Знаешь как. Получение, свойства и применение лантана

«Популярная библиотека химических элементов» содержит сведения обо всех элементах, известных человечеству. Сегодня их 107, причем некоторые получены искусственно.

Как неодинаковы свойства каждого из «кирпичей мироздания», так же неодинаковы их истории и судьбы. Одни элементы, такие, как медь, железо, сера, углерод, известны с доисторических времен. Возраст других измеряется только веками, несмотря на то, что ими, еще не открытыми, человечество пользовалось в незапамятные времена. Достаточно вспомнить о кислороде, открытом лишь в XVIII веке. Третьи открыты 100 - 200 лет назад, но лишь в паше время приобрели первостепенную важность. Это уран, алюминий, бор, литий бериллий. У четвертых, таких, как, например, европий и скандий, рабочая биография только начинается. Пятые получены искусственно методами ядерно-физического синтеза: технеций, плутоний, менделевий, курчатовий… Словом, сколько элементов, столько индивидуальностей, столько историй, столько неповторимых сочетаний свойств.

В первую книгу вошли материалы о 46 первых, по порядку атомных номеров, элементах, во вторую обо всех остальных

Книга:

Как пи грустно сознавать, герой нашего рассказа - личность вполне заурядная. Это металл, обыкновенный по внешнему виду (серебристо-белый, покрытый сероватой окисной пленкой) и по физическим свойствам: температура плавления 920, кипения 3469°C; по прочности, твердости, электропроводности и прочим характеристикам металл лантан всегда оказывается в середине таблиц. Обыкновенен лантан и по химическим свойствам. В сухом воздухе он не изменяется - окисная пленка надежно защищает от окисления в массе. Но если воздух влажен (а в обычных земных условиях он влажен почти всегда), металлический лантан постепенно окисляется до гидроокиси. La(OH) 3 - основание средней силы, что опять-таки характерно для металла-«середнячка».

Что еще можно сказать о химических свойствах лантана? В кислороде при нагревании до 450°C он сгорает ярким пламенем (при этом выделяется довольно много тепла). Если же прокаливать его в атмосфере азота, образуется черный нитрид. В хлоре лантан загорается при комнатной температуре, а с бромом и иодом реагирует лишь при нагревании. Хорошо растворяется в минеральных кислотах, с растворами щелочей не реагирует. Во всех соединениях лантан проявляет валентность 3+. Словом, металл как металл - и по физическим свойствам, и по химическим.

Единственная, пожалуй, отличительная черта лантана - характер его взаимодействия с водородом. Реакция между ними начинается уже при комнатной температуре и идет с выделением тепла. Образуются гидриды переменного состава, поскольку одновременно лантан поглощает водород - тем интенсивнее, чем выше температура.

Так же взаимодействуют с водородом и лантаноиды. Один из них - церий - даже используют как газопоглотитель в электровакуумной промышленности и в металлургии.

Здесь мы подошли к одной из важных частей нашего рассказа, к теме «Лантан и церий», и в связи с ней - к истории лантана.

По распространенности в природе, по масштабам производства, по широте использования лантан уступает своему ближайшему аналогу - первому из лантаноидов. «Родоначальник» и - вечно второй, таково положение лантана в его семействе. И когда редкоземельные элементы по совокупности свойств стали делить на две подгруппы, лантан был отнесен в подгруппу, название которой дали в честь церия… И открыт лантан был после церия, как примесь к церию, в минерале церите. Вот эта история, история об учителях и учениках.

Карл Густав Мозандер (1707–1858) - шведский химик, первооткрыватель лантана и дидима, оказавшегося смесью двух редкоземельных элементов - празеодима и неодима

В 1803 г. 24-летнин шведский химик Йене Якоб Берцелиус вместе со своим учителем Хизингером исследовал минерал, известный теперь под названием церита. В этом минерале была обнаружена открытая Гадолином в 1794 г. иттриевая земля и еще одна редкая земля, очень похожая на иттриевую. Ее назвали цериевой. Почти одновременно с Берцелиусом цериевую землю открыл знаменитый немецкий химик Мартин Клапрот.

