Lantano (Lanthanum, La) cheminio elemento numeris 57 periodinėje lentelėje.

Ši „šeima“ tarp cheminių elementų užima ypatingą vietą, kurią jungia išskirtinis savybių panašumas. Jų pasenęs pavadinimas yra retųjų žemių elementai (REE). Susidomėjimas jais gerokai išaugo paleidus pirmuosius branduolinius reaktorius, kurių veikimo metu šie elementai susidaro kaip šalutiniai produktai.

Šis elementas labai ilgą laiką buvo slepiamas nuo smalsių chemikų, dėl kurių jis gavo pavadinimą lantanas („lantano“ graikiškai „slepiu“, „slepiu“). Jį 1839 m. atrado švedų chemikas Mozanderis. Daugiau nei šimtą metų lantanas buvo sunkiai gaunamas elementas ne tik pramonei, bet ir chemijos laboratorijai. Grynas lantanas (ir jo junginiai) buvo gautas tik po to, kai 1903 m. rusų mokslininko M. S. Cveto sukurta vadinamoji chromatografinė analizė tvirtai įsitvirtino laboratorijų ir pramonės įmonių praktikoje.

Šio metodo esmė bendrais bruožais yra tokia. Tiriamasis tirpalas perleidžiamas per mėgintuvėlį, užpildytą nespalvota miltelių arba smulkiagrūdė medžiaga, kuri savo paviršiuje gali sulaikyti (adsorbuoti) kitų medžiagų daleles.

Į mišinį įtrauktos medžiagos, priklausomai nuo jų adsorbcijos laipsnio absorberio (adsorbento) paviršiuje, vamzdyje (stulpelyje) bus skirtinguose jo aukščio lygiuose. Jei tirpalas susideda iš spalvotų medžiagų mišinio (savo laiku su tokiais tirpalais dirbo MS Tsvet), tai dėl skirtingo adsorbingumo jie sulaikomi skirtingose ​​adsorbento dalyse, nuspalvindami jį atitinkamai medžiagai. .

Taigi mišinio komponentai yra atskirti. Adsorbento masė per visą vamzdelio ilgį, atsižvelgiant į sulaikytos medžiagos spalvą, bus skirtingų spalvų arba skirtingų tos pačios spalvos atspalvių (priklausomai nuo mišinio komponentų spalvų). Gauta spalvoto adsorbento kolonėlė vadinama chromatograma (iš graikų kalbos „chromas“ – dažai, spalva ir „grafo“ – rašyti). Norint atskirti mišinio komponentus, adsorbento kolonėlė atsargiai pašalinama iš mėgintuvėlio ir padalinama į spalvų zonas. Kiekvienos spalvos zonos sudėtis nustatoma įprastiniais cheminės analizės metodais. Visiškai aišku, kad analizė nesukelia sunkumų, kai kiekvienoje zonoje yra tik viena medžiaga. Tačiau dažniausiai spalvoto adsorbento zonos viena nuo kitos nesiskiria taip smarkiai, kad jas būtų galima lengvai atskirti mechaniškai. Paprastai zonos sujungiamos ir palaipsniui virsta viena į kitą. Tokiais atvejais vamzdelis, kuriame yra adsorbentas su jame esančiomis medžiagomis, plaunamas specialiai parinktu tirpikliu, kuris skiriasi nuo adsorbuotų mišinio komponentų. Šis adsorbuotos medžiagos ištraukimo iš adsorbento būdas vadinamas eliuavimu (iš lotyniško „elucio“ – plovimas). Eliuacija leidžia panaudoti ne tik mišinio komponentų adsorbcijos skirtumą, bet ir jų tirpumą.

Lantanas ir jo junginiai turi labai didelių panašumų su daugeliu kitų elementų, labai panašių į lantaną.

Lantano „giminaičių“ skaičius yra žinomas. Iš lantano, kaip labiausiai ištirtų, yra 14, jie visi yra sujungti į vieną grupę, į vieną periodinės sistemos ląstelę, pavadintą lantanidų šeima.

Didelis lantanidų cheminių savybių panašumas yra susijęs su ypatinga šių elementų atomų elektronų apvalkalo struktūra, pradedant nuo lantano iki liutecio imtinai. Ši ypatinga struktūra lemia tai, kad didėjant elemento atominiam skaičiui, atomų spindulys nedidėja (lantanido suspaudimas). Šis reiškinys paaiškina tokį didelį cheminį visų lantanidų panašumą.

Kai buvo išskirtos grynos lantano druskos, gauti paties lantano nebebuvo sunku. Pavyzdžiui, lantano chlorido elektrolizės būdu buvo gautas metalinis lantanas, kuris savo chemine elgsena primena metalo kalcį. Lantanas savo kietumu panašus į alavo (tankis 6,2), jo lydymosi temperatūra tik 915-925°C, tačiau virimo temperatūra stebėtinai aukšta (4515°C). Kaip ir daugelis aktyvių metalų, jis skaido vandenį, gerai reaguoja su rūgštimis, o stipriai kaitinant - su chloru, siera ir kitais metaloidais, t.y. pasižymi tipiško metalo savybėmis.

Lantanas yra „savarankiškas“ metalas: sausame ore jis pasidengia plona oksido plėvele, kuri apsaugo jį nuo tolesnio oksidacijos. Tačiau tokia „apsauga“ atsiranda tik sausame ore, kuris susijungia su šia plėvele ir sudaro tvirtą pagrindą.

Mes ne kartą minėjome tokį svarbų metalą kaip aliuminis ir ypač atkreipėme dėmesį į jo gebėjimą degti išskiriant didelį šilumos kiekį. Šia reakcija pagrįsta daug įvairių procesų. Lantanas turi dar didesnę reakcijos su deguonimi šilumą. Kai tik jie išmoko gaminti lantaną dideliais kiekiais, jis pradėjo konkuruoti su aliuminiu metalurgijoje. Norint pašalinti deguonį iš skysto plieno, į jį dažnai įpilamas lantanas, o ne aliuminis. Tonai plieno reikia tik vieno kilogramo šio „deoksidatoriaus“, nes technologijoje vadinamos medžiagos, išlaisvinančios plieną iš deguonies. Šiuo būdu jau buvo apdorota milijonai tonų plieno ir teigiama, kad tai puikus būdas pagerinti jo kokybę.

