Lanthane

Lanthane
57 La
- ↑ La ↓ Un C Tableau p??riodique baryum ← → lanthane c??rium
Apparence
blanc argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	lanthane, La, 57
Prononciation	/ l ?? n θ ən əm /
Cat??gorie Metallic	lanthanides parfois consid??r?? comme un m??tal de transition
Groupe, p??riode, bloc	n / a, 6, fa
Poids atomique standard	138,90547
Configuration ??lectronique	[ Xe ] 5d 6s 1 2 2, 8, 18, 18, 9, 2
Histoire
D??couverte	Carl Gustaf Mosander (1838)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Densit?? (?? proximit?? rt)	6,162 g ?? cm -3
Liquid densit?? au mp	5,94 g ?? cm -3
Point de fusion	1193 K , 920 ?? C, 1688 ?? F
Point d'??bullition	3737 K, 3464 ?? C, 6267 ?? F
La chaleur de fusion	6,20 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	402,1 kJ ?? mol -1
Capacit?? thermique molaire	27,11 J ?? mol -1 ?? K -1
Pression de vapeur (extrapol??e)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ?? T (K) 2005 2208 2458 2772 3178 3726
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	3, 2 (fortement oxyde de base)
??lectron??gativit??	1,10 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1er: 538,1 kJ ?? mol -1
	2??me: 1067 kJ ?? mol -1
	3??me: 1850,3 kJ ?? mol -1
Rayon atomique	187 h
Rayon covalente	207 ?? 20 heures
Miscellan??es
Crystal structure	hexagonal
Ordre magn??tique	paramagn??tique
R??sistivit?? ??lectrique	( rt) (α, poly) 615 nΩ ?? m
Conductivit?? thermique	13,4 W ?? m -1 ?? K -1
Dilatation thermique	( rt) (α, poly) 12,1 um / (m ?? K)
Vitesse du son (tige mince)	(20 ?? C) 2,475 m ?? s -1
Le module d'Young	(Formulaire de α) 36,6 GPa
Module de cisaillement	(Formulaire de α) 14,3 GPa
Module Bulk	(Formulaire de α) 27,9 GPa
Coefficient de Poisson	(Formulaire de α) 0,280
Duret?? Mohs	2,5
Duret?? Vickers	491 MPa
Duret?? Brinell	363 MPa
Num??ro de registre CAS	7439-91-0
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes de lanthane
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP La 137 syn 6 ?? 10 4 y ε 0,600 137 Ba La 138 0,090% 1,05 ?? 10 11 y ε 1,737 138 Ba β - 1,044 138 Ce La 139 99,910% La 139 est stable avec 82 neutrons

Le lanthane est un ??l??ment chimique avec le symbole La et de num??ro atomique 57. Le lanthane est un ??l??ment m??tallique blanc argent?? qui appartient au groupe 3 du tableau p??riodique et est le premier ??l??ment du lanthanide s??rie. On le trouve dans certains minerais de terres rares, g??n??ralement en combinaison avec le c??rium et d'autres ??l??ments de terres rares. Lanthane est un, ductile et mall??able m??tal mou qui se oxyde rapidement lorsqu'ils sont expos??s ?? l'air. Il est produit ?? partir des min??raux monazite et bastn??site l'aide d'un proc??d?? d'extraction ?? plusieurs ??tages complexe. compos??s de lanthane ont de nombreuses applications en tant que catalyseurs, additifs en verre, l'??clairage de carbone pour l'??clairage de studio et de la projection, les ??l??ments d'allumage dans des briquets et des torches, cathodes d'??lectrons, scintillateurs, et autres. Le carbonate de lanthane (La ₂ (CO _{3) 3)} a ??t?? approuv?? comme m??dicament contre insuffisance r??nale.

