Lantano
Antecedentes
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| Lantano | ||||||||||||||||||||||||||||
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57 La | ||||||||||||||||||||||||||||
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| Apariencia | ||||||||||||||||||||||||||||
blanco plateado  | ||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades generales | ||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre, símbolo, número | lantano, La, 57 | |||||||||||||||||||||||||||
| Pronunciación | / l æ n θ ən əm / | |||||||||||||||||||||||||||
| Categoría metálico | lantánidos a veces considerado un metal de transición | |||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloque | n / a, 6, F | |||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico estándar | 138.90547 | |||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [ Xe ] 5d 1 6s 2 2, 8, 18, 18, 9, 2  | |||||||||||||||||||||||||||
| Historia | ||||||||||||||||||||||||||||
| Descubrimiento | Carl Gustaf Mosander (1838) | |||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | |||||||||||||||||||||||||||
| Densidad (cerca rt) | 6,162 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||
| Líquido densidad en mp | 5,94 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusion | 1193 K , 920 ° C, 1688 ° F | |||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullicion | 3737 K, 3464 ° C, 6267 ° F | |||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusión | 6.20 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| El calor de vaporización | 402.1 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Capacidad calorífica molar | 27.11 J · mol -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Presión de vapor (extrapolado) | ||||||||||||||||||||||||||||
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| Propiedades atómicas | ||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidación | 3, 2 (fuertemente óxido básico) | |||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 1,10 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||
| Energías de ionización | Primero: 538.1 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Segundo: 1067 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Tercero: 1850,3 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Radio atómico | 187 pm | |||||||||||||||||||||||||||
| Radio covalente | 207 ± 20:00 | |||||||||||||||||||||||||||
| Miscelánea | ||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | hexagonal  | |||||||||||||||||||||||||||
| Ordenamiento magnético | paramagnético | |||||||||||||||||||||||||||
| La resistividad eléctrica | ( rt) (α, poli) 615 nΩ · m | |||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 13.4 W · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Expansión térmica | ( rt) (α, poli) 12,1 m / (m · K) | |||||||||||||||||||||||||||
| Velocidad del sonido (varilla delgada) | (20 ° C) 2475 m · s -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| El módulo de Young | (Forma α) 36,6 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de corte | (Forma α) 14,3 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de volumen | (Forma α) 27,9 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Relación de Poisson | (Forma α) 0.280 | |||||||||||||||||||||||||||
| Dureza de Mohs | 2.5 | |||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Vickers | 491 MPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Brinell | 363 MPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Número de registro del CAS | 7439-91-0 | |||||||||||||||||||||||||||
| La mayoría de los isótopos estables | ||||||||||||||||||||||||||||
| Artículo principal: Los isótopos de lantano | ||||||||||||||||||||||||||||
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Lantano es un elemento químico con el símbolo La y número atómico 57. El lantano es un elemento metálico blanco plateado que pertenece al grupo 3 de la tabla periódica y es el primer elemento de la lantánido serie. Se encuentra en algunos minerales de tierras raras, normalmente en combinación con cerio y otra elementos de tierras raras. El lantano es una, dúctil, maleable y metal blando que se oxida rápidamente cuando se exponen al aire. Se produce a partir de los minerales monacita y bastnäsite usando un proceso de extracción multietapa complejo. Compuestos de lantano, tienen numerosas aplicaciones como catalizadores, aditivos en cristal, iluminación de carbono para el estudio de iluminación y proyección, elementos de ignición en encendedores y antorchas, cátodos de electrones, centelleadores, y otros. El carbonato de lantano (La 2 (CO 3) 3) fue aprobado como un medicamento contra fallo renal.
Propiedades
Propiedades físicas
Lantano es un metal blando maleable,, blanco plateado que tiene estructura cristalina hexagonal a temperatura ambiente. A 310 ° C, los cambios de lantano a una centrada en las caras estructura cúbica, y en 865 ° C en un centrada en el cuerpo estructura cúbica. El lantano se oxida con facilidad (una muestra centímetros de tamaño se oxida completamente dentro de un año) y por lo tanto se utiliza en forma elemental sólo para fines de investigación. Por ejemplo, los átomos individuales de lantano, se han aislado por implantarlos en moléculas de fullereno. Si los nanotubos de carbono están llenos de esos fullerenos de lantano-encapsulado y recocidos, nanochains metálicas de lantano se producen dentro de los nanotubos de carbono.