Lantanas buvo gautas mišinyje su ceriu, kitu lantanidų šeimos nariu, maždaug 1:1 santykiu. Sulydžius šių metalų mišinį su geležimi, jie gavo... „titnagą“, kuris buvo plačiai naudojamas kišeniniuose žiebtuvėliuose. Žinoma, geležies-cerio-lantano „titnagas“ neturi nieko bendra su natūralaus akmens titnagu – silicio junginiu. Šis pavadinimas buvo suteiktas lydiniui dėl jo gebėjimo „kibirkštis“, kai į jį trinamas dantytas plieninis ratas. Šis gebėjimas buvo naudojamas ne tik nekenksminguose žiebtuvėliuose, bet ir artilerijos sviediniuose. Įrengę sviedinį su antgaliu, pagamintu iš šio „mišraus metalo“, galėjome stebėti sviedinį skrendant. „Mišraus metalo“ kibirkštys skrendant ore. Šiuo atveju lengvesnio rato vaidmenį atlieka pats oras, besitrinantis į metalą.

Lantano junginiai naudojami gaminant stiklą geriausiems fotoaparatų objektyvams ir specialiems apsauginiams akiniams. Kai lantanas yra legiruotas su magniu, jis naudojamas orlaivių variklių dalims gaminti.

Įdomu, kad žinomi lantano „nuosėdos“ yra pažįstamas mėlynių augalas, kurio pelenuose yra iki 0,17% lantano oksido. Žemai augančių Karelijos beržų pelenuose yra daug lantano.

Svarbiausias dalykas, susijęs su 57 elementu, žinoma, yra tai, kad jis veda į 14 lantanidų - elementų, turinčių labai panašias savybes, liniją. Lantanas ir lantanidai visada yra kartu: mineraluose, mūsų nuomone, metale. 1900 m. pasaulinėje parodoje Paryžiuje pirmą kartą buvo parodyti kai kurių, kaip manoma, grynų lantanidų pavyzdžiai. Tačiau neabejotina, kad kiekviename mėginyje, nepriklausomai nuo etiketės, buvo lantano, cerio, neodimio ir prazeodimio bei rečiausių iš lantanidų – tulio, holmio, liutecio. Rečiausias, išskyrus „išnykusį“ ir branduolinėse reakcijose atkurtą elementą Nr. 61 – prometis. Tačiau jei prometis turėtų stabilių izotopų, jo taip pat būtų bet kuriame retųjų žemių elemento pavyzdyje.

Tik pastaraisiais dešimtmečiais mokslo ir technologijų raida pasiekė tokį lygį, kai žmonija galėjo pasinaudoti kiekvieno (arba beveik kiekvieno) lantanido individualiomis savybėmis, nors, kaip ir anksčiau, mišrainis – „natūralus lantano lydinys“ ir lantanidai... Todėl būtų logiška tik pusę šios istorijos skirti tiesiogiai elementui Nr.57, o kitą pusę retųjų žemių „komandai“ kaip visumai*. Žinoma, kiekvienas lantanidas – kaip cheminis individas – nusipelno nepriklausomos istorijos; čia - apie jų „vadą“ ir tai, kas jiems visiems bendra.

* Be lantano ir lantanidų, retųjų žemių elementai yra skandis ir itris.

Lantanas be lantanidų

Kad ir kaip būtų liūdna pripažinti, mūsų istorijos herojus yra visiškai paprastas žmogus. Tai įprastos išvaizdos metalas (sidabriškai baltas, padengtas pilkšva oksido plėvele) ir fizinėmis savybėmis: lydymosi temperatūra 920, virimo temperatūra 3469 ° C; Pagal stiprumą, kietumą, elektrinį laidumą ir kitas charakteristikas lantano metalas visada atsiduria lentelių viduryje. Lantanas taip pat būdingas cheminėms savybėms. Sausame ore jis nesikeičia – oksido plėvelė patikimai apsaugo nuo oksidacijos masėje. Bet jei oras drėgnas (o normaliomis antžeminėmis sąlygomis beveik visada drėgnas), metalinis lantanas palaipsniui oksiduojasi iki hidroksido. La(OH) 3 yra vidutinio stiprumo pagrindas, kuris vėlgi būdingas „vidutiniam“ metalui.

Ką dar galima pasakyti apie chemines lantano savybes? Deguonyje, kaitinamas iki 450°C, dega ryškia liepsna (ir išskiriama gana daug šilumos). Jei jis užsidega azoto atmosferoje, susidaro juodasis nitridas. Chlore lantanas užsidega kambario temperatūroje, tačiau su bromu ir jodu reaguoja tik kaitinamas. Jis gerai tirpsta mineralinėse rūgštyse ir nereaguoja su šarmų tirpalais. Visuose junginiuose lantano valentingumas yra 3+. Žodžiu, metalas yra kaip metalas – ir fizinėmis savybėmis, ir cheminėmis.

Galbūt vienintelis skiriamasis lantano bruožas yra jo sąveikos su vandeniliu pobūdis. Reakcija tarp jų prasideda kambario temperatūroje ir tęsiasi išsiskiriant šilumai. Susidaro įvairios sudėties hidridai, nes lantanas tuo pačiu metu sugeria vandenilį – kuo intensyviau, tuo aukštesnė temperatūra.

Lantanidai taip pat sąveikauja su vandeniliu. Vienas iš jų, ceris, netgi naudojamas kaip dujų absorberis elektrinio vakuumo pramonėje ir metalurgijoje.

Čia mes pasiekiame vieną iš svarbių mūsų istorijos dalių, temą „Lantanas ir ceris“, o su ja – lantano istoriją.

Pagal paplitimą gamtoje, gamybos mastą ir panaudojimo mastą lantanas yra prastesnis už artimiausią analogą – pirmąjį iš lantanidų. „Protėvis“ ir visada antrasis, tokia yra lantano padėtis savo šeimoje. O kai retųjų žemių elementai buvo pradėti skirstyti į du pogrupius pagal jų savybių visumą, lantanas buvo priskirtas pogrupiui, kurio pavadinimas buvo suteiktas cerio garbei... O lantanas buvo atrastas po cerio, kaip cerio priemaiša, mineraliniame cerite. Tai istorija, mokytojų ir mokinių istorija.

1803 m. 24 metų švedų chemikas Jene Jakob Berzelius kartu su savo mokytoju Hisinger tyrė mineralą, dabar žinomą kaip ceritas. Šiame minerale buvo aptikta itrio žemė, kurią Gadolinas atrado 1794 m., ir kita retoji žemė, labai panaši į itrį. Jis buvo vadinamas ceriu. Beveik kartu su Berzeliu cerio žemę atrado garsus vokiečių chemikas Martinas Klaprothas.