Propri??t??s

Propri??t??s physiques

Lanthane est un, mall??able, m??tal blanc argent?? mou qui a structure cristalline hexagonale ?? la temp??rature ambiante. A 310 ?? C, les variations de lanthane ?? un face-centr??e structure cubique, et au 865 ?? C dans un corps-centr?? structure cubique. Lanthane est facilement oxyd?? (un ??chantillon de un centim??tre compl??tement oxyder dans l'ann??e) et est donc utilis?? sous forme ??l??mentaire uniquement ?? des fins de recherche. Par exemple, les atomes de lanthane simples ont ??t?? isol??s en leur implantation dans mol??cules de fuller??ne. Si les nanotubes de carbone sont remplis de ces fuller??nes de lanthane-encapsul?? et recuits, nanochains m??talliques de lanthane sont produites ?? l'int??rieur de nanotubes de carbone.

Propri??t??s chimiques

Lanthane pr??sente deux ??tats d'oxydation, 3 et 2, l'ancien ??tant beaucoup plus stable. Par exemple, LaH ₃ est plus stable que LaH _2. br??lures de lanthane facilement ?? 150 ?? C pour former lanthane (III) de l'oxyde:

4 La + 3 O ₂ → 2 La ₂ O ₃

Cependant, lorsqu'il est expos?? ?? de l'air humide ?? la temp??rature ambiante, l'oxyde de lanthane formant un oxyde hydrat?? avec une grande augmentation de volume.

Lanthane est assez ??lectropositifs et r??agit lentement avec l'eau froide et assez rapidement avec de l'eau chaude pour former hydroxyde de lanthane:

La 2 (s) + 6 H ₂ O (l) 2 → La (OH) ₃ (aq) + 3 H ₂ (g)

Le lanthane m??tal r??agit avec tous les halog??nes. La r??action est effectu??e si vigoureuse sup??rieure ?? 200 ?? C:

La 2 (s) + 3 F ₂ (g) → 2 LaF ₃ (s)

La 2 (s) + 3 _Cl2 (g) → 2 _LaCl3 (s)

2 La (s) + 3 Br ₂ (g) → 2 LaBr ₃ (s)

La 2 (s) + 3 I ₂ (g) → 2 Lal ₃ (s)

Le lanthane se dissout facilement dans dilu??e d'acide sulfurique pour former des solutions contenant les ions de La (III), qui existent en tant que [La (OH _{2)] 9} ³⁺ complexes:

2 La (s) + 3 H ₂ SO ₄ (aq) → 2 La ³⁺ (aq) + 3 SO 2-
4 (aq) + 3 H ₂ (g)

Le lanthane se combine avec l'azote, le carbone, le soufre, le phosphore, le bore, le s??l??nium, le silicium et l'arsenic ?? des temp??ratures ??lev??es, en formant des compos??s binaires. La configuration ??lectronique du incolore ions La ³⁺ est [Xe] 4f ^0.

Isotopes

Naturellement lanthane se produisant est compos?? d'une ??curie ⁽¹³⁹ La) et une radioactif ⁽¹³⁸ La) isotopes , avec l'isotope stable, ¹³⁹ La, ??tant le plus abondant (99,91% abondance naturelle). 38 des radio-isotopes ont ??t?? caract??ris??s par le plus stable ??tant ¹³⁸ La avec une demi-vie de 1,05 ?? 10 ¹¹ ans, ¹³⁷ de La, avec une demi-vie de 60000 ans. La plupart des isotopes radioactifs restants ont des demi-vies qui sont moins de 24 heures, et la majorit?? d'entre eux ont des demi-vies de moins de 1 minute. Cet ??l??ment a aussi trois m??ta-Unis.

Les isotopes de lanthane varient en poids atomique ?? partir de 117 u ⁽¹¹⁷ La) ?? 155 u ⁽¹⁵⁵ La).

Histoire

Le mot vient du lanthane λανθανω grec [] = lanthanō se tenir cach??. Lanthane a ??t?? d??couvert en 1839 par Su??dois chimiste Carl Gustav Mosander, quand il d??compose partiellement un ??chantillon de nitrate de c??rium par chauffage et traitement du sel r??sultant avec une solution dilu??e d'acide nitrique . De la solution r??sultante, il a isol?? une nouvelle terre rare qu'il appelle lantana. Lanthane a ??t?? isol?? sous forme relativement pure en 1923.