Propiedades químicas
Lantano exhibe dos estados de oxidación, 3 y 2, siendo el primero mucho más estable. Por ejemplo, LaH 3 es más estable que LaH 2. Quemaduras lantano fácilmente a 150 ° C para formar de lantano (III) óxido de:
- 4 La + 3 O 2 → 2 La 2 O 3
Sin embargo, cuando se expone al aire húmedo a temperatura ambiente, óxido de lantano forma un óxido hidratado con un aumento de volumen grande.
El lantano es bastante electropositivo y reacciona lentamente con el agua fría y bastante rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de lantano:
- 2 La (s) + 6 H 2 O (l) → 2 La (OH) 3 (aq) + 3 H 2 (g)
Lantano del metal reacciona con todos los halógenos. La reacción es intensa si se realiza por encima de 200 ° C:
- 2 La (s) + 3 F 2 (g) → 2 LaF 3 (s)
- 2 La (s) + 3 Cl 2 (g) → 2 LaCl3 (s)
- 2 La (s) + 3 Br 2 (g) → 2 LaBr 3 (s)
- 2 La (s) + 3 I 2 (g) → 2 LaI 3 (s)
El lantano se disuelve fácilmente en diluida de ácido sulfúrico para formar soluciones que contienen los (III) La iones, que existen como [LA (OH 2) 9] 3+ complejos:
- 2 La (s) + 3 H 2 SO 4 (ac) → 2 La 3+ (ac) + 3 SO 2-
4 (aq) + 3 H 2 (g)
Lantano combina con nitrógeno, carbono, azufre, fósforo, boro, selenio, silicio y arsénico a temperaturas elevadas, la formación de compuestos binarios. La configuración electrónica del ion incoloro La 3+ es [Xe] 4f 0.
Isótopos
Naturalmente lantano ocurra se compone de uno estable (139 La) y uno radiactivo (138 La) isótopo , con el isótopo estable, 139 La, siendo la más abundante (99,91% abundancia natural). 38 radioisótopos se han caracterizado por ser el más estable 138 La con una vida media de 1,05 × 10 11 años, y 137 La con una vida media de 60.000 años. La mayoría de los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias que son menos de 24 horas, y la mayoría de ellos tienen una vida media de menos de 1 minuto. Este elemento también tiene tres estados de la meta.
Los isótopos de lantano varían en peso atómico de 117 u (117 La) a 155 u (155 La).
Historia
La palabra proviene de lantano los λανθανω griego [lanthanō] = a permanecer escondido. Lantano fue descubierto en 1839 por Sueco químico Carl Gustav Mosander, cuando se descompone parcialmente una muestra de nitrato de cerio por calentamiento y tratamiento de la sal resultante con diluida de ácido nítrico . A partir de la solución resultante, se aisló una nueva tierra rara llamó lantana. El lantano se aisló en forma relativamente pura en 1923.
Lantano es la fuerza básica de todos los lantánidos trivalentes más, y esta propiedad es lo que permitió Mosander aislar y purificar las sales de este elemento. Separación Basicidad como operaba comercialmente implicó la precipitación fraccionada de las bases más débiles (como didimio) de solución de nitrato mediante la adición de óxido de magnesio o diluir el gas amoníaco. Lantano purificada permaneció en solución. (Los métodos de basicidad eran sólo es adecuado para la purificación de lantano; didimio no podía ser eficientemente separa aún más de esta manera.) La técnica alternativa de cristalización fraccionada fue inventado por Dmitri Mendeleev , en la forma de la doble tetrahidrato de nitrato de amonio, que se utiliza para separar el lantano menos soluble de la didimio más soluble en la década de 1870. Este sistema fue utilizado comercialmente en la purificación de lantano hasta el desarrollo de los métodos de extracción de solventes prácticos que se iniciaron a finales de 1950. (Un proceso detallado mediante el doble nitratos de amonio para proporcionar 99,99% de lantano puro, concentrados de neodimio y praseodimio concentrados se presenta en Callow 1967, en momentos en que el proceso se acaba convirtiendo en obsoleto.) Como operado para la purificación de lantano, los nitratos de amonio dobles se recristalizaron en agua. Cuando más tarde adaptada por Carl Auer von Welsbach para la división de didimio, ácido nítrico se usa como disolvente para reducir la solubilidad del sistema. El lantano es relativamente fácil de purificar, ya que sólo tiene un lantánido adyacente, cerio, que a su vez se elimina muy fácilmente debido a su potencial tetravalencia.