К работе с этим веществом Берцелиус вернулся через много лет, будучи уже именитым ученым. В 1826 г. Карл Мозандер - ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса - исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Но, чтобы проверить это предположение, нужно было много церита. Доказать сложность цериевой земли Мозандеру удалось лишь в 1839 г.

Интересно, что годом раньше неизвестный среди химиков студент Эрдманн нашел в Норвегии новый минерал и назвал его в честь своего учителя Мозандера - мозандеритом. Из этого минерала также были выделены две редкие земли - цериевая и новая.

Новый элемент, обнаруженный в церите и моландерите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном. Название с намеком: оно происходит от греческого????????? - скрываться, забываться. Лантан, содержащийся в церите, успешно скрывался от химиков в течение 36 лет!

Долгое время считали, что лантан двухвалентен, что он - аналог кальция и других щелочноземельных металлов, а его атомный вес равен 90–94. В правильности этих цифр не сомневались до 1869 г. Менделеев же увидел, что во II группе периодической системы редкоземельным элементам нет места и поставил их в III группу, приписав лантану атомный вес 138–139. Но правомерность такого перемещения еще надо было доказать. Менделеев предпринял исследование теплоемкости лантана. Полученная им величина прямо указывала на то, что этот элемент должен быть трехвалентным…

Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием.

В наше время в промышленных масштабах получают лантан чистотой более 99%. Проследим, как это делается, но прежде познакомимся с главными минералами лантана и первыми стадиями сложнейшего процесса разделения редкоземельных элементов.

Уже упоминалось, что в минералах лантан и лантаноиды неизменно сопутствуют друг другу. Есть минералы селективные, в которых доля того или иного редкоземельного элемента больше, чем обычно. Но нет минералов чисто лантановых или чисто цериевых, не говоря уже о других лантаноидах. Примером селективного лантанового минерала может служить давидит, в котором до 8,3% La 2 O 3 и лишь 1,3% окиси церия. Но получают лантан преимущественно из монацита и бастиезита, как, впрочем, и церий, и все остальные элементы цериевой подгруппы.

Монацит - тяжелый блестящий минерал, обычно желто-бурый, но иногда и других цветов, поскольку постоянством состава он не отличается. Точнее всего его состав описывает такая странная формула: (РЗЭ)PO 4 . Она означает, что монацит - фосфат редкоземельных элементов (РЗЭ). Обычно в монаците 50–68% окислов РЗЭ и 22–31,5% P 2 O 5 . А еще в нем до 7% двуокиси циркония, 10% (в среднем) двуокиси тория и 0,1–0,3% урана. Эти цифры со всей очевидностью показывают, почему так тесно переплелись пути редкоземельной и атомной промышленности.

Смешанный металл редких земель - мишметалл - и смесь их окислов начали применять в конце прошлого века, а в начале нынешнего в связи с ними был продемонстрирован выдающийся образец международного воровства. Немецкие суда, доставлявшие грузы в Бразилию, собираясь в обратный путь, заполняли трюмы песком с пляжей Атлантического побережья этой страны, причем из определенных мест. Капитаны заявляли, что песок - это просто балласт, необходимый для большей устойчивости судна. В действительности же они, выполняя заказы германских промышленников, крали ценное минеральное сырье - прибрежные пески штата Эспприту-Санту, богатые монацитом…

Монацитовые россыпи распространены по берегам рек, озер и морей на всех континентах. В начале века (данные за 1909 г.) 92% мировой добычи редкоземельного сырья, и прежде всего монацита, приходилось на долю Бразилии. Спустя десять лет центр тяжести переместился на тысячи километров к востоку (или к западу, смотря как считать) - в Индию. А в 1980 г., как утверждал американский «Engineering and Mining Journal» (т. 182, № 3), «концентраты монацитовых руд, производимых в основном в Австралии, покрыли почти полностью мировую потребность в редкоземельных элементах». Очевидно, под мировой потребностью авторы имели в виду потребности капиталистических стран.

