Lanthan
Lanthan[chemisches Elementmit demElementsymbolLa und derOrdnungszahl57. Es zählt zu denÜbergangsmetallensowie denMetallen der Seltenen Erden,imPeriodensystemsteht es in der6. Periodeund der 3.Nebengruppe,bzw. der 3.IUPAC-GruppeoderScandiumgruppe.Meist wird es auch zu denLanthanoidengezählt, auch wenn die f-Schale des Elementes unbesetzt ist.
] ( ) ist einEigenschaften | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Allgemein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Name,Symbol,Ordnungszahl | Lanthan, La, 57 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elementkategorie | Übergangsmetalle | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe,Periode,Block | 3,6,d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aussehen | silbrig weiß | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-Nummer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EG-Nummer | 231-099-0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ECHA-InfoCard | 100.028.272 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massenanteil an derErdhülle | 17 ppm (36. Rang)[1] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomar[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 138,90547(7)[3]u | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius | 195pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | 207 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronenkonfiguration | [Xe] 5d16s2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.Ionisierungsenergie | 5.5769(6)eV[4]≈538.09kJ/mol[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Ionisierungsenergie | 11.18496(6) eV[4]≈1079.18 kJ/mol[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Ionisierungsenergie | 19.1773(6) eV[4]≈1850.33 kJ/mol[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. Ionisierungsenergie | 49.95(6) eV[4]≈4820 kJ/mol[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Ionisierungsenergie | 61.6(6) eV[4]≈5940 kJ/mol[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physikalisch[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aggregatzustand | fest | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Modifikationen | 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallstruktur | hexagonal | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dichte | 6,17 g/cm3(20°C)[6] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohshärte | 2,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetismus | paramagnetisch(χm= 5,4 · 10−5)[7] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | 1193K(920 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Siedepunkt | 3743 K[8](3470 °C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molares Volumen | 22,39 · 10−6m3·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdampfungsenthalpie | 400 kJ·mol−1[8] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzenthalpie | 6,2 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 2475 m·s−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 1,626 · 106S·m−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 13W·m−1·K−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chemisch[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationszustände | +3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Normalpotential | −2,38V(La3++ 3 e−→ La) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativität | 1,1 (Pauling-Skala) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotope | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Weitere Isotope sieheListe der Isotope | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NMR-Eigenschaften | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sicherheitshinweise | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen. |
Geschichte
BearbeitenIm Jahr 1751 entdeckte der schwedische MineralogeAxel Fredrik Cronstedtein schweres Mineral aus der Mine vonBastnäs,späterCeritegenannt. Dreißig Jahre später schickte der fünfzehnjährigeVilhelm Hisingeraus der Familie, der die Mine gehörte, eine Probe anCarl Scheele,der darin keine neuen Elemente fand. Im Jahr 1803, nachdem Hisinger Eisenmeister geworden war, kehrte er mitJöns Jacob BerzeliuszumMineralstoffzurück und isolierte ein neuesOxid,das sie nach dem zwei Jahre zuvor entdeckten Zwergplaneten Ceres Ceria nannten.[10]Ceria wurde gleichzeitig vonMartin Heinrich Klaprothin Deutschland unabhängig isoliert.[11]Zwischen 1839 und 1843 wurdeCeroxidvom schwedischen Chirurgen undChemikerCarl Gustav Mosander,der im selben Haus wie Berzelius lebte, als Oxidgemisch bezeichnet: Er trennte zwei weitere Oxide, die er Lanthan und Didymia nannte.[12]Er zerlegte eine Probe von Cernitrat teilweise, indem er sie an der Luft röstete und das resultierende Oxid dann mit verdünnterSalpetersäurebehandelte. Da sich die Eigenschaften von Lanthan nur geringfügig von denen desCersunterschieden und in seinen Salzen mitgegangen sind, nannte er es aus dem Altgriechischen λανθάνειν [lanthanein] („verborgen sein “). Das relativ reine Lanthanmetall wurde erstmals 1923 isoliert.
Vorkommen
BearbeitenLanthan kommt natürlich nur in chemischen Verbindungen vergesellschaftet mit anderen Lanthanoiden in verschiedenen Mineralien vor. Hauptsächlich sind dies:
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenNach einer aufwendigen Abtrennung der anderen Lanthanbegleiter wird dasOxidmitFluorwasserstoffzumLanthanfluoridumgesetzt. Anschließend wird dieses mitCalciumunter Bildung vonCalciumfluoridzum Lanthanreduziert.Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung imVakuum.
