Lantano
Lantano |
---|
← Bario | Cerio → |
57 |
La ↓ as |
57la_ _ |
|
Muestra de lantano en una ampolla |
Nombre, símbolo, número |
Lantano / Lantano (La), 57 |
Grupo , período , bloque |
3 (obsoleto 3), 6, elemento f |
Masa atómica ( masa molar ) |
138.90547(7) [1] a. m.e. ( g / mol ) |
Configuración electrónica |
[Xe] 5d 1 6s 2 |
Radio del átomo |
187 horas |
radio covalente |
169 horas |
Radio de iones |
101.(+3e) 18:00 |
Electronegatividad |
1.10 (escala de Pauling) |
Potencial de electrodo |
La←La 3+ -2.38V |
Estados de oxidación |
0, +3 |
Energía de ionización (primer electrón) |
541,1(5,61) kJ / mol ( eV ) |
Densidad (en n.a. ) |
6.162-6.18 (modificación alfa) g/cm³ |
Temperatura de fusión |
1193K _ |
Temperatura de ebullición |
3447-3469K _ |
Oud. calor de fusión |
8,5 kJ/mol |
Oud. calor de evaporacion |
402 kJ/mol |
Capacidad calorífica molar |
27,11 [2] J/(K mol) |
Volumen molar |
22,5 cm³ / mol |
Estructura de celosía |
Hexagonal |
Parámetros de celosía |
a=3,772 c=12,14 Å |
relación c / a |
3.22 |
Debye temperatura |
132K _ |
Conductividad térmica |
(300 K) 13,4 W/(m·K) |
número CAS |
7439-91-0 |
57
|
Lantano
|
La138.9055
|
5d1 6s2 _ _
|
Lantano ( símbolo químico - La , del lat. Lantano ) - un elemento químico del 3er grupo (según la clasificación obsoleta - un subgrupo lateral del tercer grupo, IIIB) del sexto período del sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev , con número atómico 57.
Encabeza la familia " Lanthanoid ".
La sustancia simple lantano es un metal de tierras raras de color blanco plateado brillante .
Historia
El lantano como elemento químico no se pudo descubrir durante 36 años. En 1803, el químico sueco de 24 años Jöns Jakob Berzelius investigó el mineral ahora conocido como cerita . En este mineral se encontró tierra de itrio y otra tierra rara, muy similar al itrio. Lo llamaron cerio. En 1826, Carl Mosander investigó la tierra de cerio y concluyó que es heterogénea, que, además del cerio , contiene un nuevo elemento más. Mosander logró probar la complejidad de la tierra de cerio solo en 1839. Logró aislar un nuevo elemento cuando tuvo una mayor cantidad de cerita a su disposición.
Origen del nombre
El nuevo elemento que se encuentra en la cerita y la mosanderita se denominó lantano por sugerencia de Berzelius. Se le dio en honor a la historia de su descubrimiento y proviene de otro griego. λανθάνω - “Me estoy escondiendo”, “escondiéndome”.
Estar en la naturaleza
El lantano, junto con el cerio y el neodimio , es uno de los elementos de tierras raras más comunes. El contenido de lantano en la corteza terrestre es de aproximadamente 2,9 · 10 −3 % en masa, en agua de mar - aproximadamente 2,9 · 10 −6 mg/l [2] [3] . Los principales minerales industriales de lantano son monacita , bastnasita , apatita y loparita . Estos minerales también incluyen otros elementos de tierras raras [2] .
Propiedades físicas
La configuración electrónica completa del átomo de lantano es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 0 5d 1
El lantano es un metal blando, dúctil , brillante , de color blanco plateado que es maleable y maleable en su estado puro. Débilmente paramagnético . La estructura cristalina es del tipo compacto del empaque hexagonal más denso [4] .
Existe en tres modificaciones cristalinas: α-La con una red hexagonal (a=0,3772 nm , c=1,2144 nm, z=4, grupo espacial Р6 3 /тс) [2] , β-La con una red cúbica como el cobre ( a=0,5296 nm, z=4, grupo espacial Fm3m), γ-La con una red cúbica centrada en el cuerpo del tipo α-Fe (a=0,426 nm, z=2, grupo espacial Im3m, estable hasta 920 °C ) temperaturas de transición α↔β 277 °C y β↔γ 861 °C [2] . DH° de transiciones polimórficas: α:β - 0,36 kJ/mol, β:γ - 3,12 kJ/ mol [2] . Tras la transición de una modificación a otra, la densidad del lantano cambia: α-La tiene una densidad de 6,162-6,18 g/cm 3 [4] , β-La - 6,19 g/cm 3 , γ-La - 5,97 g /cm 3 ver 3 [2] .