Советский Союз создал свою развитую промышленность редкоземельных металлов, и сырьевой базой для нее служат, разумеется, не монацитовые россыпи Австралии.

Проследим же в общих чертах путь от монацитового песка до лантана.

Хотя песок и называют монацитовым, монацита в нем немного - доли процента. К примеру, в известных монацитовых россыпях Айдахо (США) тонна песка содержит лишь 330 г монацита. Поэтому прежде всего получают монацитовый концентрат.

Первая стадия концентрирования происходит уже на драге. Плотность монацита 4,9–5,3, а обычного песка в среднем 2,7 г/см 3 . При такой разнице в весе гравитационное разделение не представляет особого груда. Но, кроме монацита, в тех же песках есть другие тяжелые минералы. Поэтому, чтобы получить монацитовый концентрат чистотой 92–96%, применяют комплекс гравитационных, магнитных и электростатических методов обогащения.

В результате попутно получают ильменитовый, рутиловый, цирконовый и другие ценные концентраты.

Как и всякий минерал, монацит надо «вскрыть». Чаще всего монацитовый концентрат обрабатывают для этого концентрированной серной кислотой . Образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщелачивают обычной водой. После того как они перейдут в раствор, в осадке остаются кремнезем и не отделившаяся па предыдущих стадиях часть циркона.

На следующей стадии разделения извлекают короткоживущий мезоторий (радий-228), а затем и сам торий - иногда вместе с церием, иногда отдельно. Отделение церия от лантана и смеси лантаноидов не особенно сложно: в отличие от них, он способен проявлять валентность 4+ и в виде гидроокиси Ce(OH) 4 переходить в осадок, тогда как его трехвалентные аналоги остаются в растворе. Отметим только, что операция отделения церия, как, впрочем, и предыдущие, проводится многократно - чтобы как можно полнее «выжать» дорогой редкоземельный концентрат.

После того как выделен церий, в растворе больше всего лантана (в виде нитрата La(NO 3)3 , так как на одной из промежуточных стадий серная кислота была заменена азотной, чтобы облегчить дальнейшее разделение). Из этого раствора и получают лантан, добавляя аммиак, нитраты аммония и кадмия. В присутствии Cd(NO 3)2 разделение более полно. С помощью этих веществ все лантаноиды переходят в осадок, в фильтрате же остаются лишь кадмий и лантан. Кадмий осаждают сероводородом, отделяют осадок, а раствор нитрата лантана еще несколько раз очищают дробной кристаллизацией от примесей лантаноидов.

В конечном счете обычно получают хлорид лантана LaCl 3 . Электролиз расплавленного хлорида дает лантан чистотой до 99,5%. Еще более чистый лантан (99,79% и выше) получают кальцие-термическим способом. Такова классическая традиционная технология.

Как видим, получение элементного лантана - дело сложное.

Разделение лантаноидов - от празеодима до лютеция - требует еще больших затрат сил и средств, и времени разумеется. Поэтому в последние десятилетия химики и технологи многих стран мира стремились создать новые более совершенные методы разделения этих элементов. Такие методы - экстракционные и ионообменные - были созданы и внедрены в промышленность. Уже в начале 60-х годов на установках, работающих по принципу ионного обмена, достигли 95%-ного выхода редкоземельных продуктов чистотой до 99,9%.

К 1905 г. внешнеторговые организации нашей страны могли предложить покупателям все лантаноиды в виде металлов чистотой выше 99%. Кроме прометия, разумеется, хотя радиоактивные препараты этого элемента - продукты ядерного распада урана - тоже стали вполне доступны.

Сейчас в нашей стране производится несколько сотен химически чистых и особо чистых соединений лантана и лантаноидов. Это свидетельство высокого уровня развития советской редкоземельной промышленности.

Но вернемся к лантану.