Lanthane est le plus fortement basique de tous les lanthanides trivalents, et cette propri??t?? est ce qui a permis Mosander pour isoler et purifier les sels de cet ??l??ment. la s??paration de basicit?? que exploit?? commercialement impliqu?? la pr??cipitation fractionn??e des bases plus faibles (comme didyme) de la solution de nitrate par addition d'oxyde de magn??sium ou diluer le gaz ammoniac. Lanthane purifi?? est rest?? en solution. (Les m??thodes de basicit?? ??taient uniquement pour la purification de lanthane; didyme ne pouvait pas ??tre efficacement encore s??par?? de cette mani??re.) L'autre technique de cristallisation fractionn??e a ??t?? invent?? par Dmitri Mendeleev , sous la forme de la double t??trahydrat?? de nitrate d'ammonium, qu'il sert ?? s??parer lanthane moins soluble de la didymium plus soluble dans les ann??es 1870. Ce syst??me a ??t?? utilis?? dans le commerce dans la purification de lanthane jusqu'?? ce que le d??veloppement de m??thodes d'extraction par solvant pratiques qui ont commenc?? ?? la fin des ann??es 1950. (Un processus d??taill?? en utilisant la double nitrates d'ammonium pour fournir 99,99% de lanthane pur, les concentr??s de n??odyme et de pras??odyme concentr??s sont pr??sent??s dans Callow 1967, ?? un moment o?? le processus est en train de devenir obsol??te.) Comme utilis?? pour la purification de lanthane, les doubles nitrates d'ammonium ont ??t?? recristallis??s dans de l'eau. Lorsque, plus tard adapt?? par Carl Auer Von Welsbach pour la scission de didyme, l'acide nitrique a ??t?? utilis?? comme solvant pour abaisser la solubilit?? du syst??me. Lanthane est relativement facile ?? purifier, car il ne dispose que d'un lanthanide adjacente, le c??rium, qui se est tr??s facilement ??limin?? en raison de son t??travalence potentiel.

La purification par cristallisation fractionn??e du lanthane comme le nitrate double d'ammonium est suffisamment rapide et efficace, qui lanthane purifi?? de cette mani??re ne ??tait pas cher. La Division des produits chimiques Lindsay de Potash am??ricain et Chemical Corporation, pour un temps le plus grand producteur de terres rares dans le monde, dans une liste de prix dat?? du 1er Octobre, 1958 au prix de 99,9% de nitrate de lanthane d'ammonium (de teneur en oxyde de 29%) ?? 3.15 $ la livre , ou $ 1,93 par livre en quantit??s de 50 livres. L'oxyde correspondant (un peu plus pur ?? 99,99%) a ??t?? au prix de $ 11,70 ou $ 7,15 par livre pour les deux gammes de quantit??s. Le prix pour leur grade le plus pur d'oxyde (99,997%) ??tait de 21,60 $ et $ 13,20, respectivement.

Occurrence

Monazite

Bien que le lanthane est class?? dans le groupe d'??l??ments appel??s des m??taux des terres rares, il ne est pas rare du tout. Lanthane est disponible en quantit??s relativement importantes (32 ppm dans la cro??te de la Terre). "terres rares" ont obtenu leur nom parce qu'ils ??taient vraiment tr??s rare par rapport aux terres ??communes?? tels que la chaux ou de la magn??sie, et historiquement seulement quelques d??p??ts ??taient connus. Lanthane est pris en consid??ration comme un m??tal de terre rare parce que le processus de la mienne est difficile, longue et co??teuse.

