.

Як метал лантан одержують шляхом впливу на сполуки, що містять велику кількість лантану, кальцієм або електролізом в поєднанні з певними хімічними каталізаторами.

В даний час, в цілях отримання металу у промислових масштабах високої чистоти, до 99,9 %, використовують більш досконалі екстракційні та іонообмінні методи. Докладно технології виділення лантану викладені в спеціалізованих підручниках з хімії.

Знаходження в природі

У земній корі хімічний елемент лантан – рідкісний матеріал, не дарма його відносять до так званих рідкоземельних елементів. У природі В чистому вигляді не існує, входить до складу мінералів, а саме: бастензита, моноцита, лопартита, апатиту. Це дуже розсіяний елемент. Вміст в земній корі – 1,8.10-3% від загальної маси планети.

Дивіться також:  Мережеве суспільство: основні поняття, концепції, розвиток

Сімейство лантаноїдів

Свою назву хімічний елемент лантан передав групі, в якій об’єднані 15 металів. Вони не схожі на інші елементи. Загальна їх назва – лантаноиды. Їх відрізняє і те, що вони до цього часу мало вивчені, хоча застосовуються досить активно в промисловості.

В даний час інтерес до лантаноидам дуже високий. Він відчутно зріс після того, як почали працювати перші атомні реактори. Вони, в тому числі, в якості побічних продуктів утворюють елементи групи лантаноїдів.

Всі представники металів групи лантаноїдів володіють стабільними ізотопами, за винятком прометия. Всього до цього ряду (групі) рідкоземельних елементів належать такі метали:

  • Лантан.
  • Гадоліній.
  • Гольмий.
  • Диспрозій.
  • Європій.
  • Ітербій.
  • Лютецій.
  • Празеодім.
  • Прометий.
  • Самарій.
  • Тербий.
  • Тулий.
  • Церій.
  • Эрбий.

Області застосування лантану

Незважаючи на те що, метали групи лантаноїдів дуже нечисленне в земній корі, їх використовують у промисловості досить широко.

З матеріалів, що містять лантан, виготовляють коліщатка надзвичайно популярних і затребуваних запальничок.

Так, оксид лантану застосовують для виготовлення оптичних стекол (так званого лантанового скла). Лінзи, призми, виготовлені із застосуванням цього металу, що використовуються у фото – і киноаппаратуре, у астрономічної оптики.

Хроміт лантану, який легованих магнієм, стронцієм або кальцієм застосовується у виготовленні надійних і високотемпературних нагрівачів, здатних працювати з температурою до 1780 градусів Цельсія в кисневій атмосфері. Із зростанням температури опір хроміту лантану зменшується. Коефіцієнт термічного розширення хімічного елемента лантану досить низький, внаслідок цього електронагрівачі відрізняються значною довговічністю.

Оксиди лантану використовуються в синтезуванні надпровідників, які призначені для роботи в умовах високих температур.

Знайшов своє застосування хімічний елемент лантан у виготовленні спеціальних стекол, призначених для скління приміщень. Такі полотна, в структуру яких входять сполуки лантану, мають унікальні властивості, вони здатні знижувати температуру в приміщеннях до 7 градусів.

Дивіться також:  Групові форми навчання: види, характеристики та особливості, плюси і мінуси

Лантано-нікелеві сплави (гідриди) широко використовуються в якості акумуляторів водню. Вони являють собою ємні і надійні сховища. Для них відкрита перспектива бути широко застосованими в автомобілебудуванні, в якості ємностей для зберігання альтернативного палива.

В електроніці лантан використовується в якості провідника. Гексаборид лантану знайшов своє застосування в електронних мікроскопах, це дозволило значно підвищити роздільну здатність електронних микроскопных систем, підвищити їх ресурс.

В якості ще однієї перспективи застосування хімічного елемента лантану сучасні дослідники бачать його в якості основної складової акумуляторів нового типу з твердим електролітом. Експерименти показують, що такі джерела володіють високою питомою электроемкостью. У них тривалий термін збереження енергії без втрат. Відрізняються міцністю і довговічністю. Внаслідок чого вони, можливо, в недалекому майбутньому складуть серйозну конкуренцію іншим акумуляторам.

В медицині препарати, що містять лантан, знайшли застосування при гіперфосфатемії. Їх призначають в якості лікарського засобу, який перешкоджає всмоктуванню фосфатів при прийомі їжі.

Лантан в атомній промисловості

Дуже важливий металевий лантан, що володіє високою чистотою, в атомній промисловості. Цей хімічний елемент незамінний в технології переробки ядерного палива для отримання плутонію. В розплавлений уран, який в якості домішок включений металевий плутоній, вливають розплавлений лантан. Він відразу ж починає отримувати в себе ізотопи плутонію з урану, поступово спливаючи. Починає плавати на поверхні. З ураном не змішується. Отриманий сплав потім переробляють хімічними способами для вилучення плутонію. Внаслідок цього фізики-ядерники стверджують, що лантан – це батько ядерної зброї.