(Lanthanum; - скрываюсь, остаюсь незамеченным), La - редкоземельный хим. элемент III группы периодической системы элементов; ат. н. 57, ат. м. 138,055. Серебристо-белый металл. В соединениях проявляет степень окисления + 3. Природная смесь состоит из стабильного 139La (99,911%) и радиоактивного 138La(0,089%) изотопов. Изотоп 138La распадается путем К-захвата с периодом полураспада 1 1011 лет. Изотоп 139La образуется при делении урана (6,3% массы всех осколков) и является «реакторным ядом». Получены радиоактивные с массовыми числами 127-137 и 140- 144. Макс. период полураспада (6 104 лет) - у изотопа 137La. Лантан открыл в 1839 швед, химик К. Мозандер, доказавший неоднородность открытой ранее «цериевой земли».

По распространенности лантан занимает среди редкоземельных элементов третье место после церия и неодима. Содержание Л. в земной коре 1,8 х 10-3 %. Л. и остальные элементы цериевой подгруппы получают преим. из минералов монацита и бастнезита. В монаците содержится 17% La203, в бастнезите 24% La203. Кристаллическая решетка Л. при комнатной т-ре гексагональная плотноупако-ванная (типа альфа-лантан) с периодами а = 3,770 ± 0,002А, с =12,159 ± 0,008А и плотностью 6,162 г/см3. Имеет три аллотропические модификации. Т-ры превращений: альфа → бета 310 ± 5°С, бета → гамма 864° С. Бета-лантан имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом а = 5,304 ± 0,003А и плотностью 6,190 г/см3, гамма-лантан - объемноцентриро-ванную кубическую решетку с периодом а = 4,26 ± 0,01 А и плотностью 5,97 г/см3. Т-ра плавления 920 ± 5° С; т-ра кипения 3470° С. Теплота плавления 1,6 ккал/г-атом; теплота испарения 93,8 ± 0,9 ккал/г-атом. Атомная теплоемкость (кал/г-тервале т-р 0-310° С) сp = 6,27 +4- 2,6 10 г. Коэфф. теплопроводности альфа-лантана (в интервале т-р 25-30° С) 0,033 ± 0,003 кал/см x сек град. Коэфф. термического расширения альфа-лантана 4,9 X 10-6 (т-ра 25° С), бета-лантана 9,6 10-6 (среднее значение в интервале т-р 325 - 775° С). Удельное электрическое сопротивление (ом см) альфа-лантана 56,8 10 (т-ра 25° С), бета-лантана 98 10-б (т-ра 560° С), гамма-лантана 126 х10-6 (т-ра 890° С). Температурный коэфф. электр. сопротивления альфа-лантана (т-ра 0° С) 2,18 х10 град. Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние альфа-лантана 4,90 ± 10 К, бета-лантана 5,85 ± 0,11 К. Работа выхода электронов 3,3 эв. Металл парамагнитен. Поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов атомом изотопа 139La составляет 9 барн. При комнатной т-ре модуль норм, упругости 3915, по другим данным 7031- 7734 кгс/мм2; модуль сдвига 1518 кгс/мм2; коэфф. Пуассона 0,288. У литого образца (т-ра 20° С) предел текучести 12,8 кгс/мм2; предел прочности 13,3 кгс/мм2; относительное удлинение 8%. Твердость Л. по Виккер-су (т-ра 20° С): литого 50, отожженного 37, кованого 120-178 кгс/мм2. При комнатной т-ре достаточно чистый Л. поддается ковке и прессованию, но не обладает достаточной вязкостью. Возможно изготовление листов из чистого Л. ковкой при комнатной т-ре. Лантан как и другие редкоземельные , обладает большой хим. активностью.