Berzelius grįžo dirbti su šia medžiaga po daugelio metų, jau būdamas iškilus mokslininkas. 1826 m. mokinys, asistentas ir vienas iš artimų Berzelio draugų Karlas Mozanderis ištyrė cerio žemę ir padarė išvadą, kad ji yra nevienalytė, kad, be cerio, joje yra dar vienas, o gal ir ne vienas naujas elementas. Tačiau norint patikrinti šią prielaidą, reikėjo daug cerite. Mozanderiui pavyko įrodyti cerio žemės sudėtingumą tik 1839 m.

Įdomu tai, kad metais anksčiau tarp chemikų nežinomas studentas Erdmannas Norvegijoje rado naują mineralą ir pavadino jį savo mokytojo Mozandro garbei – mozanderitu. Iš šio mineralo taip pat buvo išskirtos dvi retosios žemės – ceris ir nova.

Naujasis elementas, aptiktas cerite ir mozanderite, Berzelio pasiūlymu buvo pavadintas lantanu. Pavadinimas yra užuomina: kilęs iš graikų kalbos λανθανειν – slėptis, būti pamirštam. Cerite esantis lantanas sėkmingai slėpėsi nuo chemikų 36 metus!

Ilgą laiką buvo manoma, kad lantanas yra dvivalentis, kad jis yra kalcio ir kitų šarminių žemių metalų analogas, o jo atominė masė – 90...94. Dėl šių skaičių teisingumo abejonių nekilo iki 1869 m. Mendelejevas pamatė, kad retųjų žemių elementams nėra vietos periodinės lentelės II grupėje ir įtraukė juos į III grupę, lantanui priskirdamas 138...139 atominį svorį. . Tačiau tokio žingsnio teisėtumą dar reikėjo įrodyti. Mendelejevas ėmėsi lantano šiluminės talpos tyrimo. Jo gauta vertė tiesiogiai rodė, kad šis elementas turėtų būti trivalentis...

Lantano metalą, žinoma, toli gražu ne gryną, pirmą kartą Mozanderis gavo kaitindamas lantano chloridą su kaliu.

Šiais laikais lantanas, kurio grynumas didesnis nei 99%, gaminamas pramoniniu mastu. Pažiūrėkime, kaip tai daroma, bet pirmiausia susipažinkime su pagrindiniais lantano mineralais ir pirmaisiais sudėtingiausio retųjų žemių elementų atskyrimo proceso etapais.

Jau minėta, kad mineraluose lantanas ir lantanidai visada yra vienas kitą lydintys. Yra selektyvių mineralų, kuriuose vieno ar kito retųjų žemių elemento dalis yra didesnė nei įprasta. Tačiau nėra grynai lantano ar grynai cerio mineralų, jau nekalbant apie kitus lantanidus. Selektyvaus lantano mineralo pavyzdys yra daviditas, kuriame yra iki 8,3 % La 2 O 3 ir tik 1,3 % cerio oksido. Tačiau lantanas daugiausia gaunamas iš monazito ir bastnäsito, taip pat cerio ir visų kitų cerio pogrupio elementų.

Monazitas yra sunkus blizgus mineralas, dažniausiai geltonai rudas, bet kartais ir kitų spalvų, nes jo sudėtis nesiskiria savo konsistencija. Tiksliausiai jo sudėtis apibūdinama šia keista formule: (REE)PO 4. Tai reiškia, kad monazitas yra retųjų žemių elementų (REE) fosfatas. Paprastai monazite yra 50...68% REE oksidų ir 22...31,5% P 2 O 5. Jame taip pat yra iki 7% cirkonio dioksido, 10% (vidutiniškai) torio dioksido ir 0,1...0,3% urano. Šie skaičiai aiškiai parodo, kodėl retųjų žemių ir branduolinės pramonės keliai taip glaudžiai susipynę.

Mišrus retųjų žemių metalas – mišmetalas – ir jų oksidų mišinys pradėti naudoti praėjusio amžiaus pabaigoje, o šio amžiaus pradžioje su jais buvo pademonstruotas išskirtinis tarptautinės vagystės pavyzdys. Vokiečių laivai, gabenantys krovinius į Braziliją, ruošdamiesi kelionei atgal, savo triumus užpildė smėliu iš šios šalies Atlanto vandenyno pakrantės paplūdimių ir iš tam tikrų vietų. Kapitonai pareiškė, kad smėlis buvo tiesiog balastas, būtinas didesniam laivo stabilumui. Realiai jie, vykdydami vokiečių pramonininkų užsakymus, pavogė vertingą mineralinę žaliavą – Espirito Santo valstijos pakrantės smėlį, kuriame gausu monazito...

Monazitas yra paplitęs upių, ežerų ir jūrų pakrantėse visuose žemynuose. Šimtmečio pradžioje (1909 m. duomenys) 92% pasaulio retųjų žemių žaliavų, o pirmiausia monazito, produkcijos buvo pagaminta iš Brazilijos. Po dešimties metų svorio centras pasislinko tūkstančius kilometrų į rytus (arba į vakarus, priklausomai nuo to, kaip skaičiuosi) – į Indiją. Po 1950 m. dėl branduolinės pramonės plėtros JAV tapo kapitalistinių šalių hegemonu retųjų žemių žaliavų gavybos ir perdirbimo srityje.

Žinoma, mūsų šalis ir kitos socialistinės bendruomenės šalys turėjo plėtoti retųjų žemių pramonę ir rasti žaliavų.

Leiskite mums bendrai atsekti kelią nuo monazito smėlio iki lantano.

Nors smėlis vadinamas monazitiniu smėliu, jame monazito nėra daug – procento dalis. Pavyzdžiui, garsiuosiuose Aidaho (JAV) monazito telkiniuose tonoje smėlio yra tik 330 g monazito. Todėl pirmiausia gaunamas monazito koncentratas.

Pirmasis susikaupimo etapas vyksta jau ant drago. Monazito tankis – 4,9...5,3, o paprasto smėlio – vidutiniškai 2,7 g/cm3. Esant tokiam svorio skirtumui, gravitacinis atskyrimas nėra ypač sunkus. Tačiau, be monazito, tuose pačiuose smėliuose yra ir kitų sunkiųjų mineralų. Todėl, norint gauti 92...96% grynumo monazito koncentratą, naudojamas gravitacinio, magnetinio ir elektrostatinio sodrinimo metodų kompleksas. Dėl to pakeliui gaunamas ilmenitas, rutilas, cirkonis ir kiti vertingi koncentratai.

