Lantan
 | |||||||||||||||||||||||
| Opšta svojstva | |||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ime, simbol | lantan, La | ||||||||||||||||||||||
| Izgled | srebrnasto beo | ||||||||||||||||||||||
| U periodnom sistemu | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| Atomski broj (Z) | 57 | ||||||||||||||||||||||
| Grupa, perioda | grupa 3 (ponekad se poistovećuje sa grupom), perioda 6 | ||||||||||||||||||||||
| Blok | d-blok (ponekad se smatra f-blokom) | ||||||||||||||||||||||
| Kategorija | lantanoid, ponekad se smatra da je prelazni metal | ||||||||||||||||||||||
| Rel. at. masa (Ar) | 138,90547(7)[2] | ||||||||||||||||||||||
| El. konfiguracija | |||||||||||||||||||||||
po ljuskama | 2, 8, 18, 18, 9, 2 | ||||||||||||||||||||||
| Fizička svojstva | |||||||||||||||||||||||
| Tačka topljenja | 1193 K (920 °C, 1688 °F) | ||||||||||||||||||||||
| Tačka ključanja | 3737 K (3464 °C, 6267 °F) | ||||||||||||||||||||||
| Gustina pri s.t. | 6,162 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||
| tečno st., na t.t. | 5,94 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||
| Toplota fuzije | 6,20 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Toplota isparavanja | 400 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Mol. topl. kapacitet | 27,11 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||
Napon pare (ekstrapolisano)
| |||||||||||||||||||||||
| Atomska svojstva | |||||||||||||||||||||||
| Elektronegativnost | 1,10 | ||||||||||||||||||||||
| Energije jonizacije | 1: 538,1 kJ/mol 2: 1067 kJ/mol 3: 1850,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||
| Atomski radijus | 187 pm | ||||||||||||||||||||||
| Kovalentni radijus | 207±8 pm | ||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||
| Ostalo | |||||||||||||||||||||||
| Kristalna struktura | dupla zbijena heksagonalna (dHCP)  | ||||||||||||||||||||||
| Brzina zvuka tanak štap | 2475 m/s (na 20 °C) | ||||||||||||||||||||||
| Topl. širenje | α, poli: 12,1 µm/(m·K) (na s.t.) | ||||||||||||||||||||||
| Topl. vodljivost | 13,4 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||
| Električna otpornost | α, poli: 615 nΩ·m (na s.t.) | ||||||||||||||||||||||
| Magnetni raspored | paramagnetičan[3] | ||||||||||||||||||||||
| Magnetna susceptibilnost (χmol) | +118,0·10−6 cm3/mol (298 K)[4] | ||||||||||||||||||||||
| Jangov modul | α form: 36,6 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Modul smicanja | α form: 14,3 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Modul stišljivosti | α form: 27,9 GPa | ||||||||||||||||||||||
| Poasonov koeficijent | α form: 0,280 | ||||||||||||||||||||||
| Mosova tvrdoća | 2,5 | ||||||||||||||||||||||
| Vikersova tvrdoća | 360–1750 MPa | ||||||||||||||||||||||
| Brinelova tvrdoća | 350–400 MPa | ||||||||||||||||||||||
| CAS broj | 7439-91-0 | ||||||||||||||||||||||
| Istorija | |||||||||||||||||||||||
| Otkriće | Karl Gustaf Mosander (1838) | ||||||||||||||||||||||
| Glavni izotopi | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
Lantan (La, lat. lanthanum), lantanoid je iz IIIВ grupe sa atomskim brojem 57.[5][6] To je meki, duktilni, srebreno-sjajni beli metal koji vrlo brzo potamni kada se izloži vazduhu, a dovoljno je mek da se može rezati nožem. Po njemu je nazvana i serija lantanoida, grupa od 15 veoma sličnih hemijskih elemenata koji su u periodnom sistemu elemenata svrstani između lantana i lutecijuma. Ponekad se lantan smatra prvim elementom prelaznih metala 6. periode. Kao takav, gotovo uvek se pretpostavlja da ima oksidaciono stanje +3. Za njega nije poznata biološka funkcija i ne smatra se otrovnim za ljude.