В сухом воздухе покрывается окисной пленкой голубоватого цвета, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Во влажном воздухе постепенно превращается в гидрат окиси белого цвета. При т-ре 450° С в среде кислорода Л. воспламеняется. С азотом Л. в раскаленном состоянии образует нитрид белого цвета. При т-ре 240° С в среде водорода образует гидрид черного цвета, однако поглощение водорода металлом происходит и при комнатной т-ре. Лантан образует также весьма прочные , реагирует с большинством др. хим. элементов. Легко растворяется В соляной, серной и азотной к-тах. Соли Л. белого цвета. Сплавляется со многими металлами. Плавку ведут в инертной среде или в вакууме. Металлический Л. чистотой до 99,48% получают электролитическим способом. В пром-сти наиболее широко распространен безводного хлорида в расплаве. Металл поставляют в виде слитков трапецоидальной или круглой формы массой 2-5 кг. Лантановый миш-металл применяют для улучшения св-в коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Кроме того, лантан служит компонентом алюминиевых и др. легких сплавов. Окись Л. входит в состав керамических глазурей, оптического стекла, используется в реагентах, утяжеляющих натуральный и искусственный шелк. Изотоп 140La (с периодом полураспада 40,22 ч) - радиоактивный индикатор при изучении процессов разделения Л. и лантаноидов.

Лантан в природе

Встречается в виде устойчивого изотоп 89 La (99,91%) . В литосфере содержится лантана 2 ⋅ 10 ⁻ ⁴ в. Встречаются достаточно богатые этим элементом, однако эти настолько рассеяны, что переработка связана с концентрированием (отделением больших количеств пустой породы) , что связано с большими энергозатратами.

Поскольку лантан имеет отрицательное значение стандартных электронных потенциалов, получают его электролизом расплавленных хлоридов или нитратов, а для понижения температур плавления добавляют соли других металлов.

Помимо электролиза его получают восстанавливая при высоких температурах из их хлоридов или фторидов наиболее активными металлами (калием и кальцием) :

LaCl 3 + 3K = La + 3KCl

Физические и химические свойства

Лантан — серебристо — белый металл, существующий в двух кристаллических видоизменениях с различными типами и параметрами решеток.

В химических реакциях атом иттрия теряет по три электрона и ведёт себя как сильный восстановитель.

При обычных температурах поверхность его окисляется кислородом с образованием защитных плёнок. Но при нагревании в кислороде горит и образуются оксиды La 2 O 3 .

С водой лантан взаимодействует медленно, образующиеся при этом гидроксиды покрывают его защитной плёнкой:

2La + 6H 2 O = 2La(OH) 3 ↓ + 3H 2

2La + 3H 2 SO 4 = La 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2

и растворяется в кислотах.

Соединения лантана

Проявляет степень окисления +3 , их ионы имеют на внешнем уровне по 8 электронов, большой заряд этих ионов Э ³ ⁺ обусловливается склонность скандия к комплексообразованию.

Его оксиды отвечают формуле La 2 O 3 , бесцветны, тугоплавки, получаются разложением нитратов:

4La(NO 3 ) 3 = 2LaO 3 + 12NO 2 + 3O 2

Он обладает основным характером, энергично реагировать с водой, образуя гидроксиды:

La 2 O 3 + 3H 2 O = 2La(OH) 3

Он мало растворим в воде, но легко растворяется в кислотах, гидроксид скандия La(OH) 3 проявляет признаки амфотерности.

Соли лантана из воды кристаллизуются в виде аквасоединений. , нитраты и ацетаты растворимы в воде и гидролизуются в незначительной степени.

Мало растворимые в воде фториды, и оксалаты лантана переходят в раствор под действием избытка осадителя с образованием комплексных соединений.

Положительные ионы лантана имеют координационные числа от 3 до 6 . Важнейшие лиганды в комплексе металла — это фторид — , карбонат — , сульфат — , оксалат- ионы. Ион лантана La ³ ⁺ образует с фторид — ионами комплексные соединения:

В 1826 г. Карл Мозандер – ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса – исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Доказать это Мозандеру удалось лишь в 1839 г. Новый элемент, обнаруженный в церите, по предложению Берцелиуса назвали лантаном (от греческого lanqanein – скрываться, забываться). Лантан, содержащийся в церите, успешно скрывался от химиков в течение 36 лет!
И дальше лантан продолжал оправдывать свое имя. Долгое время считали, что он – аналог кальция и других щелочноземельных металлов, его валентность равна двум, а атомный вес 90...94. Только в 1869 г. Менделеев увидел, что во II группе периодической системы редкоземельным элементам нет места и поставил их в III группу, приписав лантану атомный вес 138...139. Проведенное Менделеевым исследование теплоемкости лантана доказало, что лантан должен быть трехвалентным.