La purificación cristalización fraccionada de lantano como el nitrato de amonio doble era suficientemente rápida y eficiente, que lantano purificado de esta manera no era caro. La División de Química Lindsay de América Potasa y Chemical Corporation, por un tiempo el mayor productor de tierras raras en el mundo, en una lista de precio de fecha 01 de octubre 1958 a un precio de 99,9% de nitrato de amonio de lantano (contenido de óxido de 29%) a $ 3.15 por libra , o $ 1,93 por libra en cantidades de 50 libras. El óxido correspondiente (un poco más puro al 99,99%) tenía un precio de $ 11.70 o $ 7.15 por libra para los rangos de dos cantidades. El precio por su grado más puro de óxido (99,997%) fue $ 21.60 y $ 13.20, respectivamente.
Aparición
Aunque lantano pertenece al grupo elemento llamado metales de las tierras raras, no es raro en absoluto. Lantano está disponible en cantidades relativamente grandes (32 ppm en la corteza terrestre). "tierras raras" consiguieron su nombre porque en realidad eran raros en comparación con las tierras "comunes" como la cal o magnesia, e históricamente sólo unos depósitos eran conocidos. El lantano se tiene en cuenta como un metal de tierra rara, porque el proceso de la mía es difícil, lento y costoso.
Monacita (Ce, La, Th, Nd, Y) PO 4, y bastnäsite (Ce, La, Y) CO 3 F, son los principales minerales en los que se produce de lantano, en porcentajes de hasta un 25 a 38 por ciento del contenido total de los lantánidos. En general, hay más de lantano en bastnäsite que en monacita. Hasta 1949, bastnäsite era un mineral raro y oscuro, ni siquiera remotamente contemplado como una fuente comercial potencial de lantánidos. En ese año, el gran depósito en el Mountain Pass mina de tierras raras en California fue descubierta. Este descubrimiento alertó a los geólogos a la existencia de una nueva clase de depósitos de tierras raras, que lleva el de tierras raras carbonatita, otros ejemplos de que pronto surgieron, sobre todo en África y China.
Producción
El lantano es más comúnmente obtenida de monacita y bastnäsite. Las mezclas de minerales son triturado y molido. Monacita, debido a sus propiedades magnéticas, se puede separar por separación electromagnética repetido. Después de la separación, se trata con concentrado caliente de ácido sulfúrico para producir sulfatos de solubles en agua de tierras raras. Los filtrados ácidos están parcialmente neutralizados con hidróxido de sodio a pH 3-4. El torio precipita de la solución como hidróxido y se retira. Después de eso, la solución se trata con oxalato de amonio para convertir tierras raras a su insoluble oxalatos. Los oxalatos se convierten en óxidos mediante recocido. Los óxidos se disuelven en ácido nítrico que excluye a uno de los componentes principales, de cerio , óxido de cuya es insoluble en HNO 3. El lantano se separa como una sal doble con nitrato de amonio por cristalización. Esta sal es relativamente menos soluble que otras sales dobles de tierras raras y por lo tanto permanece en el residuo.