Lantan je zastupljen u Zemljinoj kori u količini od 32 ppm. Najbitniji minerali lantana su: monacit (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO4 i dosta ređi mineral bastanezit (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO3F. Lantan se obično može naći u kombinaciji sa cerijumom i drugim retkim zemnim elementima. Prvi ga je pronašao švedski hemičar Karl Gustaf Mosander 1839. kao „nečistoću” u cerijum-nitratu, pa je stoga i njegovo ime lanthanum izvedeno iz grčkog λανθανειν (lantanein) u značenju „(onaj koji je) skriven”. Iako se on svrstava u retke zemne elemente, lantan je 28. element po rasprostranjenosti u Zemljinoj kori, odnosno ima ga oko tri puta manje od olova. U mineralima poput monacita i bastnesita, lantan sačinjava više od četvrtine sadržaja lantanoida u njima. Iz ovih minerala, on se izdvaja koristeći kompleksni višestepeni proces ekstrakcije. Zbog složenosti tih procesa, čisti metalni lantan nije izolovan sve do 1923. godine.
Jedinjenja lantana imaju brojne načine primene kao što su katalizatori, dodaci u staklu, ugljenično osvetljenje za osvetljavanje studija i projekcije, elementi za paljenje u upaljačima i bakljama, elektronske katode, scintilatori, TIG elektrode (za lučno varenje u zaštitnoj atmosferi internog gasa) i druge. Lantan-karbonat je odobren za upotrebu u medicinske svrhe za lečenje zatajenja bubrega (hiperfosfatemija).
Istorija[uredi | uredi izvor]
Reč lantan izvedena je iz grčkog λανθανω (lanthanō doslovno koji leži skriven). Lantan je 1839. otkrio švedski hemičar Karl Gustaf Mosander koji je delimično razložio uzorak cerijum nitrata, tako što ga je žario u prisustvu vazduha, a zatim je dobijeni oksid tretirao razblaženom azotnom kiselinom.[7] Iz nastalog taloga, izdvojio je jednu novu retku „zemlju” koju je nazvao lantana. Lantan u relativno čistom obliku dobijen je tek 1923. godine.[8]
Lantan je najbazičniji među svim trovalentnim lantanoidima, a to je bila i osobina koja je Mosanderu omogućila da izoluje i iščisti soli ovog elementa. Kiselinsko odvajanje koje se komercijalno sprovodi uključuje frakcijsko taloženje slabijih baza (poput didimija, smesa neodijuma i prazeodijuma) iz nitratnih rastvora dodavajući magnezijum oksid ili razblaženi gasoviti amonijak. Pročišćeni lantan preostaje u rastvoru. Međutim, kiselinske metode su pogodne samo za prečišćavanje lantana; didimijum ne može biti efikasan u daljnjem odvajanju na ovaj način. Alternativne tehnike frakcijske kristalizacije izmislio je Dmitrij Mendeljejev u obliku dvostrukog amonijum-nitrat tetrahidrata, koji je on koristio za odvajanje slabije rastvorljivog lantana od više rastvorljivog didimijuma tokom 1870-ih. Ovaj sistem se komercijalno koristio u pročišćavanju lantana sve do razvoja praktičnih metoda izdvajanja rastvora koje su počele kasnih 1950-ih. Detaljan proces korišćenja dvostrukih amonijum nitrata kojim bi se dobio 99,99% čisti lantan, koncentrisao neodijum i prazeodijum predstavio je Kalou 1967. u vreme kada je taj proces već bio prevaziđen. Kako je korišten za prečišćavanje lantana, dvostruki amonijum nitrati su rekristalizovani iz vode. Kasnije je Karl Auer za odvajanje od didimijuma počeo da koristi azotnu kiselinu kao rastvarač da bi smanjio rastvorljivost sistema. Lantan se relativno lako pročišćava, jer ima samo jedan susedni lantanoid, cerijum, koji se i sam lako uklanja zbog svoje potencijalne tetravalentnosti.