Kaip ir bet kuris mineralas, monazitas turi būti „atidarytas“. Dažniausiai monazito koncentratas apdorojamas koncentruota sieros rūgštimi*. Susidarę retųjų žemių elementų ir torio sulfatai išplaunami paprastu vandeniu. Po to, kai jie ištirpsta, silicio dioksidas ir cirkonio dalis, kuri nebuvo atskirta ankstesniuose etapuose, lieka nuosėdose.

* Taip pat paplitęs šarminis monazito atidarymo būdas.

Kitame atskyrimo etape išgaunamas trumpalaikis mezotoriumas (radis-228), o paskui pats toris - kartais kartu su ceriu, kartais atskirai. Cerio atskyrimas nuo lantano ir lantanidų mišinio nėra ypač sudėtingas: skirtingai nei jie, jis gali turėti 4+ valentingumą ir nusodinti hidroksido Ce(OH) 4 pavidalu, o jo trivalečiai analogai lieka tirpale. Pastebėkime tik tai, kad cerio atskyrimo operacija, kaip ir ankstesnės, atliekama daug kartų - siekiant kuo geriau „išspausti“ brangų retųjų žemių koncentratą.

Išskyrus cerį, tirpale yra daugiausia lantano (La(NO 3) 3 nitrato pavidalu, nes vienoje iš tarpinių stadijų sieros rūgštis buvo pakeista azoto rūgštimi, kad būtų lengviau atskirti). Lantanas gaunamas iš šio tirpalo, pridedant amoniako, amonio ir kadmio nitratų. Esant Cd(NO 3) 2 atskyrimas yra išsamesnis. Šių medžiagų pagalba visi lantanidai nusėda, o filtrate lieka tik kadmis ir lantanas. Kadmis nusodinamas vandenilio sulfidu, nuosėdos atskiriamos, o lantano nitrato tirpalas dar kelis kartus išgryninamas frakcine kristalizacija, kad būtų pašalintos lantanido priemaišos.

Galutinis rezultatas paprastai yra lantano chloridas LaCl 3 . Išlydyto chlorido elektrolizės metu gaunamas lantanas, kurio grynumas siekia iki 99,5%. Dar daugiau gryno lantano (99,79% ir daugiau) gaunamas kalcio terminiu metodu. Tai klasikinė tradicinė technologija.

Kaip matote, elementinio lantano gavimas yra sudėtingas dalykas.

Lantanidų atskyrimas – nuo ​​prazeodimio iki liutecio – reikalauja dar daugiau pastangų ir pinigų bei, žinoma, laiko. Todėl pastaraisiais dešimtmečiais daugelio pasaulio šalių chemikai ir technologai siekė sukurti naujus, pažangesnius šių elementų atskyrimo metodus. Tokie metodai – ekstrahavimas ir jonų mainai – buvo sukurti ir įdiegti pramonėje. Jau 60-ųjų pradžioje įrenginiuose, veikiančiuose jonų mainų principu, buvo pasiekta 95% retųjų žemių produktų, kurių grynumas siekė 99,9%, išeiga.

Iki 1965 m. mūsų šalies užsienio prekybos organizacijos galėjo pasiūlyti pirkėjams visus lantanidus metalų pavidalu, kurių grynumas didesnis nei 99%. Žinoma, be prometio, nors šio elemento radioaktyvieji preparatai – urano branduolinio skilimo produktai – taip pat tapo gana prieinami.

Techsnabexport kataloguose taip pat yra apie 300 chemiškai grynų ir labai grynų lantano ir lantanidų junginių. Tai liudija apie aukštą sovietinės retųjų žemių pramonės išsivystymo lygį.

Bet grįžkime prie lantano.

Trumpai apie lantano ir jo junginių panaudojimą

Grynas lantanas beveik niekada nenaudojamas kaip legiruojantis metalas, naudojamas pigesnis ir lengviau prieinamas ceris arba mischmetal – lantano ir lantanidų legiravimo poveikis yra beveik toks pat.

Jau minėta, kad kartais lantanas iš mišinio ekstrahuojamas ekstrahuojant, naudojant skirtingą tam tikrų (daugiausia kompleksinių) retųjų žemių elementų junginių tirpumą organiniuose tirpikliuose. Bet pasitaiko, kad pats elementas Nr.57 naudojamas kaip ekstraktorius. Išlydytas lantanas naudojamas plutoniui iš skysto urano išgauti. Čia yra dar vienas branduolinės ir retųjų žemių pramonės sąlyčio taškas.

Lantano oksidas La 2 O 3 naudojamas daug plačiau. Šie balti amorfiniai milteliai, netirpūs vandenyje, bet tirpūs rūgštyse, tapo svarbiu optinių stiklų komponentu. Garsiosios „Kodak“ kompanijos fotoobjektyvuose yra nuo 20 iki 40% La 2 O 3. Lantano priedų dėka buvo galima sumažinti objektyvo dydį esant tokiam pat diafragmos santykiui ir labai pagerinti spalvotos fotografijos kokybę. Yra žinoma, kad Antrojo pasaulinio karo metais lantano stiklai buvo naudojami lauko optiniuose instrumentuose. Geriausi buitiniai fotografijos lęšiai, pavyzdžiui, „Industar-61LZ“, taip pat gaminami iš lantano stiklo, o vienas geriausių mūsų mėgėjiškų kino kamerų vadinasi „Lanthan“... Pastaruoju metu lantano stiklas naudojamas ir laboratorinių indų gamyboje. . Lantano oksidas suteikia stiklui ne tik vertingų optinių savybių, bet ir didesnį atsparumą karščiui bei atsparumą rūgštims.

Tai, ko gero, yra viskas, ką galima pasakyti apie lantaną be lantanidų, nors kai kuriose vietose buvo neįmanoma nenukrypti nuo principo „be“...

Lantanas ir jo komanda

Lyginti lantaną ir lantanidus su sporto komanda kai kuriems gali atrodyti tolima. Tačiau šis palyginimas nėra labiau triukšmingas nei tokie gerai žinomi apibrėžimai kaip „lantanidų šeima“ arba „cheminiai dvyniai“. Spręskite patys: Lantanas ir jo komanda turi vieną uniformą (sidabro baltą) ir, kaip ir ledo ritulininkai, visi turi apsaugines priemones (pagamintas iš oksidinių plėvelių). Visi jie iš prigimties apdovanoti maždaug vienodais kiekiais (panašumai be galo dideli), tačiau, kaip ir sporte, dėl įvairių priežasčių „sugebėjimai“ nerealizuojami vienodai: vieni „žaidžia“ geriau, kiti prasčiau. Ir, žinoma, kiekvienas šios komandos narys surenka savo mėgstamus „apgaulę“ ir „techniką“ – pavyzdžiui, gadolinio feromagnetizmą.

