Lanthan
| Eigenschaften | ||||||||||||||||
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| Allgemein | ||||||||||||||||
| Name, Symbol, Ordnungszahl | Lanthan, La, 57 | |||||||||||||||
| Elementkategorie | Übergangsmetalle | |||||||||||||||
| Gruppe, Periode, Block | 3, 6, d | |||||||||||||||
| Aussehen | silbrig weiß | |||||||||||||||
| CAS-Nummer |
7439-91-0 | |||||||||||||||
| Massenanteil an der Erdhülle | 17 ppm[1] | |||||||||||||||
| Atomar[2] | ||||||||||||||||
| Atommasse | 138,9055 u | |||||||||||||||
| Atomradius | 195 pm | |||||||||||||||
| Kovalenter Radius | 207 pm | |||||||||||||||
| Elektronenkonfiguration | [Xe] 5d16s2 | |||||||||||||||
| 1. Ionisierungsenergie | 538,1 | |||||||||||||||
| 2. Ionisierungsenergie | 1067 | |||||||||||||||
| 3. Ionisierungsenergie | 1850,3 | |||||||||||||||
| Physikalisch[2] | ||||||||||||||||
| Aggregatzustand | fest | |||||||||||||||
| Modifikationen | 3 | |||||||||||||||
| Kristallstruktur | hexagonal | |||||||||||||||
| Dichte | 6,17 g/cm3(20 °C)[3] | |||||||||||||||
| Mohshärte | 2,5 | |||||||||||||||
| Schmelzpunkt | 1193 K (920 °C) | |||||||||||||||
| Siedepunkt | 3743 (3470 °C) | |||||||||||||||
| Molares Volumen | 22,39 · 10−6 m3·mol−1 | |||||||||||||||
| Verdampfungsenthalpie | 400 | |||||||||||||||
| Schmelzenthalpie | 6,2 kJ·mol−1 | |||||||||||||||
| Schallgeschwindigkeit | 2475 m·s−1 | |||||||||||||||
| Elektrische Leitfähigkeit | 1,626 · 106 S·m−1 | |||||||||||||||
| Wärmeleitfähigkeit | 13 W·m−1·K−1 | |||||||||||||||
| Chemisch[2] | ||||||||||||||||
| Oxidationszustände | 3 | |||||||||||||||
| Normalpotential | −2,38 V (La3+ + 3e− → La) | |||||||||||||||
| Elektronegativität | 1,1 (Pauling-Skala) | |||||||||||||||
| Isotope | ||||||||||||||||
| Weitere Isotope siehe Liste der Isotope | ||||||||||||||||
| NMR-Eigenschaften | ||||||||||||||||
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| Sicherheitshinweise | ||||||||||||||||
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| Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | ||||||||||||||||
Lanthan [] ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol La und der Ordnungszahl 57. Lanthan gehört zur Gruppe der Lanthanoide (veraltet Lanthanide), deren Namensgeber es ist. Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.
Geschichte
Lanthan (griech. λανθάνειν, lanthanein, „versteckt sein“) wurde 1839 von Carl Gustav Mosander entdeckt. Aus einem vermeintlich reinen Cernitrat gewann er durch fraktionierte Kristallisation Lanthansulfat.
Vorkommen
Lanthan kommt natürlich nur in chemischen Verbindungen vergesellschaftet mit anderen Lanthanoiden in verschiedenen Mineralien vor. Hauptsächlich sind dies:
Gewinnung und Darstellung
Nach einer aufwendigen Abtrennung der anderen Lanthanbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Lanthanfluorid umgesetzt. Anschließend wird dieses mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Lanthan reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.
Eigenschaften
Das silberweiß glänzende Metall ist hämmerbar und duktil. Es existieren drei metallische Modifikationen.
Chemische Eigenschaften
Lanthan ist unedel. Es überzieht sich an der Luft rasch mit einer weißen Oxidschicht, die in feuchter Luft zum Hydroxid weiterreagiert.
- Lanthan reagiert mit dem Sauerstoff der Luft zu Lanthanoxid, mit Wasser weiter zu Lanthanhydroxid.
Bei Temperaturen oberhalb von 440 °C verbrennt Lanthan zu Lanthanoxid (La2O3). Unter Bildung von Wasserstoff erfolgt in kaltem Wasser eine langsame, in warmen Wasser eine rasche Reaktion zum Hydroxid.
- Lanthan in Wasser erzeugt Lanthanhydroxid und Wasserstoff.