Pročišćavanje lantana frakcijskom kristalizacijom u vidu dvostrukog amonijum nitrata bilo je dovoljno efikasno i brzo, tako da lantan dobijen na ovaj način nije bio skup. Hemijsko odeljenje Lindsi američke korporacije Potaš i Hemikal, jedno vreme najveći proizvođač retkih zemnih metala na svetu, objavilo je cenovnik 1. oktobra 1958. u kojem je 99,9-postotni lantan amonijum nitrat (sa udelom oksida 29%) koštao 3,15$ po funti, odnosno 1,93$ po funti u pakovanju od 50 funti (oko 25 kg). Odgovarajući oksid (nešto čistiji od 99,99%) koštao je 11,70$ odnosno 7,15$ po funti u dva količinska raspona. Cena za oksid najviše čistoće (99,997%) bila je 21,60$ i 13,20$, respektivno.
Osobine[uredi | uredi izvor]
Fizičke[uredi | uredi izvor]
Lantan ima heksagonalnu kristalnu strukturu pri sobnoj temperaturi. Pri 310 °C on menja kristalnu strukturu u kubnu površinski-centriranu. Porastom temperature na 865 °C ona se opet menja u kubnu prostorno-centriranu strukturu.[9] Lantan se vrlo lako može oksidovati. Na primer uzorak veličine jednog centimetra će u potpunosti oksidovati za manje od jedne godine.[10] Zbog toga on se u elementarnom obliku koristi samo u istraživačke svrhe. Naučnicima je uspelo da izoluju pojedinačne atome lantana tako što su ih umetnuli u molekule fulerena.[11] Kada se ugljične nanocevi napune takvim atomima lantana u fulerenu i zatim se užare, dobijaju se metalni nanolanci lantana unutar ugljeničnih nanocevi.[12]
Hemijske[uredi | uredi izvor]
Lantan iskazuje dva oksidaciona stanja: +3 i +2, ali je stanje +3 mnogo stabilnije. Na primer, LaH3 je znatno stabilniji od LaH2.[8] Lantan vrlo lako gori pri 150 °C gradeći lantan(III) oksid:
- 4 La + 3 O2 → 2 La2O3
Međutim, ako se izloži vlažnom vazduhu pri sobnoj temperaturi, lantan oksiduje gradeći hidratni oksid znatno povećavajući zapreminu.[8] Lantan je poprilično elektropozitivan, reagujući sporo u hladnoj vodi a znatno brži u vrućoj dajući lantan hidroksid:
- 2 La (č) + 6 H2O (t) → 2 La(OH)3 (t) + 3 H2 (g)
Metalni lantan reaguje sa svim halogenim. Reakcija je veoma burna ako se odvija na temperaturi iznad 200 °C:
- 2 La (č) + 3 F2 (g) → 2 LaF3 (č)
- 2 La (č) + 3 Cl2 (g) → 2 LaCl3 (č)
- 2 La (č) + 3 Br2 (g) → 2 LaBr3 (č)
- 2 La (č) + 3 I2 (g) → 2 LaI3 (č)
U razblaženoj sumpornoj kiselini, lantan lako gradi rastvore koji sadrže jone La(III) a koji postoje u vidu koordinacijskih kompleksa [La(OH2)9]3+:[13]
- 2 La (č) + 3 H2SO4 (t) → 2 La3+ (t) + 3 SO2−
4 (t) + 3 H2 (g)
Lantan se veže sa azotom, ugljenikom, sumporom, fosforom, borom, selenom, silicijumom i arsenom pri povišenim temperaturama, gradeći binarna jedinjenja.[8] Elektronska konfiguracija bezbojnog jona La3+ jon je [Xe] 4f0.[14]
Izotopi[uredi | uredi izvor]
Prirodno rasprostranjeni lantan sastavljen je iz jednog stabilnog (139La) i jednog radioaktivnog (138La) izotopa, ali je 139La neuporedivo više zastupljen (99,91% prirodne zastupljenosti). Osim stabilnog, postoji ukupno 38 radioaktivnih izotopa, među kojim je najstabilniji prirodni 138La sa vremenom poluraspada od 1,05×1011 godina (105 milijardi). Nakon njega sledi izotop 137La sa vremenom poluraspada od 60 hiljada godina. Većina ostalih radioizotopa imaju vremena poluraspada kraća od 24 sata, a među njima vrlo mali broj se raspada duže od jedne minute. Ovaj element ima i tri meta-stabilna stanja. Raspon izotopa lantana prema atomskim masama kreće se od 117 u (117La) do 155 u (155La).
Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]
Iako lantan pripada elementima iz grupe zvane retki zemni metali, on uopšte nije tako redak u Zemljinoj kori. Lantan je dostupan u relativno velikim količinama (32 ppm u kori). „Retke zemlje” su dobile takav naziv jer su zaista retke u poređenju sa „uobičajenim zemljama” (materijalima) poput krečnjaka ili magnezije, te je u istorijskom aspektu bilo poznato samo nekoliko njihovih nalazišta. Lantan se ipak uzima kao retki zemni metal jer je proces njegovog iskopavanja i izdvajanja vrlo težak, kako vremenski tako i novčano.[8]
Monacit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4 i bastnesit (Ce, La, Y)CO3F su glavne rude u kojima je sadržan lantan, u postocima između 25 i 38 od ukupnog sadržaja lantanoida u njima. Generalno, lantana ima više u bastnesitu nego u monacitu. Sve do 1949. bastnesit je bio vrlo redak i neobičan mineral, a čak ni u najopskurnijim teorijama nije se moglo naslutiti da je potencijalni komercijalno isplativ izvor lantanoida. Te godine, otkriveno je veoma veliko nalazište retkih zemnih metala na Mautin Pasu u Kaliforniji. Ovo otkriće dalo je naznaku geolozima o postojanju nove klase depozita retkih zemalja, karbonatita, te su uskoro pronađeni novi uzorci, naročito u Africi i Kini.
Napomene[uredi | uredi izvor]
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ IUPAC 18 December 2015
- ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Lide, D. R., ur. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Arhivirano iz originala 03. 03. 2011. g. Pristupljeno 14. 01. 2021.
- ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ Pogledajte:
- (Berzelius) (1839) "Nouveau métal" (Novi metal), Comptes rendus, 8: str. 356-357.
- (Berzelius) (1839) "Latanium — a new metal," Philosophical Magazine, new series, 14 : str. 390-391.
- ^ a b v g d Patnaik Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. str. 444—446. ISBN 0-07-049439-8. Pristupljeno 6. 6. 2009.
- ^ C. R. Hammond (2000). "The Elements", u: Handbook of Chemistry and Physics (81 izd.). CRC press. ISBN 0-8493-0481-4.
- ^ „Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test”. Pristupljeno 8. 8. 2009.
- ^ Tsuchiya Takahiro; Kumashiro Ryotaro; Tanigaki Katsumi; et al. (2008). „Nanorods of Endohedral Metallofullerene Derivative”. Journal of the American Chemical Society. 130 (2): 450—451. ISSN 0002-7863. PMID 18095695. doi:10.1021/ja710396n.
- ^ Guan Lunhui; Suenaga Kazu; Okubo Shingo; et al. (2008). „Metallic Wires of Lanthanum Atoms Inside Carbon Nanotubes”. Journal of the American Chemical Society. 130 (7): 2162—2163. ISSN 0002-7863. PMID 18225905. doi:10.1021/ja7103069.
- ^ „Chemical reactions of Lanthanum”. Webelements. Pristupljeno 6. 6. 2009.
- ^ Aspinall Helen C. Chemistry of the f-Block Elements. Gordon and Breach Science Publishers. ISBN 90-5699-333-X.
<ref> oznaka „patnaik” definisana u <references> grupi „” nema sadržaja.Literatura[uredi | uredi izvor]
- The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium, by R. J. Callow, Pergamon Press, 1967
- Extractive Metallurgy of Rare Earths, by C. K. Gupta and N. Krishnamurthy, CRC Press, 2005
- Nouveau Traite de Chimie Minerale, Vol. VII. Scandium, Yttrium, Elements des Terres Rares, Actinium, P. Pascal, Editor, Masson & Cie, 1959
- Chemistry of the Lanthanons, by R. C. Vickery, Butterworths 1953
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Hudson Institute of Mineralogy (1993—2018). „Mindat.org”. www.mindat.org. Pristupljeno 14. 1. 2018.