O pagal chemines savybes lantanidai vis tiek nėra dvyniai – kitaip nebūtų buvę įmanoma jų atskirti. Kaip ir gera sporto komanda, jie yra vieningi pagrindiniuose dalykuose ir individualūs detalėse. Kalbant apie dalyvių skaičių, skirtingi žaidimai turi skirtingą žaidėjų skaičių, 14 yra normos ribose...

Tiesa, buvo laikas, kai į šią „komandą“ buvo rekomenduota beveik penkiasdešimt kandidatų. Atrastų į lantaną panašių elementų skaičius augo katastrofišku greičiu. Sudarė profesorius N.A. Figurovo klaidingai atrastų elementų sąraše yra daugiausia netikrų lantanidų. Klaidų neišvengė net ir didieji mokslininkai – Mozanderis, Lecoqas de Boisbaudranas, Aueris von Welsbachas, Crookesas, Urbainas.

Neperiodinės lantano ir jo komandos savybės, iškritusios iš griežtos periodinės sistemos sekos, Mendelejevui sukėlė bėdų. Bet laikui bėgant viskas išsisprendė. Tai buvo Prahos universiteto profesorius Boguslavas Franzevičius Brauneris, kuris pirmasis pasiūlė perkelti lantanidus už pagrindinės stalo dalies.

„Turite būti toks „retų žemių“ ekspertas, kaip B.F. Brauneris, norėdamas suprasti šį sudėtingą, sunkų ir vis dar beveik nebaigtą dalyką, kurio patikrinimą apsunkina ne tik daugelio pradinių santykių originalumas ir panašumas, bet ir sunkumai gaunant pačią natūralią medžiagą“, – rašė Mendelejevas. 1902 m.

„Kalbant apie retųjų žemių elementų sistematiką ir jų vietą periodinėje lentelėje, šiuo metu galime drąsiai manyti, kad skandis, itris ir lantanas yra lyginėse III grupės eilutėse, kaip matyti iš jų atominio svorio ir jų tūrio. oksidai... Kiti retųjų žemių elementai sistemoje tikriausiai sudaro tarpperiodinę grupę arba mazgą, kur vienas po kito seka atominiais svoriais“. Tai Braunerio žodžiai iš straipsnio „Retųjų žemių elementai“, parašyto priešpaskutiniam (1903 m.) Mendelejevo „Chemijos pagrindų“ leidimui.

Pagaliau „mazgą sistemoje“ pavyko išnarplioti tik po to, kai periodinė lentelė buvo pagrįsta nauju, fiziškai tikslesniu kriterijumi - atomo branduolio krūviu. Tada paaiškėjo, kad tarp lantano ir tantalo gali tilpti tik 15 elementų, o pastarasis turėtų būti cirkonio analogas. Šį elementą, hafnį, 1923 m. atrado Costeris ir Hevosi.

Paskutinis (pagal atominį skaičių) lantanidas liutecis buvo aptiktas anksčiau – 1907 m.

Natūralu lantano ir lantanidų bendrų savybių priežasčių ieškoti jų atomų elektroninių apvalkalų struktūroje.

Pagal kvantinės mechanikos dėsnius elektronai negali suktis aplink branduolį jokioje orbitoje. Jie tarsi pasiskirstę tarp sluoksnių – kriauklių. Šių apvalkalų talpa, maksimalus elektronų skaičius juose nustatomas pagal formulę n e = 2N 2 kur n e– elektronų skaičius, a N– apvalkalo numeris, skaičiuojant nuo šerdies. Iš to išplaukia, kad pirmasis apvalkalas gali turėti tik du elektronus, antrasis - aštuonis, trečiasis - aštuoniolika, ketvirtasis - trisdešimt du ir tt.

Jau ketvirtajame periodinės lentelės periode, pradedant skandžiu, „nuoseklūs“ elektronai patenka ne į išorinį ketvirtąjį sluoksnį, o į ankstesnį. Štai kodėl elementų, kurių atominis skaičius yra nuo 12 iki 30, savybių skirtumas nėra toks dramatiškas kaip lengvesnių elementų. Panašus vaizdas stebimas ir penktajame periode. Ir čia, pradedant itriu, nauji elektronai užpildo ne penktą, o priešpaskutinį, ketvirtą apvalkalą – susidaro dar viena vadinamųjų pereinamųjų metalų eilė.

Ryžiai. 3. Retųjų žemių elementų atomų tūrio kreivė. Jis turi du maksimumus, sudarytus iš elementų, kurių valentingumas yra 2+; priešingai, elementai, kurie gali būti keturvalenčiai, turi minimalų atominį tūrį

Perkeliant šią analogiją į šeštąjį periodą, būtų logiška manyti, kad, pradedant lantanu (tai skandžio ir itrio analogas), čia bus tas pats. Tačiau elektronai, nepaisant mūsų logikos, čia užpildo ne priešpaskutinį apvalkalą, o trečią iš išorės, nes jame yra laisvų vietų. Pagal formulę n e = 2N 2, šis apvalkalas – ketvirtasis iš branduolio – gali turėti 32 elektronus. Išskyrus retas išimtis, čia atsiduria „nauji“ kitų lantanidų elektronai. O kadangi elemento chemines savybes pirmiausia lemia išorinių elektronų apvalkalų struktūra, lantanidų savybės pasirodo dar artimesnės nei pereinamųjų metalų savybės.

Kaip ir dera III grupės elementams, lantanidai dažniausiai yra trivalečiai. Tačiau kai kurie iš jų gali turėti skirtingą valentingumą: ceris, prazeodimas ir terbis – 4+; samaris, europium ir iterbis – 2+.

Anomalinius lantanidų valentingumus ištyrė ir paaiškino vokiečių chemikas Wilhelmas Klemmas. Rentgeno spindulių spektrais jis nustatė pagrindinius jų kristalų parametrus ir atomų tūrius. Atominio tūrio kreivė rodo aiškiai išreikštus maksimumus (europiumas, iterbis) ir mažiau ryškius minimumus (ceris, terbis). Prazeodimis ir samaris taip pat iškrenta, nors ir nelabai, iš serijų, apibrėžtų sklandžiai besileidžiančia kreive. Todėl pirmasis „gravituoja“ prie mažo tūrio cerio ir terbio, o antrasis – prie didelio europio ir iterbio. Didesnio atomo tūrio elementai tvirčiau laiko elektronus, todėl yra tik trivalečiai arba net dvivalenčiai. Priešingai, „mažo tūrio“ atomuose vienas iš „vidinių“ elektronų nėra sandariai uždarytas apvalkale - todėl cerio, prazeodimio ir terbio atomai gali būti keturvalenčiai.