Con algunos metales, por ejemplo, zinc , magnesio , calcio , talio , estaño , plomo , níquel , cobalto , manganeso , mercurio , plata , aluminio , cobre , cadmio , etc., el lantano forma aleaciones metálicas . Con el hierro , el lantano forma una aleación pirofórica [4] .
Propiedades químicas
En cuanto a sus propiedades químicas, el lantano es más similar a los 14 elementos que le siguen, por lo que se denominan lantánidos . El lantano metálico tiene una alta actividad química [2] .
- Interactúa fácilmente con ácidos minerales para formar La 3+ e iones de hidrógeno . Es muy posible que en solución acuosa el ion La 3+ exista en gran medida como un ion complejo [La(OH 2 ) 9 ] 3+ [5] :
Conexiones básicas
- El acetilacetonato de lantano es un compuesto orgánico , quelato, de fórmula La(С 5 H 7 O 2 ) 3 . Es un sólido incoloro, altamente soluble en agua y solventes orgánicos . Se obtiene por reacción de sales de lantano con una solución alcohólica de acetilacetona .
- El benzoilacetonato de lantano es un compuesto quelato de lantano , fórmula La(C 10 H 9 O 2 ) 3 . Forma cristales prismáticos amarillos. Se obtiene por la interacción de sales de lantano con una solución alcohólica de benzoilacetona .
- El bromuro de lantano (III) es un compuesto binario, fórmula LaBr 3 . Forma cristales blancos, fácilmente solubles en agua. Obtenido por la acción del bromuro de hidrógeno sobre el óxido o sulfuro de lantano .
- El hidruro de lantano (III) es un compuesto binario, fórmula LaH 3 . Es una sustancia cristalina de color azul oscuro; reacciona con el agua para formar hidróxido de lantano. Obtenido por la acción del hidrógeno sobre el lantano a 210-290 °C.
- El hidróxido de lantano (III) es una sustancia blanca insoluble en agua con la fórmula La(OH) 3 . Formado por la acción del agua caliente sobre el metal u óxido de lantano. A temperaturas superiores a 300 °C, se descompone.
- El yoduro de lantano (III) es un compuesto binario, fórmula LaI 3 . Forma cristales amarillo verdosos, fácilmente solubles en agua y disolventes orgánicos. Se obtiene calentando lantano y yodo en atmósfera inerte.
- El carburo de lantano (III) es un compuesto binario de lantano con carbono, fórmula LaC 2 . Forma cristales amarillos. Reacciona con agua para formar hidróxido y liberar etano y acetileno .
- El carbonato de lantano(III) es una sustancia cristalina incolora de fórmula La 2 (CO 3 ) 2 , forma un hidrato cristalino de composición La 2 (CO 3 ) 2 8H 2 O. Se obtiene pasando dióxido de carbono a través de una suspensión de hidróxido de lantano
- Kupferonato de lantano - sustancia orgánica, quelato, fórmula [La {C 6 H 5 N (NO) O} 3 ]. Forma cristales amarillos. Se obtiene por reacción de cloruro de lantano con una solución de cupferón en medio ácido.
- El nitrato de lantano (III) es una sustancia cristalina incolora de fórmula La(NO 3 ) 3 ; Fácilmente soluble en agua y solventes orgánicos. Se obtiene disolviendo lantano, su óxido o hidróxido en ácido nítrico .
- El oxalato de lantano (III) es una sustancia incolora, fórmula La 2 (C 2 O 4 ) 3 . No se disuelve en agua. Obtenido por la acción de un exceso de ácido oxálico sobre sales solubles de lantano .
- Óxido de lantano (III) - cristales blancos, fórmula La 2 O 3 . No se disuelve en agua, pero reacciona lentamente con ella. Se obtiene quemando lantano al aire o descomponiendo sus sales a altas temperaturas. Se disuelve en ácidos para formar sales de La(III). En el aire, absorbe dióxido de carbono , convirtiéndose gradualmente en carbonato de lantano básico.
- Oxisulfuro de lantano : cristales hexagonales de color blanco amarillentocon la fórmula La 2 O 2 S.
- Oxifluoruro de lantano (III) - cristales cúbicos incoloros, fórmula LaOF. Obtenido por la interacción del fluoruro de lantano con vapor de agua a 800°C o por sinterización de óxido de lantano con fluoruro de lantano en vacío .
- El siliciuro de lantano (III) es un compuesto inorgánico binario, fórmula LaSi 2 . Forma cristales grises.
- Sulfato de lantano (III) - cristales incoloros, solubles en agua, fórmula La 2 (SO 4 ) 3 . Se obtiene disolviendo lantano metálico, su óxido o hidróxido en ácido sulfúrico . Se descompone al calentar.
