Lantaani

Lantaani (lat. lanthanum) on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on La ja järjestysluku 57. Se on hopeanvalkoinen lantanoideihin kuuluva metallinen alkuaine, jota löytyy joistain harvinaisista maametallimineraaleista. Tiheys on 6,146 g/cm3. Sulamispiste on 1 193 K (920 °C) ja kiehumispiste on 3 730 K (3 457 °C).

Barium ← Lantaani → Cerium
-
↑
La
↓
Ac  
 
 


Yleistä
NimiLantaani
TunnusLa
Järjestysluku57
Luokkalantanoidit
Lohkod
Ryhmä3, siirtymäalkuaine
Jakso6
Tiheys6,162 · 103 kg/m3
Kovuus- (Mohsin asteikko)
Värihopean valkoinen
Löytövuosi, löytäjä1839, C. G. Mosander
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)138,90547[1]
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)195 pm
Kovalenttisäde169 pm
Van der Waalsin säde- pm
Orbitaalirakenne[Xe] 5d16s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 18, 9, 2
Hapetusluvut+III
Kiderakenneheksagonaalinen tiivispakkaus (HCP)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuotokiinteä
Sulamispiste1 193 K (920 °C)
Kiehumispiste3 730 K (3 457 °C)
Höyrystymislämpö420,1 kJ/mol
Sulamislämpö6,20 kJ/mol
Äänen nopeus2 475 m/s 293,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus1,1 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti0,195 kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus1.6×106 S/m
CAS-numero7439-91-0
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Ominaisuudet
Lantaania

Fysikaaliset ominaisuudet

Lantaani on hopeinen metalli, joka on suhteellisen pehmeää. Sen kiderakenne on heksagonaalinen tiivispakkaus.[2]

Isotoopit

Luonnollisesti esiintyvä lantaani koostuu yhdestä stabiilista isotoopista (139La) ja yhdestä radioaktiivisesta isotoopista (138La), joista 139La:ta esiintyy runsaiten (99,9119 %).[3] Lantaanille on löydetty 38 radioisotooppia, joista stabiilein on 138La, jonka puoliintumisaika on 1,02 · 1011 vuotta.[3] Seuraavaksi pysyvin on 137La, jonka puoliintumisaika on 60 000 vuotta. Useimpien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle 24 tuntia.

Kemialliset ominaisuudet

Lantaani on melko elektropositiivinen alkuaine. Lantaani tummentuu ilman vaikutuksesta nopeasti muodostaen suojaavan oksidikerroksen. Lantaani palaa helposti muodostaen lantaanioksidia La2O3. Lantaani reagoi myös halogeenien ja useimpien muiden epämetallien kanssa lämmitettäessä. Lantaani liukenee happoihin. Lantaanin tärkein hapetusaste on +III.[4]

Yhdisteet

Lantaani muodostaa helposti hapen kanssa oksidin La2O3. Lantaanihydroksidia La(OH)3 tavataan emäksisissä vesiliuoksissa. Lantaani muodostaa vesiliukoisia halidiyhdisteitä. Lantaanin erikoisuus on muodostaa tuplanitraatti, jota voidaan hyödyntää jakokiteytyksissä, kun lantanoideja pyritään erottamaan toisistaan. Vedyn kanssa reagoidessaan lantaani muodostaa lantaanidihydridiä.[5]

Lantaani muodostaa suhteellisen heikkoja komplekseja, mikä johtuu kohtalaisen suuresta ionisäteestä. Lantaani muodostaa usein komplekseja korkeimmilla koordinaatioluvuilla (yli 6). Lantaanille on muodostettu myös organometalliyhdisteitä. Yleensä ligandina toimii syklopentadieeni ja sen johdannaiset.[6]

Historia

Lantaanin löysi ruotsalainen kemisti Carl Gustav Mosander ceriumoksidista vuonna 1839. Lantaani nimettiin kreikan kielen λανθανω lanthanein mukaan, joka tarkoittaa pakoilla tai piilossa olemista.[7] Lantaani eristettiin lähestulkoon puhtaassa muodossa 1923.[8]