La rutina de separación más eficiente para la sal de lantano de la solución de sal de tierra rara es, sin embargo, intercambio iónico. En este proceso, los iones de tierras raras se adsorben sobre una resina de intercambio iónico adecuada por intercambio con hidrógeno, amonio o iones cúpricos presentes en la resina. Los iones de tierras raras se lavan a continuación selectivamente a cabo por un agente complejante adecuado, tal como citrato de amonio o nitrilotriacetato. Lantano también se puede separar de una solución de nitratos de tierras raras por extracción líquido-líquido con un líquido orgánico adecuado, tal como phosphalate de tributilo. Actualmente, el extractante más ampliamente utilizado para la purificación de lantano y los otros lantánidos es el éster 2-etilhexilo del ácido 2-ethylhexylphosphonic; este tiene mejores características de manejo que el fosfato de bis-2-etilhexil utilizado anteriormente.
Lantano metal se obtiene a partir de su óxido por calentamiento con de cloruro de amonio o fluoruro y ácido fluorhídrico a 300-400 ° C para producir el cloruro o fluoruro de:
- La 2 O 3 + 6 NH4Cl → 2 LaCl3 + 6 NH3 + 3 H 2 O
Esto es seguido por reducción con metales alcalinos o alcalinotérreos en vacío o atmósfera de argón:
- LaCl3 + 3 Li → La + 3 LiCl
También, lantano puro puede ser producido por electrólisis de mezcla fundida de lacI anhidro 3 y NaCl o KCl a temperaturas elevadas.
Aplicaciones
La primera aplicación histórica de lantano estaba en linterna de gas mantos. Carl Auer von Welsbach utiliza una mezcla de 60% óxido de magnesio, 20% óxido de lantano y 20% óxido de itrio que llamó Actinophor, y patentado en 1885. Los mantos originales dio una luz teñida de verde y no tuvieron mucho éxito, y su primera empresa, que estableció una fábrica en Atzgersdorf en 1887, no en 1889.
Usos modernos de lantano incluyen:
- Un material utilizado para el material anódico de baterías de hidruro de níquel-metal es La (Ni 3.6 Mn 0.4 Al 0.3 Co 0.7. Debido al alto costo de extraer los otros lantánidos un mischmetal con más de 50% de lantano se utiliza en lugar de lantano puro. El compuesto es una componente intermetálico del tipo AB 5.
Como la mayoría de los automóviles híbridos utilizan baterías de hidruro de níquel-metal, se requieren cantidades masivas de lantano para la producción de automóviles híbridos. Una batería de automóvil híbrido típico para una Toyota Prius requiere de 10 a 15 kg (22-33 libras) de lantano. Como ingenieros empujan la tecnología para aumentar el consumo de combustible, el doble de la cantidad de lantano podría ser requerida por vehículo.
- Aleaciones de esponja de hidrógeno pueden contener lantano. Estas aleaciones son capaces de almacenar hasta 400 veces su propio volumen de gas de hidrógeno en un proceso de adsorción reversible. La energía térmica se libera cada vez que lo hacen; Por lo tanto, estas aleaciones tienen posibilidades en sistemas de conservación de energía.
- Mischmetal, una aleación pirofórica utilizado en las piedras más ligeros, contiene 25% a 45% de lantano.
- Óxido de lantano y el boruro se utilizan en electrónica tubos de vacío como materiales de cátodo caliente con fuerte emisividad de electrones . Los cristales de LaB 6 se utilizan en alto brillo, vida útil prolongada, las fuentes de emisión de electrones para termoiónicos microscopios electrónicos y Propulsores de efecto Hall.
- Fluoruro de lantano (LAF 3) es un componente esencial de un cristal de fluoruro pesado llamado ZBLAN. Este vidrio tiene transmitancia superior en el rango infrarrojo y por lo tanto se utiliza para sistemas de comunicación de fibra óptica.
- Dopado cerio bromuro de lantano y cloruro de lantano son la reciente inorgánico centelleadores que tienen una combinación de alto rendimiento de luz, la mejor resolución de energía y una respuesta rápida. Su alto rendimiento convierte en resolución de energía superior; Por otra parte, la salida de luz es muy estable y muy alta en un amplio intervalo de temperaturas, por lo que es particularmente atractivo para aplicaciones de alta temperatura. Estos escintiladores ya se usan comercialmente en los detectores de neutrones o rayos gamma.