- Los sulfuros de lantano son compuestos inorgánicos binarios de lantano y azufre. El sulfuro de lantano (III) tiene la fórmula La 2 S 3 ; forma cristales de color amarillo-rojo, insolubles en agua. Se obtiene por la acción del vapor de azufre sobre el lantano a 600-800 °C. El monosulfuro de lantano LaS- forma cristales dorados de sistema cúbico . Disulfuro de lantano LaS 2 - cristales marrones.
- Fosfato de lantano (III) : cristales incoloros, poco solubles en agua, fórmula LaPO 4 . Obtenido por una reacción de intercambio entre una sal de lantano soluble y un fosfato de metal alcalino .
- El fosfuro de lantano (III) es un compuesto inorgánico binario, cristales negros con la fórmula LaP. Se obtiene por reacción de lantano y fósforo a 400-500 °C.
- El fluoruro de lantano (III) es una sustancia incolora con la fórmula LaF 3 . No se disuelve en agua. Obtenido por la interacción de lantano con ácido fluorhídrico o combustión directa de lantano en flúor .
- El cloruro de lantano (III) es una sustancia incolora de fórmula LaCl 3 , altamente soluble en agua. Se obtiene por la reacción del lantano con el cloro o su interacción con el ácido clorhídrico .
Minerales
- La bastnäsita es un mineral de la clase de los fluorocarbonatos, fórmula (Ce, La, Y)CO 3 F. Forma cristales transparentes de colores amarillo, naranja, rojo y marrón. dureza Mohs - 4-4.5; gravedad específica - 4.93-5.18. Puede contener de 34,7 a 45,8 % de óxido de lantano (III) [6] .
- La gadolinita es un mineral negro (negro-marrón) con un brillo vítreo grasoso, fórmula (Ce, La, Nd, Y) 2 FeBe 2 Si 2 O 10 . Dureza en la escala de Mohs - 6.5-7 [7] . La gravedad específica es 4-4.3 [8] . La composición es inestable.
- La monacita es un mineral de la clase de los fosfatos , fórmula (Ce, La, Nd, Th) [PO 4 ]. Puede tener un color amarillo, marrón rojizo, rojo jacinto, verde olivino; el color del trazo es blanco (blanco verdoso). dureza Mohs - 5-5.5; gravedad específica - 4.9-5.2 [9] . Debido al alto contenido de uranio y torio , es radiactivo .
- La ortita es un mineral marrón o negro de la clase de los silicatos . La fórmula química es (Ca, Ce, La, Y) 2 (Al, Fe) 3 (SiO 4 ) 3 (OH) [10] . Dureza Mohs - 5.5-6 [11] . La gravedad específica es 3.3-3.8 [12] .
Conseguir
La obtención del lantano está asociada a la separación de la materia prima en fracciones. El lantano se concentra junto con el cerio, el praseodimio y el neodimio . Primero, el cerio se separa de la mezcla, luego los elementos restantes se separan por extracción.
Aplicación
- El óxido de lantano y el boruro se utilizan en lámparas de vacío de electrones como material para los llamados. "cátodo caliente", es decir, un cátodo con una alta intensidad de flujo de electrones . Los cristales de LaB 6 se utilizan en fuentes de rayos catódicos para microscopios electrónicos [15] .
- El lantano se utiliza como componente de aleaciones de níquel, magnesio, cobalto, etc. [16]
- La composición compuesta La (Ni 3,55 Mn 0,4 Al 0,3 Co 0,4 Fe 0,35 ) se utiliza para el material del ánodo de las baterías de hidruro de níquel-metal . Es un compuesto intermetálico de tipo AB 5 [17] [18] .
- El lantano puro prácticamente no se usa por su alto costo; en su lugar se utiliza mischmetal : una aleación con un contenido de lantano de 20-45% [19] [20] . Mishmetal es un componente de aleaciones resistentes al calor y a la corrosión [16] .
- Para la producción de un automóvil híbrido Toyota Prius típico , se requieren 10-15 kg de lantano, cuando se incluye en la batería [21] [22] .
- El carbonato de lantano se utiliza como fármaco, con nombre propio Fosrenol [23] , utilizado en la hiperfosfatemia para absorber el exceso de fosfato [23] .
- El lantano tiene la propiedad de absorber hidrógeno . Un volumen de esta sustancia es capaz de absorber hasta 400 volúmenes de hidrógeno en el proceso de adsorción reversible. Esta propiedad se utiliza para crear acumuladores de hidrógeno de gran capacidad (almacenamiento de hidrógeno en hidruro metálico) y en sistemas de conservación de energía, ya que se libera calor cuando el hidrógeno se disuelve en lantano [20] [24] .
