Lanthan

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)
Normalpotential	-2,522 V (La3+ + 3e- → La)
Elektronegativität	1,1 (Pauling-Skala)
1. Ionisierungsenergie	538,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1067 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	1850,3 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	4819 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	-
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte (Mohshärte)	6146 kg/m3 (2,5)
Magnetismus	-
Schmelzpunkt	1193 K (920 °C)
Siedepunkt	3730 K (3457 °C)
Molares Volumen	22,39 · 10-6 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)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 135La {syn.} 19,5 h ε 1,200 135Ba 136La {syn.} 9,87 min ε 2,870 136Ba 137La {syn.} 60.000 a ε 0,600 137Ba 138La 0,09 % 1,05·1011a ε β- 1,737 1,044 138Ba 138Ce 139La 99,91 % La ist stabil mit 82 Neutronen 140La {syn.} 1,6781 d β- 3,762 140Ce 141La {syn.} 3,92 h β- 2,502 141Ce
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.

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.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte 2 Vorkommen 3 Gewinnung/Darstellung 4 Eigenschaften 4.1 Reaktionsverhalten 5 Isotope 6 Verbindungen 7 Verwendung 8 Biologische Bedeutung 9 Sicherheitshinweise 10 Nachweis 11 Literatur 12 Wiki/Weblinks

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 erfolgt 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 → LaH_2n ; 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)

Als Lanthancarbonat: Medikament zur Senkung des Phosphatspiegels bei Dialysepatienten (sog. Phosphatbinder)

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