Monazite (Ce, La, Th, Nd, Y) PO _4, et bastn??site (Ce, La, Y) CO ₃ F, sont les principaux minerais dans lesquels le lanthane est pr??sent, en pourcentage allant jusqu'?? 25 ?? 38 pour cent de la teneur totale des lanthanides. En g??n??ral, il est plus lanthane dans bastn??site que dans la monazite. Jusqu'en 1949, bastn??site ??tait un min??ral rare et obscure, pas m??me ?? distance envisag?? comme une source commerciale potentielle pour les lanthanides. Cette ann??e, le grand d??p??t ?? la Mine de Mountain Pass en Californie a ??t?? d??couvert. Cette d??couverte a alert?? les g??ologues de l'existence d'une nouvelle classe de gisement de terres rares, portant la terre rare carbonatites, d'autres exemples de ce qui bient??t apparus, en particulier en Afrique et en Chine.

Production

Lanthane est le plus souvent obtenu ?? partir de monazite et bastn??site. Les m??langes min??raux sont concass??s et broy??s. Monazite, en raison de ses propri??t??s magn??tiques, peut ??tre s??par?? par une s??paration ??lectromagn??tique r??p??t??. Apr??s la s??paration, elle est trait??e avec concentr??e chaude d'acide sulfurique pour produire des sulfates de terres rares soluble dans l'eau. Les filtrats acides sont partiellement neutralis??s avec de l'hydroxyde de sodium ?? pH 4.3. thorium pr??cipite dans la solution sous forme d'hydroxyde et est enlev??e. Apr??s cela, la solution est trait??e avec l'oxalate d'ammonium pour convertir les terres rares ?? leur insoluble oxalates. Les oxalates sont convertis en oxydes par recuit. Les oxydes sont dissous dans de l'acide nitrique qui exclut l'un des principaux composants, le c??rium , dont l'oxyde est insoluble dans HNO _3. Le lanthane est s??par?? comme un sel double de nitrate d'ammonium par cristallisation. Ce sel est relativement moins soluble que les autres sels doubles de terres rares et reste donc dans le r??sidu.

La routine de s??paration la plus efficace pour le sel de lanthane ?? partir de la solution de sel de terre rare est, cependant, l'??change d'ions. Dans ce proc??d??, les ions de terres rares sont adsorb??s sur la r??sine ??changeuse d'ions appropri??e, par ??change avec de l'hydrog??ne, l'ammonium ou des ions cuivriques pr??sents dans la r??sine. Les ions de terre rare sont ensuite lav??es de fa??on s??lective par un agent complexant appropri??, tel que le citrate d'ammonium ou le nitrilotriac??tate. Le lanthane peut ??galement ??tre s??par?? de la solution de nitrates de terres rares par extraction liquide-liquide avec un liquide organique appropri??, tel que le tributyl phosphalate. Actuellement, l'agent d'extraction le plus couramment utilis?? pour la purification de lanthane et les autres lanthanides est l'ester 2-??thylhexylique de l'acide 2-ethylhexylphosphonic; ce qui a de meilleures caract??ristiques de manipulation que le phosphate de bis-2-??thylhexyle pr??alablement utilis??.

Le lanthane m??tal est obtenu ?? partir de son oxyde par chauffage avec le chlorure d'ammonium ou le fluorure et d'acide fluorhydrique ?? 300-400 ?? C pour produire le chlorure ou le fluorure:

La ₂ O ₃ + 6 NH ₄ Cl → 2 LaCl ₃ + 6 NH ₃ + 3 H ₂ O

Ceci est suivi par une r??duction avec des m??taux alcalins ou alcalino-terreux dans le vide ou une atmosph??re d'argon:

LaCl ₃ + 3 Li → La 3 + LiCl

De plus, le lanthane pur peut ??tre produit par ??lectrolyse de m??lange fondu de LaCl ₃ anhydre NaCl ou KCl et ?? des temp??ratures ??lev??es.

Applications

Un Coleman blanc lanterne de gaz manteau br??lant ?? pleine luminosit??.