Получение:

Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием.
В настояшее время лантан получают преимущественно из монацита и бастнезита ((La, Ce)FCO 3), как и все остальные металлы цериевой подгруппы. Монацитовый концентрат (LnPO 4 + 7% диоксида циркония, 10% диоксида тория и 0,1...0,3% урана) обрабатывают концентрированной серной кислотой, образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщелачивают обычной водой. Последовательно отделяя торий, церий, другие РЗЭ, обычно получают хлорид лантана LaCl 3 . Электролиз расплавленного хлорида дает лантан чистотой до 99,5%. Еще более чистый лантан (99,79% и выше) получают кальциетермическим способом.
Значительно проще и дешевле получать мишметалл - смешанный металл РЗЭ.

Физические свойства:

Металл серебристо-белого цвета. Лантан по твердости подобен олову (плотность 6,2), температура его плавления составляет всего 915-925°С, но зато удивительно высока температура кипения (4515°С).

Химические свойства:

Лантан в сухом воздухе покрывается тонкой пленкой окисла, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но такая "защита" происходит только в сухом воздухе.
По своему химическому поведению лантан напоминает кальций. Как и многие активные металлы, он разлагает воду, хорошо реагирует с кислотами, а при нагревании энергично - с хлором, серой и другими металлоидами, т. е. проявляет свойства типичного металла.
В соединениях проявляет степень окисления +3.

Важнейшие соединения:

Оксид лантана , La 2 O 3 , белый аморфный порошок, нерастворимый в воде, но растворимый в кислотах. Взаимодействуя с CO 2 переходит в карбонат.
Гидроксид лантана La(OH) 3 , студенистый белый осадок, образуется при взаимодействии лантана с водой, солей лантана с растворами щелочей. Взаимодействуя с CO 2 переходит в карбонат.
Соли лантана бесцветные крист. вещества. Растворимые соли - нитрат, галогениды, сульфат; нерастворимы - фторид, фосфат, карбонат. Нитрат, карбонат при нагревании разлагаются образуя оксид лантана. Основной ацетат лантана ведет себя как крахмал, если к нему добавляют иод. Белый гель принимает ярко-синюю окраску. Этим свойством иногда пользуются для открытия лантана в смесях и растворах.

Применение:

В качестве легирующего металла чистый лантан почти не применяют, используя для этого более дешевый и доступный мишметалл. Эта добавка в чугун и сталь работает как сильный раскислитель, превосходный дегазатор и десульфатор. Добавки РЗЭ в легкие сплавы (магний, алюминий) повышают их жаростойкость и стойкость к коррозии. РЗЭ используют и для улучшения свойств сплавов меди, хрома, ванадия, титана...
Расплавленным лантаном экстрагируют плутоний из жидкого урана.
Железо-цериево-лантанный "кремень" применяется в карманных зажигалках и в трассирующих артиллерийских снарядах.
Оксид лантана La 2 O 3 - важный компонент оптических стекол (фотообъективы «Кодак» содержат от 20 до 40% La 2 O 3 , лучшие отечественные фотообъективы тоже сделаны из лантанового стекла), Лантановое стекло идет также на изготовление лабораторной посуды (термостойкость и кислотоупорность). См. также:
Популярная библиотека химических элементов Издательство «Наука», 1977.