Klemmo darbai taip pat suteikia fizinį pagrindą seniai nusistovėjusiam retųjų žemių elementų skirstymui į du pogrupius – cerį ir itrį. Pirmajame yra lantanas ir lantanidai nuo cerio iki gadolinio, antrasis – itris ir lantanidai nuo terbio iki liutecio. Skirtumas tarp šių dviejų grupių elementų yra elektronų, užpildančių ketvirtąjį apvalkalą, pagrindinį lantanidams, sukimosi kryptis.

Sukiai – tinkamas kampinis elektronų impulsas – turi tą patį ženklą pirmiesiems; pastarajame pusė elektronų turi vieno ženklo sukinius, o pusė – kito.

Bet pakankamai apie anomalijas, kurias galima paaiškinti tik naudojant kvantinę mechaniką, grįžkime prie modelių.

Kalbant apie lantanidus, raštai taip pat kartais atrodo nelogiški. To pavyzdys yra lantanido suspaudimas.

Lantanido suspaudimas – tai natūralus retųjų žemių elementų trivalenčių jonų dydžio sumažėjimas, kurį atrado norvegų geochemikas Goldschmidtas, nuo lantano iki liutecio. Atrodytų, viskas turėtų būti atvirkščiai: cerio atomo branduolyje yra vienu protonu daugiau nei lantano atomo branduolyje; prazeodimio branduolys yra didesnis už cerio branduolį ir pan. Atitinkamai didėja aplink branduolį besisukančių elektronų skaičius. Ir jei įsivaizduotume atomą tokį, koks jis dažniausiai piešiamas diagramose – mažo disko pavidalu, apsuptu pailgomis nematomų elektronų orbitomis, įvairaus dydžio orbitomis, tai akivaizdu, kad elektronų pelnas turėtų padidinti viso atomo dydį. . Arba, jei atmestume išorinius elektronus, kurių skaičius gali būti nevienodas, tas pats modelis turėtų būti stebimas trivalenčių lantano jonų ir jo komandos dydžių.

Tikroji padėtis iliustruojama lantanido suspaudimo diagramoje. Trivalenčio lantano jono spindulys yra 1,22 Å, o to paties liutecio jono – tik 0,99 Å. Viskas nėra logiška, o kaip tik atvirkščiai. Tačiau net ir be kvantinės mechanikos nesunku suprasti fizinės lantanido suspaudimo prasmės esmę, tereikia prisiminti pagrindinius elektromagnetizmo dėsnius.

Branduolio krūvis ir aplink jį esančių elektronų skaičius auga lygiagrečiai. Taip pat didėja traukos jėga tarp nepanašių krūvių; sunkesnis branduolys stipriau pritraukia elektronus ir sutrumpina jų orbitas. O kadangi gilios orbitos lantanido atomuose yra labiausiai prisotintos elektronų, elektrinė trauka turi dar stipresnį poveikį.

Joninių spindulių artumas ir bendros cheminės savybės yra pagrindinės priežastys, dėl kurių mineraluose yra lantanidų.

Apie retųjų žemių mineralus

Pagrindinis, monazitas, aprašytas aukščiau. Antras pagal svarbą retųjų žemių mineralas – bastnäzitas – daugeliu atžvilgių panašus. Bastnezitas taip pat sunkus, taip pat blizgus, taip pat nepastovios spalvos (dažniausiai šviesiai geltonos spalvos). Tačiau chemiškai jis panašus į monazitą tik dideliu lantano ir lantanidų kiekiu. Jei monazitas yra fosfatas, tai bastnäzitas yra retųjų žemių fluorokarbonatas, jo sudėtis paprastai rašoma taip: (La, Ce)FCO 3. Tačiau, kaip dažnai nutinka, mineralo formulė nevisiškai atspindi jo sudėtį. Šiuo atveju nurodomi tik pagrindiniai komponentai: bastnezite yra 36,9...40,5% cerio oksido ir beveik tiek pat (iš viso) lantano, prazeodimio ir neodimio oksidų. Tačiau, žinoma, jame yra ir kitų lantanidų.

Be bastnäsito ir monazito, praktiškai, nors ir ribotai, naudojami dar keli retųjų žemių mineralai, ypač gadolinitas, kuriame yra iki 32 % cerio pogrupio retųjų žemių oksidų ir 22...50 % itrio. Kai kuriose šalyse retieji žemių metalai išgaunami sudėtingu loparito ir apatito apdorojimu.

Ryžiai. 4. Santykinis lantanidų kiekis žemės plutoje. Šablonas: lyginiai skaičiai yra labiau paplitę nei nelyginiai

Iš viso yra žinoma apie 70 pačių retųjų žemių mineralų ir dar apie 200 mineralų, kuriuose šie elementai yra įtraukti kaip priemaišos. Tai rodo, kad „retosios“ žemės nėra tokios retos ir kad šis senas įprastas skandžio, itrio ir lantano su lantanidais pavadinimas yra ne kas kita, kaip duoklė praeičiai. Jie nėra reti – žemėje cerio yra daugiau nei švino, o rečiausi iš retųjų žemių yra daug plačiau išplitę žemės plutoje nei gyvsidabris. Tai susiję su šių elementų išsklaidymu ir sunkumu juos atskirti vienas nuo kito. Tačiau, žinoma, lantanidai gamtoje nėra pasiskirstę vienodai. Elementai su lyginiais atominiais skaičiais yra daug dažniau nei jų nelyginiai kaimynai. Ši aplinkybė natūraliai turi įtakos retųjų žemių metalų gamybos mastui ir kainoms. Sunkiausiai gaunami lantanidai – terbis, tulis, liutecis (atkreipkite dėmesį, kad tai visi lantanidai su nelyginiais atominiais skaičiais) – yra brangesni už auksą ir platiną. O daugiau nei 99% grynumo cerio kaina – tik 55 rubliai už kilogramą (1970 m. duomenys). Palyginimui nurodome, kad kilogramas mišmetalo kainuoja 6...7 rublius, o feroceris (10 % geležies, 90 % retųjų žemių elementų, daugiausia ceris) – tik penkis. Retųjų žemių elementų panaudojimo mastai dažniausiai yra proporcingi kainoms...