La premi??re application historique de lanthane ??tait lanterne de gaz manteaux. Carl Auer Von Welsbach utilis?? un m??lange de 60% l'oxyde de magn??sium, 20% oxyde de lanthane et 20% oxyde d'yttrium qu'il a appel?? Actinophor, et brevet?? en 1885. Les manteaux originaux donn?? le feu vert teint?? et ne ??taient pas tr??s r??ussie, et sa premi??re soci??t??, qui a ??tabli une usine en Atzgersdorf en 1887, a ??chou?? en 1889.

Utilisations modernes de lanthane comprennent:

LaB ₆ cathode chaude

Comparaison de transmission infrarouge du verre ZBLAN et de la silice

• Un mat??riau utilis?? pour mat??riau anodique de des batteries hybrides nickel-m??tal est La (Ni _3,6 Mn _0,4 Al _0,3 Co _0,7. En raison de leur co??t ??lev?? pour extraire les autres lanthanides une mischmetal avec plus de 50% de lanthane est utilis?? au lieu de lanthane pur. Le compos?? est un composant interm??tallique du type AB _5.

Comme la plupart des voitures hybrides utilisent batteries nickel-hydrure m??tallique, des quantit??s massives de lanthane sont n??cessaires pour la production de voitures hybrides. Une batterie d'automobile hybride typique pour un Toyota Prius n??cessite de 10 ?? 15 kg (22-33 lb) de lanthane. Comme ing??nieurs poussent la technologie pour augmenter la consommation de carburant, deux fois ce montant du lanthane pourrait ??tre tenu par v??hicule.

• Alliages hydrog??ne ??ponge peuvent contenir lanthane. Ces alliages sont capables de stocker jusqu'?? 400 fois leur propre volume de gaz d'hydrog??ne dans un proc??d?? d'adsorption r??versible. L'??nergie thermique est lib??r??e ?? chaque fois qu'ils le font; par cons??quent, ces alliages ont des possibilit??s dans les syst??mes de conservation de l'??nergie.
• Mischm??tal, un pyrophorique alliage utilis?? des pierres ?? feu, contient 25% ?? 45% de lanthane.
• oxyde de lanthane et le borure sont utilis??s sous forme ??lectronique les tubes ?? vide comme mat??riaux de cathode chaud avec une forte ??missivit?? ??lectrons . Cristaux de LaB ₆ sont utilis??s dans une grande luminosit??, dur??e de vie prolong??e, les sources d'??mission d'??lectrons pour thermioniques microscopes ??lectroniques et Propulseurs ?? effet Hall.
• Fluorure de lanthane (LaF ₃₎ est une composante essentielle d'un verre de fluorure lourde nomm??e ZBLAN. Ce verre a la transmittance sup??rieure dans le domaine de l'infrarouge et est donc utilis?? pour les syst??mes de communication par fibre optique.
• C??rium dop?? le bromure de lanthane et le chlorure de lanthane sont les inorganique r??cent scintillateurs qui ont une combinaison de rendement lumineux ??lev??, meilleure r??solution de l'??nergie et une r??ponse rapide. Leur haut rendement convertit en r??solution en ??nergie sup??rieure; En outre, la sortie de lumi??re est tr??s stable et relativement ??lev?? sur une tr??s large gamme de temp??ratures, ce qui rend particuli??rement int??ressante pour les applications ?? haute temp??rature. Ces scintillateurs sont d??j?? largement utilis??s commercialement dans les d??tecteurs de neutrons ou les rayons gamma.
• Les lampes ?? arc de carbone utilisent un m??lange d'??l??ments des terres rares pour am??liorer la qualit?? de la lumi??re. Cette application, en particulier par la Motion Picture l'industrie pour l'??clairage de studio et de projection, a consomm?? environ 25% des compos??s de terres rares produites jusqu'?? la phase de lampes ?? arc de carbone.
• Le lanthane (III) oxyde (La ₂ O ₃₎ am??liore la r??sistance aux alcalis de verre , et est utilis?? dans la fabrication des verres optiques sp??ciaux, tels que le verre absorbant le rayonnement infrarouge, ainsi que cam??ra et t??lescope lentilles, en raison de la haute indice de r??fraction et une faible dispersion de lunettes de terres rares. oxyde de lanthane est ??galement utilis?? comme additif de croissance des grains lors de la phase liquide frittage de nitrure de silicium et diborure de zirconium.
• De petites quantit??s de lanthane ajout?? ?? l'acier am??liore son mall??abilit??, r??sistance aux chocs et ductilit??. Consid??rant que l'addition de lanthane de molybd??ne diminue sa duret?? et sa sensibilit?? aux variations de temp??rature.
• De petites quantit??s de lanthane sont pr??sents dans de nombreux produits de la piscine pour ??liminer les phosphates qui nourrissent les algues.
• Oxyde de lanthane additif de tungst??ne est utilis?? dans tungst??ne arc de gaz de soudage des ??lectrodes, en tant que substitut pour radioactive du thorium .
• Divers compos??s de lanthane et d'autres ??l??ments des terres rares (oxydes, chlorures, etc.) sont des composants de catalyse divers, tels que le craquage du p??trole des catalyseurs .
• Le lanthane-baryum datation radiom??trique est utilis?? pour estimer l'??ge des roches et minerais, si la technique a limit?? popularit??.
• Le carbonate de lanthane a ??t?? approuv?? comme m??dicament (Fosrenol, Shire Pharmaceuticals) pour absorber l'exc??s phosphate en cas de au stade terminal de l'insuffisance r??nale.
• fluorure de lanthane est utilis?? dans les rev??tements de lampes de phosphore. M??lang?? avec du fluorure d'europium, il est ??galement appliqu?? ?? la membrane cristalline du ??lectrodes s??lectives d'ions fluorure.
• Comme la peroxydase de raifort, de lanthane est utilis?? comme un traceur opaque aux ??lectrons en biologie mol??culaire.
• Lanthane bentonite modifi?? (ou Phoslock) est utilis?? pour ??liminer les phosphates de l'eau dans les traitements des lacs