- Lámparas de arco de carbono utilizan una mezcla de elementos de tierras raras para mejorar la calidad de la luz. Esta aplicación, sobre todo por la imagen en movimiento de la industria para el estudio de iluminación y proyección, consume alrededor del 25% de los compuestos de tierras raras producidas hasta la eliminación de las lámparas de arco de carbono.
- Óxido de lantano (III) (La 2 O 3) mejora la resistencia a los álcalis de vidrio , y se utiliza en la fabricación de vidrios ópticos especiales, tales como vidrio de absorción de infrarrojos, así como cámara y telescopio lentes, debido a la alta índice de refracción y baja dispersión de los vidrios de tierras raras. Óxido de lantano también se utiliza como un aditivo de crecimiento de grano durante la fase líquida sinterización de nitruro de silicio y diboruro de circonio.
- Pequeñas cantidades de lantano añaden a acero mejora su maleabilidad, resistencia al impacto y ductilidad. Mientras que la adición de lantano de molibdeno disminuye su dureza y sensibilidad a las variaciones de temperatura.
- Pequeñas cantidades de lantano están presentes en muchos productos de la piscina para eliminar los fosfatos que se alimentan de algas.
- Óxido de lantano aditivo al tungsteno se utiliza en la soldadura de arco de gas tungsteno electrodos, como un sustituto de radiactivo torio .
- Varios compuestos de lantano y otros elementos de tierras raras (óxidos, cloruros, etc.) son componentes de diversas catálisis, como craqueo de petróleo catalizadores .
- Lantano-bario datación radiométrica se utiliza para estimar la edad de las rocas y minerales, aunque la técnica ha limitado su popularidad.
- El carbonato de lantano fue aprobado como un medicamento (Fosrenol, Shire Pharmaceuticals) para absorber el exceso de fosfato en los casos de etapa terminal de insuficiencia renal.
- Fluoruro de lantano se usa en los revestimientos de la lámpara de fósforo. Mezclado con fluoruro de europio, también se aplica en la membrana de cristal de electrodos selectivos de iones fluoruro.
- Como peroxidasa de rábano picante, lantano se usa como un trazador denso en electrones en biología molecular.
- Lantano bentonita modificada (o Phoslock) se utiliza para eliminar los fosfatos de agua en tratamientos lago
Papel biológico
El lantano no ha conocido papel biológico. El elemento está muy mal absorbido después de la administración oral y cuando se inyecta su eliminación es muy lento. El carbonato de lantano fue aprobado como un medicamento llamado Fosrenol para absorber el exceso fosfato en casos de insuficiencia renal en fase terminal.
Mientras lantano tiene efectos farmacológicos sobre varios receptores y canales iónicos, su especificidad para el Receptor GABA es único entre los cationes divalentes. Lantano actúa en el mismo sitio modulador sobre la Receptor GABA como un negativo de zinc conocida modulador alostérico. El catión del lantano 3+ es un modulador alostérico positivo de los receptores GABA nativa y recombinante, aumentar el tiempo de canal abierto y la disminución de la desensibilización de una manera dependiente de configuración subunidad.
Precauciones
Lantano tiene un bajo nivel de toxicidad a moderada y debe manejarse con cuidado. En los animales, la inyección de soluciones de lantano produce hiperglucemia, baja presión arterial, degeneración de la bazo y alteraciones hepáticas. La aplicación a la luz de arco de carbón dio lugar a la exposición de las personas a óxidos y fluoruros de tierras raras, a veces condujo a neumoconiosis.
Libros
- La Química Industrial de la lantánidos, itrio, torio y uranio, por RJ Callow, Pergamon Press 1967
- Metalurgia Extractiva de tierras raras, por CK Gupta y N. Krishnamurthy, CRC Press 2005
- Nouveau Traité de Chimie Minerale, Vol. VII. Escandio, itrio, Elementos des Terres Rares, actinio, P. Pascal, Editor, Masson & Cie 1959
- Química de los lantánidos, por RC Vickery, Butterworths 1953
