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Lanthan

chemisches Element mit dem Symbol La und der Ordnungszahl 57
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Lanthan ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol La und der Ordnungszahl 57. Obwohl die Gruppenbezeichnung Lanthanoide vom Lanthan abgeleitet ist, gehört es ungeachtet ähnlicher Eigenschaften nicht zu ihnen. Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.

Eigenschaften
Barium - Lanthan - Cer
Y
La
Ac  
 
 
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Lanthan, La, 57
Serie Lanthanide
Gruppe, Periode, Block 3, 6, f
Aussehen silbrig weiß
Massenanteil an der Erdhülle 2 · 10-3 %
Atomar
Atommasse 138,9055
Atomradius (berechnet) 195 (-) pm
Kovalenter Radius 169 pm
van der Waals-Radius -
Elektronenkonfiguration [Xe]5d16s2
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 18, 9, 2
Oxidationszustände (Oxide) 3 (stark basisch)
Elektronegativität 1,1 (Pauling-Skala)
Normalpotential -2,522 V (La3+ + 3e- → La)
Kristallstruktur hexagonal
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Modifikationen -
Dichte (Mohshärte) 6146 kg/m3 (2,5)
Magnetismus -
Schmelzpunkt 1193 K (920 °C)
Siedepunkt 3730 K (3457 °C)
Molares Volumen 22,39 · 10-3 m3/mol
Verdampfungswärme 414 kJ/mol
Schmelzwärme 6,2 kJ/mol
Dampfdruck 1,33 · 10-7 Pa bei 1193 K
Schallgeschwindigkeit 2475 m/s bei 293,15 K
Verschiedenes
Spezifische Wärmekapazität 190 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 1,26 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 13,5 W/(m · K)
1. Ionisierungsenergie 538,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1067 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 1850,3 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 4819 kJ/mol
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
137La {syn.} 60.000 a e--Einfang 0,600 137Ba
138La 0,09 % 1,05 · 1011 a e--Einfang 1,737 138Ba
138La 0,09 % 1,05 · 1011 a β- 1,044 138Ce
139La 99,91 % La ist stabil mit 82 Neutronen
NMR-Eigenschaften
138La 139La
Kernspin 5 7/2
gamma / rad/T 3,529 · 107 3,779 · 107
Empfindlichkeit 0,0919 0,0592
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T 26,4 MHz 28,3 MHz
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Geschichte

Lanthan (griechisch lanthanein für versteckt) wurde 1839 von Carl Gustav Mosander entdeckt. Aus einem vermeintlich reinem Cernitrat gewann er durch fraktionierte Kristallisation Lanthansulfat.

Vorkommen

Lanthan kommt natürlich nur in chemischen Verbindungen vergesellschaftet mit anderen Lanthaniden, vorzugsweise Mineralien vor. Hauptsächlich sind dies :

Gewinnung/Darstellung

Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Lanthanbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Lanthanfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Lanthan reduziert. Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgen in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Eigenschaften

Das silberweiß glänzende Metall ist hämmerbar und duktil. Es existieren drei metallische Modifikationen.
An der Luft ist es recht unedel. Es überzieht sich rasch mit einer weißen Oxidschicht, die in feuchter Luft zum Hydroxid weiterreagiert. Bei Temperaturen oberhalb von 440 °C verbrennt Lanthan zu Lanthanoxid La2O3. Unter Bildung von Wasserstoff erfolgt in kaltem Wasser langsame, in warmen Wasser wesentlich schnellere Reaktion zum Hydroxid. In verdünnten Säuren löst sich Lanthan unter Wasserstoffentwicklung auf.
Mit vielen Elementen reagiert es in der Wärme direkt, mit Halogenen schon bei Raumtemperatur.
In Verbindungen liegt Lanthan als farbloses La3+ vor.

Reaktionsverhalten

  1. Lanthan und Wasserstoff bildet schwarzes, wasserempfindliches unstöchiometrisches Hydrid:
    La + n H2 → LaH2n ; 1 < n < 1,5
  2. Lanthan und Luft zum Oxid:
    2 La + 3 O2 → La2O3
  3. Lanthan und Wasser zum Hydroxid :
    2 La + 6 H2O → 2 La(OH)3 + 3 H2
  4. Lanthanoxid und Wasser zum Hydroxid:
    La2O3 + 3 H2O → 2 La(OH)3
    In der Wärme verschiebt sich das Gleichgewicht auf die linke Seite.

Isotope

Verbindungen

  • Lanthanoxid (Verbesserung der Laugenbeständigkeit von Gläsern, Tiegelmaterial). Es lässt sich wie gebrannter Kalk mit Wasser zum Lanthanhydroxid La(OH)3 umsetzten.

Verwendung

  • Bestandteil im Mischmetall. Pyrophore Werkstoffe für Zündsteine enthalten 25 bis 45 % Lanthan
  • Reduktionsmittel in der Metallurgie
  • Gusseisenzusatz. Unterstützt Bildung von Kugelgrafit
  • Legierungszusatz zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit
  • Lanthanzusatz reduziert Härte und Temperaturempfindlichkeit von Molybdänmetall
  • Katalysatoren zum Cracken von Petroleum und Benzin (rückläufig)
  • Hochwertige Kathoden aus Lanthanborid LB6 (Ersatz für Wolframdraht) zur Erzeugung von freien Elektronen
  • Cobalt-Lanthan-Legierung LaCo5 als Magentwerkstoff
  • Lanthandotiertes Bariumtitanat zur Herstellung von Varistoren (temperaturabhängige Widerstände)
  • "verunreinigtes" Lanthan-Nickel LaNi5 als Wasserstoffspeicher in Nickel-Metallhydrid Akkus.
  • Zusatz in Kohlen-Lichtbogenlampen zur Studiobeleuchtung und in Filmvorführanlagen (historische Anwendung?)

Als Lanthanoxid:

  • Herstellung von Gläsern mit vergleichsweise hoher Brechzahl, die sich wiederum nur wenig mit der Wellenlänge ändert (geringe Dispersion), für Kameras, Teleskoplinsen und für Brillengläser
  • Herstellung von Kristallglas und Porzellanglasuren. Es ersetzt giftigere Bleiverbindungen unter gleichzeitiger Verbesserung der chemischen Beständigkeit (spülmaschinenfest)
  • Herstellung keramischer Kondensatormassen und silicatfreier Gläser
  • Bestandteil von Glaspoliermitteln
  • Herstellung von Elektronenröhren (auch Lanthanboride)

Biologische Bedeutung

Lanthan hat keine biologische Funktion.

Sicherheitshinweise

Lanthan ist schwach giftig und sollte mit Vorsicht gehandhabt werden.

Nachweis

Literatur

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