R??le biologique

Lanthane a pas connu r??le biologique. L'??l??ment est tr??s mal absorb?? apr??s administration orale et quand inject?? son ??limination est tr??s lente. Le carbonate de lanthane a ??t?? approuv?? comme m??dicament nomm?? Fosrenol pour absorber l'exc??s phosphate dans les cas d'insuffisance r??nale au stade terminal.

Bien que le lanthane a des effets pharmacologiques sur plusieurs r??cepteurs et canaux ioniques, sa sp??cificit?? pour le r??cepteur GABA est unique parmi les cations divalents. Lanthane agit sur le m??me site sur le modulateur r??cepteur GABA comme un n??gatif de zinc connu modulateur allost??rique. Le cation lanthane La ³⁺ est un modulateur allost??rique positif au niveau des r??cepteurs de GABA native et recombinante, augmenter le temps de canal ouvert et en diminuant la d??sensibilisation d'une mani??re d??pendant de la configuration de sous-unit??.

Pr??cautions

Lanthane a un faible niveau de toxicit?? ?? mod??r??e et doit ??tre manipul?? avec soin. Chez l'animal, l'injection de solutions de lanthane produit l'hyperglyc??mie, une faible pression art??rielle, de la d??g??n??rescence rate et alt??rations h??patiques. L'application ?? la lumi??re de l'arc de carbone conduit ?? l'exposition des personnes aux rares oxydes d'??l??ments des terres et des fluorures, conduit parfois ?? pneumoconiose.

Livres

• La Chimie Industrielle de l'lanthanides, l'yttrium, thorium et l'uranium, par RJ Callow, Pergamon Press 1967
• M??tallurgie extractive de terres rares, par CK Gupta et N. Krishnamurthy, CRC Press 2005
• Nouveau Trait?? de Chimie Min??rale, Vol. VII. Scandium, l'yttrium, ??l??ments des Terres Rares, Actinium, P. Pascal, ??diteur, Masson & Cie 1959
• Chimie des lanthanides, par RC Vickery, Butterworths 1953