Lantanidai praktikoje

1970 metų rudenį SSRS mokslų akademijos Retų elementų mineralogijos, geochemijos ir kristalų chemijos instituto mokslinė taryba susirinko į išplėstinį posėdį, kurio darbotvarkė buvo gana neįprasta. Buvo aptartos retųjų žemių elementų galimybės „žemės ūkio problemų šviesoje“.

Klausimas apie šių elementų įtaką gyviems organizmams iškilo neatsitiktinai. Viena vertus, žinoma, kad retųjų žemių metalai dažnai įtraukiami kaip priemaiša į svarbiausių agrochemijos mineralų - fosforitų ir apatito - sudėtį. Kita vertus, buvo nustatyti augalai, kurie gali būti lantano ir jo analogų biocheminiai rodikliai. Pavyzdžiui, pietinių Hikorijos lapų pelenų sudėtyje yra iki 2,5% retųjų žemių elementų. Padidėjusi šių elementų koncentracija taip pat nustatyta cukriniuose runkeliuose ir lubinuose. Retųjų žemių elementų kiekis tundros dirvožemyje siekia beveik 0,5%.

Mažai tikėtina, kad šie bendri elementai neturėjo įtakos augalų, o gal ir kitų evoliucijos laiptų lygių organizmų vystymuisi. 30-ųjų viduryje sovietų mokslininkas A.A. Drobkovas tyrinėjo retųjų žemių įtaką įvairiems augalams. Jis eksperimentavo su žirniais, ropėmis ir kitomis kultūromis, įvesdamas retųjų žemių su boru arba be jo, manganą. Eksperimentų rezultatai sakė, kad retųjų žemių metalai reikalingi normaliam augalų vystymuisi... Tačiau praėjo ketvirtis amžiaus, kol šie elementai tapo sąlyginai prieinami. Galutinis atsakymas į lantano ir jo komandos biologinio vaidmens klausimą dar turi būti pateiktas.

Metalurgai šia prasme gerokai lenkia agrochemikus. Vienas reikšmingiausių pastarųjų dešimtmečių įvykių juodosios metalurgijos srityje yra susijęs su lantanu ir jo komanda.

Didelio stiprumo ketus dažniausiai buvo gaunamas modifikuojant jį magniu. Fizinė šio priedo prasmė paaiškės, jei prisiminsime, kad ketuje yra 2...4,5% anglies dribsnio grafito pavidalu, kas suteikia ketui pagrindinį techninį trūkumą – trapumą. Pridėjus magnio, grafitas metale virsta tolygiau paskirstyta sferine arba rutuline forma. Dėl to žymiai pagerėja ketaus struktūra ir kartu su ja ir mechaninės savybės. Tačiau ketaus legiravimas su magniu reikalauja papildomų išlaidų: reakcija labai audringa, išsilydęs metalas purslai į visas puses, todėl šiam procesui reikėjo statyti specialias kameras.

Retieji žemių metalai ketų veikia panašiai: „pašalina“ oksidų priemaišas, suriša ir pašalina sierą, skatina grafito perėjimą į rutulinę formą. Ir tuo pačiu metu jiems nereikia specialių kamerų - reakcija vyksta ramiai. O rezultatas?

Vienai tonai ketaus dedama tik 4 kg (0,4%) ferocerio lydinio su magniu, o ketaus stiprumas padvigubėja! Daugeliu atvejų toks ketus gali būti naudojamas vietoj plieno, ypač gaminant alkūninius velenus. Didelio stiprumo ketus yra ne tik 20...25% pigesnis už plieno liejinius ir 3...4 kartus pigesnis už plieno kaltinius. Ketaus veleno kakliukų atsparumas dilimui pasirodė 2...3 kartus didesnis nei plieninių. Kaliojo ketaus alkūniniai velenai jau naudojami dyzeliniuose lokomotyvuose ir kitose sunkiosiose mašinose.

Retųjų žemių elementai (mišmetalo ir ferocerio pavidalu) taip pat dedami į įvairių rūšių plieną. Visais atvejais šis priedas veikia kaip stiprus deoksidatorius, puikus degazatorius ir desulfatorius. Kai kuriais atvejais retųjų žemių metalai yra legiruoti... legiruotasis plienas. Chromo-nikelio plienus sunku valcuoti – tik 0,03 % mišraus metalo, įterpto į tokį plieną, labai padidėja jo plastiškumas. Tai palengvina valcavimą, kalimo gaminimą ir metalo pjovimą.

Retųjų žemių elementai taip pat įtraukiami į lengvųjų lydinių sudėtį. Pavyzdžiui, žinomas karščiui atsparus aliuminio lydinys, kuriame yra 11% metalo. Lantano, cerio, neodimio ir prazeodimio priedai leido padidinti magnio lydinių minkštėjimo temperatūrą daugiau nei tris kartus ir tuo pačiu padidinti jų atsparumą korozijai. Po to magnio lydiniai su retųjų žemių elementais pradėti naudoti gaminant viršgarsinių orlaivių dalis ir dirbtinių Žemės palydovų korpusus.

Retųjų žemių priedai pagerina kitų svarbių metalų - vario, chromo, vanadžio, titano savybes... Nenuostabu, kad metalurgai kasmet vis dažniau naudoja retųjų žemių metalus.

Lantanas ir jo analogai buvo pritaikyti kitose šiuolaikinių technologijų srityse. Chemijos ir naftos pramonėje jie (ir jų junginiai) veikia kaip veiksmingi katalizatoriai, stiklo pramonėje – kaip dažikliai ir kaip medžiagos, suteikiančios stiklui specifinių savybių. Lantanidų naudojimas branduolinėse technologijose ir susijusiose pramonės šakose yra įvairus. Bet daugiau apie tai vėliau, skyriuose, skirtuose kiekvienam lantanidui. Pažymime tik tai, kad net dirbtinai sukurtas prometis rado pritaikymą: prometio-147 skilimo energija naudojama atominėse elektros baterijose. Žodžiu, retųjų žemių elementų nedarbo laikas baigėsi seniai ir negrįžtamai.

Tačiau nereikėtų manyti, kad visos problemos, susijusios su periodinės lentelės „mazgu“, jau buvo išspręstos. Šiais laikais ypač aktualūs Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo žodžiai apie „retąsias žemes“: „Pastaraisiais metais čia susikaupė daug naujų dalykų“... Tačiau tik mėgėjai gali manyti, kad viskas ir visi žinomi, kad retųjų žemių tema išnaudojo save. Ekspertai, priešingai, įsitikinę, kad pažinimas apie lantaną ir jo komandą tik prasideda, kad šie elementai ne kartą nustebins mokslo pasaulį. O gal – ne tik mokslinis.