Esiintyminen

Tärkeimmät lähteet lantaanille ovat bastnasiitti ja monatsiitti, jotka sisältävät suurimmalta osin ceriumia. Monatsiitti on melko yleistä, mutta on yleensä sekoittunut muihin malmeihin. Bastnasiitin tärkein lähde on Sierra Nevada Yhdysvalloissa. Kiinasta on löytynyt suuria bastnasiittilähteitä. Lantaani on kohtalaisen yleistä maan kuoressa (35 ppm).[7][9]

Eristys ja valmistus

Lantanoidien erottaminen tapahtuu poistamalla ensin torium liuottamalla monatsiitti natriumhydroksidilla ja erottamalla veden avulla sieltä oksidit. Laskettaessa happamuutta suolahapon avulla erottuu toriumoksidi. Radium poistetaan tästä seoksesta lisäämällä bariumkloridia ja lantanoidien sulfaattia, jolloin radium erottuu sulfaattina ja lantanoidit erottuvat klorideina. Bastnasiitista lantanoidit voidaan erottaa liuottamalla ensin se suolahappoon, jolloin kalsiumkarbonaatti poistuu. Tämän jälkeen seos voidaan käsitellä 1 200 °C:ssa hiilen ja kloorikaasun kanssa, jolloin syntyy lantanoidikloridiseos. Toinen vaihtoehto on hapettaa ilman kanssa malmi ja erottaa suolahapon avulla ceriumoksidi, jolloin jäljelle jää lantanoidikloridiseos.[10]

Lantaani voidaan erottaa seoksesta jakokiteytyksen avulla. Toinen mahdollisuus on käyttää erotusta, jossa hyödynnetään lantanoidien eri atomipainoja, kun käytetään nitraatti- ja tri-n-butyylifosfaattiliuoksia. Suurin pitoisuus saadaan, kun käytetään ioninvaihtomenetelmää, jossa hyödynnetään EDTA:n ammoniumsuoloja.[10]

Käyttö

Lantaanioksidia käytetään korkealaatuisissa optisissa laseissa, koska sillä on korkea taitekerroin[11], mikä auttaa minimoimaan hajaheijastumia kameroiden linsseissä, kaksiteholaseissa ja mikroskoopeissa. Digitaalikameran linssissä lantaanin osuus optisessa lasissa saattaa olla jopa 30 prosenttia, minkä lisäksi lantaania saattaa olla myös linssin hajaheijastuksia estävissä pinnoitteissa.[12]

Lantaania voidaan käyttää mischmetalleissa, joita käytetään muun muassa sytyttimissä. Lantaania käytetään yleisesti eri lejeeringeissä lisäämään materiaalin kestävyyttä ja muokattavuutta.[11][2]

Lantaani-nikkeli-metalliyhdiste sopii vedyn varastointiin huoneenlämmössä ja matalassa paineessa.[13]

Lähteet
  • N. N. Greenwood & A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. 2. painos. Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9. (englanniksi)
  • Harri Eskelinen, Sami Karsikas: Vihreän teknologian näkökulmat konstruktiomateriaalien valinnassa. 1. painos. Lappeenranta: LUT Scientific and Expertise Publications, 2013. ISBN 978-952-265-457-1. (suomeksi)

Viitteet
  1. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  2. Greenwood & Earnshaw s. 1232
  3. Lanthanum Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 8.1.2018. (englanniksi)
  4. Greenwood & Earnshaw s. 946–948
  5. Greenwood & Earnshaw s. 949
  6. Greenwood & Earnshaw s. 950–953
  7. Greenwood & Earnshaw s. 1229
  8. Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. ss. 444–446. ISBN 0-07-049439-8.
  9. Greenwood & Earnshaw s. 945
  10. Greenwood & Earnshaw s. 1230–1231
  11. Greenwood & Earnshaw s. 946
  12. Eskelinen, Karsikas s. 187
  13. Lanthanum nickel hydride-hydrogen/metal oxide cell google.com. Viitattu 30.11.2015.

    Aiheesta muualla
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.