Лантан
Ланта́н (лат. Lanthanum; от греч. λανθάνω – быть скрытым), La, химический элемент III группы короткой формы (3-й группы длинной формы) периодической системы; относится к редкоземельным элементам (РЗЭ); атомный номер 57, атомная масса 138,90547. Природный лантан состоит из двух изотопов: стабильного 139 La (99,91 %) и радиоактивного 138 La (0,09 %, период полураспада Т1/2 2·1011 лет, K-захват). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 118–153. Содержание лантана в земной коре составляет 2,9·10–3 % по массе, в морской воде – 2,9·10–6 мг/дм3 . Основные минералы, из которых извлекают лантан, – бастнезит, монацит; лантан содержится также в лопарите, апатите и др. Лантан открыл в 1839 г. шведский химик К. Мосандер в виде оксида La2 O3 .
Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома лантана 5d1 6s2 ; в химических соединениях проявляет степень окисления +3; энергия ионизации при последовательном переходе La0 →La+ →La2+ →La3+ соответственно 5,58, 11,06 и 19,18 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,10; атомный радиус 195 пм, ионные радиусы La3+ (для указанных в скобках координационных чисел) 117 пм (6), 124 пм (7), 130 пм (8), 136 пм (9), 141 нм (10), 150 пм (12).
Лантан – серебристо-белый мягкий металл. При температуре ниже 277 °C устойчива α-модификация с гексагональной кристаллической решёткой, в интервале 277–861 °C – β-модификация с кубической кристаллической решёткой, в интервале 861–920 °C – γ-модификация с кубической кристаллической решёткой; tпл 920 °C, tкип 3470 °C, плотность 6146 кг/м3 . Лантан легко поддаётся механической обработке; в частности, из чистого лантана можно ковкой изготовить листы.
Лантан проявляет химические свойства, сходные со свойствами лантаноидов. В сухом воздухе покрывается оксидной плёнкой, во влажном – окисляется с образованием оснóвного карбоната переменного состава La(CO3 )3–х (OH)2–х . При комнатной температуре растворяет большие количества водорода, при нагревании выше 250 °C образует гидриды. Взаимодействует с водой с образованием гидроксида La(OH)3 и с минеральными кислотами с образованием соответствующих солей La(III). Лантан реагирует (обычно при нагревании) с большинством металлов и неметаллов, образуя интерметаллиды, галогениды, оксиды (например, оксид La2 O3 ), сульфиды и др. При прокаливании в атмосфере азота образуется нитрид LaN.
Получение
Лантан вместе с другими РЗЭ выделяют из минералов в виде смеси оксидов, содержащей 15–30 % лантана по массе. При переработке рудных концентратов и разделении РЗЭ на подгруппы лантан выделяется вместе с Се, Рr и Nd. После отделения церия лантан очищают от других РЗЭ в основном методами экстракции или ионного обмена. Металлический лантан получают восстановлением трифторида LaF3 металлическим кальцием.
Применение
Лантан – легирующая добавка к алюминиевым, магниевым, никелевым и кобальтовым сплавам, компонент мишметалла. Оксид La2 O3 применяется при изготовлении высокотемпературных сверхпроводников, а также оптических стёкол для кино- и фотоаппаратуры, астрономических приборов (лантановое стекло). Хромат LaCrO3 , модифицированный Ca, Sr, Mg, используется для производства высокотемпературных электропроводящих керамических изделий; интерметаллид LaNi5 – как аккумулятор водорода; оксисульфид La2 O2 S и алюминат LaAlO3 – как компоненты люминофоров; монотеллурид LaTe – в термоэлектрогенераторах с высоким КПД; гексаборид LaB6 – при изготовлении автоэмиссионных катодов; трифторид LaF3 – как материал мембран для фторид-селективных электродов; некоторые соединения лантана – как компоненты катализаторов в нефтехимии.