Eigenschaften
BearbeitenPhysikalische Eigenschaften
BearbeitenDas silberweiß glänzendeMetallist hämmerbar und plastisch verformbar (duktil). Es existieren drei metallischeModifikationen.
Chemische Eigenschaften
BearbeitenLanthan ist unedel. Es überzieht sich an der Luft rasch mit einer weißen Oxidschicht, die in feuchter Luft zumHydroxidweiterreagiert.
- Lanthan reagiert mit demSauerstoffder Luft zuLanthanoxid,mitWasserweiter zuLanthanhydroxid.
Bei Temperaturen oberhalb von 440°Cverbrennt Lanthan zuLanthanoxid(La2O3). Unter Bildung vonWasserstofferfolgt in kaltem Wasser eine langsame, in warmem Wasser eine rascheReaktionzum Hydroxid.
- Lanthan in Wasser erzeugt Lanthanhydroxid und Wasserstoff.
In verdünnten Säuren löst sich Lanthan unter Wasserstoffentwicklung auf.
- Lanthan undSchwefelsäurereagieren zuLanthansulfatund Wasserstoff.
Mit vielen Elementen reagiert es in der Wärme direkt, mitHalogenenschon bei Raumtemperatur. Lanthan und Wasserstoff bilden ein schwarzes, wasserempfindliches unstöchiometrisches Hydrid.
Verwendung
BearbeitenLanthan ist Bestandteil imMischmetall.Pyrophore Werkstoffe fürZündsteineenthalten 25 bis 45 Gewichtsprozent Lanthan. Darüber hinaus findet es Verwendung alsReduktionsmittelin der Metallurgie. AlsGusseisenzusatzunterstützt es die Bildung vonKugelgraphit,alsLegierungszusatzbewirkt es eine Verbesserung derOxidationsbeständigkeit.Lanthanbeimengungen reduzieren die Härte und Temperaturempfindlichkeit vonMolybdän.
HochwertigeKathodenzur Erzeugung von freienElektronenbestehen ausLanthanhexaboridals Ersatz fürWolframdraht.HochreinesLanthanoxidwird in derGlasindustriezur Herstellung hochwertiger Gläser mit hohemBrechungsindexfür dieOptikgenutzt, z. B. fürFotoobjektive.
Als Legierung
Bearbeiten- mitCobalt:
DieCobalt-Lanthan-Legierung LaCo5wird als Magnetwerkstoff, lanthandotiertesBariumtitanatzur Herstellung vonKaltleitern(temperaturabhängige Widerstände) verwendet. In Verbindung mit Cobalt,Eisen,Mangan,Strontiumu. a. dient es als Kathode für Hochtemperatur-Brennstoffzellen(SOFC). „Verunreinigtes “Lanthan-Nickel(LaNi5) findet als Wasserstoffspeicher inNickel-Metallhydrid-AkkumulatorenVerwendung. Als Zusatz kommt es in Kohlelichtbogenlampen zur Studiobeleuchtung und in Filmvorführanlagen vor.
- mitTitan:
Einem Legierungsmetall mit Materialzusammensetzungen aus Lanthan undTitanwird die Wirkung zugeschrieben, dass bei spanbildender Verarbeitung die Spanlänge reduziert wird. Dadurch soll die Bearbeitung des Metalls erleichtert werden.
Im Bereich der Medizin werden aus dem Legierungsmetall korrosionsbeständige und gut sterilisierbare Instrumente hergestellt. Diese Metalllegierung mitTitansoll für Werkzeuge und Apparate für chirurgische Eingriffe besonders gut geeignet sein, da die Allergie-Neigung bei Verwendung derartiger Metalllegierung mit Titan im Verhältnis zu anderen Legierungen gering sein soll.
Als Lanthanoxid
Bearbeiten- Inoptischem GlasbewirktLanthanoxideinen hohen Brechungsindex bei geringerDispersion(Hochbrechendes Glas). Diese Gläser kommen in optischen Geräten, wie Kameras, Teleskopen, oder Brillen zum Einsatz.
- InEssgeschirr,etwa Weingläsern und in der Glasur von Porzellan ersetzt Lanthanoxid giftigere Bleiverbindungen. Außerdem verbessert es die chemische Beständigkeit gegenLaugen.Das Geschirr wird „spülmaschinenfest “.