In verdünnten Säuren löst sich Lanthan unter Wasserstoffentwicklung auf.
- Lanthan und Schwefelsäure reagieren zu Lanthansulfat und Wasserstoff.
Mit vielen Elementen reagiert es in der Wärme direkt, mit Halogenen schon bei Raumtemperatur. Lanthan und Wasserstoff bilden ein schwarzes, wasserempfindliches unstöchiometrisches Hydrid.
Verwendung
Lanthan ist Bestandteil im Mischmetall. Pyrophore Werkstoffe für Zündsteine enthalten 25 bis 45 Gewichtsprozent Lanthan. Darüber hinaus findet es Verwendung als Reduktionsmittel in der Metallurgie. Als Gusseisenzusatz unterstützt es die Bildung von Kugelgraphit, als Legierungszusatz bewirkt es eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit. Lanthanbeimengungen reduzieren die Härte und Temperaturempfindlichkeit von Molybdän.
Katalysatoren zum Cracken von Petroleum und Benzin beinhalten zum Teil Lanthan. Die hierfür eingesetzten Mengen sind jedoch rückläufig. Hochwertige Kathoden zur Erzeugung von freien Elektronen bestehen aus Lanthanborid (LaB6) als Ersatz für Wolframdraht. Hochreines Lanthanoxid wird in der Glasindustrie zur Herstellung hochwertiger Gläser mit hohem Brechungsindex für die Optik z. B. für Kameralinsen benutzt.
Als Legierungsmetall
- mit Cobalt:
Die Cobalt-Lanthan-Legierung LaCo5 wird als Magnetwerkstoff, lanthandotiertes Bariumtitanat zur Herstellung von Kaltleitern (temperaturabhängige Widerstände) verwendet. In Verbindung mit Cobalt, Eisen, Mangan, Strontium u. a. dient es als Kathode für Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC). „Verunreinigtes“ Lanthan-Nickel (LaNi5) findet als Wasserstoffspeicher in Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren Verwendung. Als Zusatz kommt es in Kohlelichtbogenlampen zur Studiobeleuchtung und in Filmvorführanlagen (historische Anwendung?) vor.
- mit Titan:
Einem Legierungsmetall mit Materialzusammensetzungen aus Lanthan und Titan wird die Wirkung zugeschrieben, dass bei spanbildender Verarbeitung die Spanlänge reduziert wird. Dadurch soll die Bearbeitung des Metalls erleichtert werden.
Im Bereich der Medizin werden aus dem Legierungsmetall korrosionsbeständige und gut sterilisierbare Instrumente hergestellt. Diese Metalllegierung mit Titan soll für Werkzeuge und Apparate für chirurgische Eingriffe besonders gut geeignet sein, da die Allergie-Neigung bei Verwendung derartiger Metalllegierung mit Titan im Verhältnis zu anderen Legierungen gering sein soll.
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 (Verbesserung der Laugenbeständigkeit, „spülmaschinenfest“)
- Herstellung keramischer Kondensatormassen und silikatfreier Gläser
- Bestandteil von Glaspoliermitteln
- Herstellung von Glühkathoden für Elektronenröhren (auch Lanthanboride)
Als Lanthancarbonat:
- Medikament zur Senkung des Phosphatspiegels bei Dialysepatienten (sog. Phosphatbinder)
Biologische Bedeutung
Lanthan hat vielleicht eine biologische Funktion. So soll Lanthan angeblich zu Wachstumssteigerung von Pflanzen führen.
Sicherheitshinweise
Lanthan wird als wenig toxisch eingestuft. Eine toxische Dosis ist bisher unbekannt. Jedoch gilt Lanthan - Pulver als stark ätzend weil es sehr leicht durch z.B. Haut-Feuchtigkeit zu basischem Lanthanhydroxid reagiert (ähnlich dem Element Calcium und Strontium. Die letale Dosis beträgt bei Ratten 720mg. [5]
Verbindungen
In Verbindungen liegt Lanthan als farbloses La3+ vor.
Einzelnachweise
- ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3
- ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Lanthan) entnommen.
- ↑ N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, 1988, S. 1219, ISBN 3-527-26169-9.
- ↑ Eintrag zu Lanthan in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
- ↑ Lucien F. Trueb: Die chemischen Elemente, Ein Streifzug durch das Periodensystem, S. Hirzel Verlag Stuttgart/Leipzig 1996, ISBN 3-7776-0674-X Referenzfehler: Ungültiger Parameter in
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