ЛАНТАН (от греческого lanthano - скрываюсь; лат. Lanthanum) La, химический элемент III гр. периодической системы, атомный номер 57, атомная масса 138,9055; относится к редкоземельным элементам. Прир. ЛАНТАН состоит из двух изотопов 139 La (99,911 %) и радиоактивного 138 La (0,089%; Т 1/2 2 . 10 11 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природные смеси изотопов 9 . 10 -28 м 2 . Конфигурация внешний электронной оболочки 5d 1 6s 2 ; степень окисления +3; энергия ионизации при последоват. переходе от La 9 к La 3+ соответственно 5,5770, 11,06 и 19,176 эВ; атомный радиус 0,187 нм, ионные радиусы (в скобках указаны координац. числа) La 3+ 0,117 нм (6), 0,124 нм (7), 0,130 нм (8), 0,136 нм (9), 0,141 нм (10), 0,150 нм (12). ЛАНТАН вместе с Се и Nd относится к наиболее распространенным РЗЭ. Содержание ЛАНТАН в земной коре 2,9 . 10 -3 % по массе, в морской воде 2,9 . 10 -6 мг/л. Вместе с другими РЗЭ содержится в монаците, бастнезите, лопарите и апатите. Это основные минералы, из которых его извлекают. ЛАНТАН - металл серебристо-белого цвета. До 277 °С устойчив a -La: кристаллич. решетка гексагональная, а=0,3772 нм, с=1,2144 нм, z=4, пространств. группа Р6 3 /ттс; плотность 6,162 г/см 3 . При 277-861 °С устойчив b -La: решетка кубич. типа Сu, а=0,5296 нм, z=4, пространств. группа Fm3m; плотность 6,190 г/см 3 . При 861-920 °С существует g -La: решетка кубич. типа a -Fe, а=0,426 нм, z=2, пространств. группа Im3m; плотность 5,97 г/см 3 ; D H° полиморфных переходов a : b 0,36 кДж/моль, b : g 3,12 кДж/моль. Температура плавления 920 °С, температура кипения 3447 °С; для a -La: С 0 p 27,11 Дж/(моль. К); S 0 298 56,7 Дж/(моль. К); D H 0 пл 6,2 кДж/моль, D H 0 возг 430 кДж/моль (0 К); давление пара 0,881 Па (1727 °С); температурный коэффициент линейного расширения a -La 5,2 . 10 -6 К -1 , b -La 9,5 . 10 -6 К -1 ; р для a -La 56,8 . 10 -6 Ом. см, b -La 9,8 . 10 -5 Ом. см, g -La 1,26 . 10 -4 Ом. см; теплопроводность a -La 13,81 Вт/(м. К); твердость по Бринеллю 363 МПа; коэффициент Пуассона 0,288. Легко поддается механические обработке. При комнатной температуре чистый ЛАНТАН обрабатывают ковкой и прессованием, хотя он и не обладает достаточной вязкостью. Из чистого ЛАНТАН возможно изготовление листов. По химический свойствам ЛАНТАН сходен с семейством из 14 элементов, следующих вслед за ним, которые поэтому называют лантаноидами. На воздухе ЛАНТАН быстро окисляется с образованием гидратированного оксикарбоната. При 450 °С в среде О 2 воспламеняется, с N 2 раскаленный ЛАНТАН образует нитрид. Заметно поглощает Н 2 при комнатной температуре, выше 250 °С легко образует гидриды. ЛАНТАН реагирует (обычно при нагревании) с большинством металлов и неметаллов, образуя интерметаллиды, галогениды, оксиды, сульфиды и др. Легко взаимодействие с минер, кислотами. Соед. ЛАНТАН, как правило, бесцветны. Ниже приводятся сведения о наиболее важных соединений ЛАНТАН Оксид (сесквиоксид) La 2 O 3 - кристаллы; до 2040 °С устойчив A-La 2 O 3 с гексагон. решеткой (а=0,39373 нм, с=0,61299 нм, z=l, пространств. группа Р3ml плотность 6,57 г/см 3), при 2040-2110 °C - H-La 2 O 3 с гексагон. решеткой; при 2100-2313 °C -X-La 2 O 3 с кубической решеткой, температура плавления 2313 °С; С 0 р 108,8 Дж/(моль. К); D H 