- Katalysatorzusatz anZeolithenbeimFluid Catalytic Crackingin der Raffinerie zur Erdölverarbeitung
- Herstellung keramischer Kondensatormassen undsilikatfreierGläser
- Bestandteil von Glaspoliermitteln
- Herstellung von Glühkathoden für Elektronenröhren (auch Lanthanboride)
Als Lanthancarbonat
Bearbeiten- Medikament zur Senkung des Phosphatspiegels bei Dialysepatienten (sogenanntePhosphatbinder,Ausfällung als schwerlöslichesLanthanphosphat)
Sicherheitshinweise
BearbeitenLanthan wird als wenig toxisch eingestuft. Einetoxische Dosisist bisher unbekannt. Jedoch gilt Lanthan-Pulver als stark ätzend, weil es sehr leicht durch z. B. Hautfeuchtigkeit zu basischem Lanthanhydroxid reagiert (ähnlich den ElementenCalciumundStrontium). Die letale Dosis beträgt bei Ratten 720 mg.[13]
Verbindungen
BearbeitenIn Verbindungen kann Lanthan als farbloses La3+vorliegen.
- LanthanfluoridLaF3
- LanthanchloridLaCl3
- LanthanbromidLaBr3
- LanthaniodidLaI3
- LanthanhexaboridLaB6
- LanthanoxidLa2O3
- LanthannitratLa(NO3)3
- LanthancarbonatLa2(CO3)3
- LanthansulfatLa2(SO4)3
- LanthanvanadatLa(VO4)
- Lanthanoxidfluorid LaOF
- Lanthansulfidfluorid LaSF
- Lanthansulfidchlorid LaSCl
- Lanthanfluoridcarbonat LaF[CO3]
- Lanthanhydrid (LaH10)
Supraleitung des Hydrids
BearbeitenLanthanhydrid (LaH10) ist einSupraleitermit einer Sprungtemperatur von 250 K (−23° C) bei einem Druck von ungefähr 170 Gigapascal.[14]
Weblinks
Bearbeiten- Eintrag zuLanthan.In:Römpp Online.Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑Harry H. Binder:Lexikon der chemischen Elemente.S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999,ISBN 3-7776-0736-3.
- ↑Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, auswebelements (Lanthan)entnommen.
- ↑CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
- ↑abcdeEintrag zulanthanumin Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019):NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1).Hrsg.:NIST,Gaithersburg, MD.doi:10.18434/T4W30F(physics.nist.gov/asd).Abgerufen am 11. Juni 2020.
- ↑abcdeEintrag zulanthanumbeiWebElements,webelements,abgerufen am 11. Juni 2020.
- ↑N. N. Greenwood,A. Earnshaw:Chemie der Elemente.1. Auflage. VCH, Weinheim 1988,ISBN 3-527-26169-9,S. 1219.
- ↑Robert C. Weast (Hrsg.):CRC Handbook of Chemistry and Physics.CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990,ISBN 0-8493-0470-9,S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
- ↑abYiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang:Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.In:Journal of Chemical & Engineering Data.56, 2011, S. 328–337,doi:10.1021/je1011086.
- ↑abEintrag zuLanthanin derGESTIS-StoffdatenbankdesIFA,abgerufen am 5. November 2021.(JavaScript erforderlich)
- ↑The Discovery and Naming of the Rare Earths - Elementymology & Elements Multidict.Abgerufen am 24. März 2019.
- ↑N.N. GREENWOOD, A. EARNSHAW:Boron.In:Chemistry of the Elements.Elsevier, 1984,ISBN 978-0-08-030712-1,S.155–242.
- ↑Mary Elvira Weeks:The discovery of the elements. XI. Some elements isolated with the aid of potassium and sodium: Zirconium, titanium, cerium, and thorium.In:Journal of Chemical Education.Band9,Nr.7,Juli 1932,S.1231,doi:10.1021/ed009p1231.
- ↑Lucien F. Trueb:Die chemischen Elemente, Ein Streifzug durch das Periodensystem.S. Hirzel Verlag, Stuttgart/ Leipzig 1996,ISBN 3-7776-0674-X.
- ↑A. P. Drozdov, P. P. Kong, V. S. Minkov, S. P. Besedin, M. A. Kuzovnikov, M. I. Eremets:Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures.In:Nature.Band569,Nr.7757,Mai 2019,S.528–531,doi:10.1038/s41586-019-1201-8.