- Las sales de lantano y otros elementos de tierras raras se utilizan en lámparas de arco de carbono para aumentar el brillo del arco [25] . Las lámparas de arco de carbón eran populares en los proyectores de películas . La producción de este último representa alrededor del 25% de los compuestos de lantano que originalmente estaban destinados a las lámparas de arco [20] [26] .
- El lantano líquido se utiliza para extraer plutonio del uranio fundido [27] .
- Una pequeña adición de lantano al acero aumenta su ductilidad y deformabilidad . La adición de lantano al molibdeno reduce su dureza y sensibilidad a los cambios de temperatura [20] .
- El fluoruro de lantano es un componente importante de los fósforos. Mezclado con fluoruro de europio, se utiliza en la membrana cristalina de los electrodos selectivos de iones [28] . También es un componente del vidrio ZBLAN . Tiene una transmitancia mejorada en el rango infrarrojo y, por lo tanto, se usa en fibra óptica [29] .
- El óxido de lantano (III) es un componente de vidrios especiales, cerámicas de alta temperatura y también se utiliza para la producción de otros compuestos de lantano [20] [30] .
- El cloruro y el bromuro de lantano se utilizan como centelleadores con un alto rendimiento lumínico , una mejor resolución energética y un tiempo de luminiscencia [31] [32] .
- El oxisulfuro y el aluminato de lantano se utilizan en los fósforos [16] [33] .
- Los iones de lantano, como la peroxidasa de rábano picante , se utilizan en biología molecular para amplificar una señal eléctrica hasta el nivel necesario para la detección [34] .
- La arcilla de bentonita (llamada Phoslock ), en la que los iones de sodio y calcio se reemplazan por iones de lantano, se usa para tratar las aguas residuales de los fosfatos [35] .
- Una pequeña cantidad de compuestos de lantano se unen a los fosfatos en el agua, lo que detiene el crecimiento de algas , que requieren compuestos de fósforo. Esta propiedad se puede utilizar para purificar el agua de las piscinas [36] .
- Algunos compuestos de lantano (y otros elementos de tierras raras ), por ejemplo, cloruros y óxidos, son componentes de varios catalizadores utilizados en particular para el craqueo de petróleo [37] .
- La adición de óxido de lantano (La 2 O 3 ) al tungsteno utiliza en la soldadura por arco tungsteno como reemplazo del torio radiactivo [38] [39]
- El método de datación radiométrica de lantano - bario se utiliza a veces para estimar la edad de las rocas y los depósitos minerales [40] .
Rol biológico
En la década de 1930, el científico soviético A. A. Drobkov estudió el efecto de los metales de tierras raras en las plantas cultivadas. Realizó experimentos con guisantes , nabos y otras plantas, introduciendo elementos de tierras raras (REE) en el suelo con o sin boro , manganeso . Los resultados experimentales mostraron que los elementos de tierras raras, incluido el lantano, mejoran el crecimiento de las plantas [27] [41] [42] . Sin embargo, el uso de microfertilizantes a base de lantano y otros elementos de tierras raras conduce a resultados opuestos para diferentes especies e incluso variedades del mismo tipo de plantas cultivadas [43] . En China, que es el principal productor mundial de elementos de tierras raras, estos microfertilizantes se utilizan ampliamente en la agricultura [43] [44] .
Los iones de lantano pueden aumentar la amplitud de las señales activadas por GABA en las neuronas piramidales gen CA1 observado en el hipocampo del cerebro [45] La obtención de estos datos permitió comparar la sensibilidad de los receptores GABA A en las neuronas piramidales con receptores similares en otras células en términos de susceptibilidad a los iones GABA y lantano [45] .
Isótopos
En la naturaleza, el lantano se presenta como una mezcla de dos isótopos : 139 La estable y 138 La radiactivo ( vida media 1.02⋅10 11 años). La proporción del isótopo 139 La más común en la mezcla natural es del 99,911 % [16] . Se han obtenido artificialmente 39 isótopos inestables con números de masa 117-155 y 12 isómeros nucleares de lantano [46] [47] . El más longevo de ellos es el lantano-137 con una vida media de unos 60 mil años. Los isótopos restantes tienen vidas medias que van desde unos pocos milisegundos hasta varias horas.
Precauciones
El lantano pertenece a sustancias moderadamente tóxicas. El polvo metálico de lantano, así como pequeñas partículas de sus compuestos, pueden irritar las vías respiratorias superiores si se ingieren y también causar neumoconiosis [48] [49] .
Véase también
- Mischmetal es una aleación de lantano con otros elementos de tierras raras.
Notas
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Literatura
- Manual de un químico / Consejo editorial: Nikolsky B.P. y otros.- 3ª ed., corregida. - L. : Química, 1971. - T. 2. - 1168 p.
Enlaces
- Lantano (inglés) . Elementos web. Consultado: 25 de julio de 2013.
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