0 обР -1794,2 кДж/моль; S 0 298 127,3 Дж/(моль. К). Взаимод. с НСl, НNО 3 , НСlО 4 . Во влажном воздухе быстро превращаются в гидрат оксикарбоната ЛАНТАН; с водой реагирует активно подобно СаО, превращаясь в La 2 O 3 . nH 2 O. Получают разложением нитрата, оксалата, карбоната или др. солей ЛАНТАН на воздухе, обычно при температуре выше 800 °С. La 2 O 3 - пpoмeжyт. продукт в производстве LaF 3 и др. соединение ЛАНТАН, компонент оптических стекол, керамич. материалов, в том числе высокотемпературных сверхпроводников. Трифторид LaF 3 - кристаллы с тригон. решеткой (в гексагон. установке: а=0,7186 нм, с=0,7352 нм, z=6, пространств. группа P3с1); температура плавления 1493 °С, температура кипения около 2300°С; С° 99,6 Дж/(моль. К); D H 0 обр - 1699 кДж/моль; S 0 298 100 Дж/(моль. К); не растворим в воде; образует кристаллогидраты. Получают гидраты осаждением из водных растворов солей ЛАНТАН при действии фтористоводородной кислоты, безводную соль - взаимодействие La 2 O 3 с газообразным HF или F 2 , разложением фтораммонийных комплексов при 400-500 °С и др. Используют для получения металлич. ЛАНТАН; монокристаллы LaF 3 -селективные электроды по отношению к ионам F - Трихлорид LaCl 3 - кристаллы с гексагон. решеткой (а=0,7468 нм, с=0,4366 нм, z=2, пространств. группа Р6 3 /m); температура плавления 862 °С, температура кипения около 1710°С; плотность 3,842 г/см 3 ; С 0 р 98 Дж/(моль. К); D H 0 обр - 1071 кДж/моль; S 0 298 137 Дж/(моль. К). Хорошо растворим в воде; образует кристаллогидраты, в щелочных растворах гидролизуется до гидроксо-хлоридов. Получают взаимодействие смеси Сl 2 и ССl 4 с La 2 O 3 или La 2 (C 2 O 4) 3 при 200-600 °С, хлорированием ЛАНТАН выше 100 °С и др. Применяют для получения ЛАНТАН и его соединений. Гидроксид La(OH) 3 получают действием растворов щелочей на водорастворимые соли ЛАНТАН (хлорид, нитрат, перхлорат, ацетат); рН начала осаждения La(OH) 3 или основных солей типа La(OH) 2,5 Cl 0,5 близок к 8. Плохо растворимые соли ЛАНТАН - фторид, фосфат, карбонат, оксалат, моноцитрат, монотартрат и др. используют для выделения La(III) из растворов; чаще других применяют оксалат La 2 (C 2 O 4) 3 . 9H 2 O, который при прокаливании до 900-1000 °С дает La 2 O 3 . ЛАНТАН вместе с другими РЗЭ выделяют из минералов в виде смеси оксидов (содержание ЛАНТАН 15-30%). При переработке рудных концентратов и разделении РЗЭ на подгруппы ЛАНТАН выделяется вместе с Се, Рr и Nd. После отделения Се ЛАНТАН очищают от др. РЗЭ методами экстракции, ионообменной хроматографии, фракционным осаждением гидроксидов. Металлич. ЛАНТАН получают восстановлением LaF 3 или LaCl 3 кальцием, электролизом расплава хлоридов ЛАНТАН в присутствии хлоридов Са и Ва. ЛАНТАН - легирующая добавка к алюминиевым, магниевым, никелевым и кобальтовым сплавам, компонент мишметалла, применяемого для улучшения свойств коррозионностойкой, быстрорежущей и жаропрочной стали. Интерметаллид LaNi 5 - перспективный аккумулятор Н 2 . Оксисульфид и алюминат ЛАНТАН-компоненты люминофоров. См. также Лантана хромат (III). ЛАНТАН открыт К. Мосандером в 1839 в виде лантановой "земли" - La 2 O 3 .

Литература см. при ст. Редкоземельные элементы. ЛАНТАН ЛАНТАН Мартыненко. С. Д. Моисеев, Ю. М. Киселев.

Химическая энциклопедия. Том 2 >>