Lanthan

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

[Xe]5d¹6s²

139

57

La

Periodensystem

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

fest

-

6146 kg/m³ (2,5)

-

1193 K (920 °C)

3730 K (3457 °C)

22,39 · 10^-3 m³/mol

414 kJ/mol

6,2 kJ/mol

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	t_1/2	ZM	ZE M eV	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 M Hz	28,3 M Hz

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 :

Monazit (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄
Bastnäsit (Ce, La, Y)CO₃F

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

Lanthan und Wasserstoff bildet schwarzes, wasserempfindliches unstöchiometrisches Hydrid:
La + n H₂ → LaH_2n ; 1 < n < 1,5
Lanthan und Luft zum Oxid:
2 La + 3 O₂ → La₂O₃
Lanthan und Wasser zum Hydroxid :
2 La + 6 H₂O → 2 La(OH)₃ + 3 H₂
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

Wiki/Weblinks

http://seltenerden.de?arg=zoom&element=La&art=120&linkid=wiki-La
http://www.pniok.de/la.htm Bild in der Sammlung von Heinrich Pniok