Reaktoriaus nuodai

Natūralus lantanas susideda iš dviejų izotopų, kurių masės skaičiai yra 138 ir 139, o pirmasis (jo dalis yra tik 0,089%) yra radioaktyvus. Jis suyra K-fiksuojant, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 3,2·10 11 metų. Izotopas lantano-139 yra stabilus. Beje, jis susidaro branduoliniuose reaktoriuose irstant uranui (6,3 % visų fragmentų masės). Šis izotopas laikomas reaktoriaus nuodu, nes jis gana aktyviai fiksuoja šiluminius neutronus, o tai taip pat būdinga lantanidams. Iš dirbtinių lantano izotopų įdomiausias yra lantanas-140, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 40,22 valandos. Šis izotopas naudojamas kaip radioaktyvus žymeklis tiriant lantano ir lantanidų atskyrimo procesus.

Kuris iš trijų?

Elementai, esantys po lantano, vadinami retaisiais žemėmis arba lantanidais arba lantanidais. Kuris iš šių pavadinimų labiausiai pateisinamas? Terminas „retųjų žemių metalai“ atsirado XVIII a. Dabar jis priskiriamas skandžio, itrio, lantano ir jo analogų oksidams; Iš pradžių šis terminas turėjo platesnę reikšmę. „Žemės“ paprastai reiškė visus ugniai atsparius metalų oksidus. Tai pasakytina apie elementus, kurių atominis skaičius yra nuo 57 iki 71: La 2 O 3 lydymosi temperatūra yra apie 2600 °C. Gryna forma daugelis šių "žemių" yra retos iki šių dienų. Tačiau apie retųjų žemių elementų retumą žemės plutoje kalbėti nebereikia...

Terminas „lantanidai“ buvo įvestas siekiant parodyti, kad kiti keturiolika elementų atsiranda po lantano. Bet tada, vienodai sėkmingai, fluoras gali būti vadinamas deguonimi (arba oksidu) - jis seka deguonį, o chloras - sulfidas... Tačiau chemija jau seniai buvo investuota į sąvokas "sulfidas", "fosfidas", "hidridas". “, chloridas“ ir tt skirtingą reikšmę. Todėl dauguma mokslininkų terminą „lantanidai“ laiko nesėkmingu ir vartoja jį vis rečiau.

„Lantanoidai“ yra labiau pateisinami. Galūnė „oid“ rodo panašumą. „Lantanoidai“ reiškia „panašus į lantaną“. Matyt, šis terminas turėtų būti naudojamas apibūdinti 14 elementų - lantano analogų.

"Nauja istorija"

Lantano ir lantanidų istorijoje galima išskirti du laiko tarpus, ypač turtingus atradimų ir ginčų. Pirmasis iš jų datuojamas XIX amžiaus pabaiga, kai lantanidai buvo taip dažnai aptikti ir „uždaryti“, kad galiausiai pasidarė net neįdomu... Antrasis neramus laikotarpis – XX amžiaus 50-ieji, kai atominės technologijos plėtra padėjo gauti didelius retųjų žemių žaliavų kiekius ir paskatino naujus šios srities tyrimus. Tada atsirado tendencija gauti ir naudoti retųjų žemių elementus ne mišinyje, o kiekvieną atskirai, naudojant specifines jų savybes. Neatsitiktinai per 15 metų (nuo 1944 m. iki 1958 m.) mokslinių publikacijų, skirtų lantanidams, skaičius išaugo 7,6 karto, o kai kuriems atskiriems elementams – net daugiau: apie holmį, pavyzdžiui, 24, o dėl tulio – 45. laikai!

Užmaskuotas krakmolu

Vienas iš lantano junginių, jo bazinis acetatas, elgiasi kaip krakmolas, kai į jį pridedama jodo. Baltas gelis įgauna ryškiai mėlyną spalvą. Analitikai kartais naudoja šią savybę, norėdami atrasti lantaną mišiniuose ir tirpaluose.

Dvivalentinis tik formaliai

Nustatyta, kad visuose junginiuose lantanas pasižymi vienodu valentingumu – 3+. Bet kaip tada galime paaiškinti pilkai juodo dihidrido LaH 2 ir geltonojo sulfido LaS egzistavimą? Nustatyta, kad LaH 2 yra santykinai stabilus tarpinis LaH 3 susidarymo produktas, o lantanas yra trivalentis abiejuose hidriduose. Dihidrido molekulėje yra metalinė La-La jungtis. Su sulfidu viskas paaiškinama dar paprasčiau. Ši medžiaga pasižymi dideliu elektriniu laidumu, o tai rodo, kad joje yra La 3+ jonų ir laisvųjų elektronų. Beje, LaH 2 taip pat gerai praleidžia srovę, o LaH 3 yra puslaidininkis.

Lantano, kaip cheminio elemento, nepavyko atrasti 36 metus. 1803 m. 24 metų švedų chemikas Jonsas Jakobas Berzelius ištyrė mineralą, dabar žinomą kaip ceritas. Šiame minerale buvo aptikta itrio žemė ir kita retoji žemė, labai panaši į itrį. Jis buvo vadinamas ceriu. 1826 m. Karlas Mozanderis ištyrė cerio žemę ir padarė išvadą, kad ji yra nevienalytė ir kad, be cerio, joje yra dar vieno naujo elemento. Cerio žemės sudėtingumą Mozandrui pavyko įrodyti tik 1839 m. Jis sugebėjo išskirti naują elementą, kai disponavo didesniu cerito kiekiu.

vardo kilmė

Naujasis elementas, aptiktas cerite ir mozanderite, Berzelio pasiūlymu buvo pavadintas lantanu. Jis buvo suteiktas jo atradimo istorijos garbei ir kilęs iš senovės graikų kalbos. λανθάνω - „slėptis“, „slėptis“.

Buvimas gamtoje

Daugiau informacijos šia tema rasite: Retųjų žemių elementai.
Lantanas kartu su ceriu ir neodimiu yra vienas iš labiausiai paplitusių retųjų žemių elementų. Lantano kiekis žemės plutoje yra apie 2,9·10−3% masės, jūros vandenyje - apie 2,9·10−6 mg/l. Pagrindiniai pramoniniai lantano mineralai yra monazitas, bastnäzitas, apatitas ir loparitas. Šiuose mineraluose yra ir kitų retųjų žemių.

Kvitas

Lantano gamyba apima žaliavos atskyrimą į frakcijas. Lantanas koncentruotas kartu su ceriu, prazeodimiu ir neodimiu. Pirmiausia iš mišinio atskiriamas ceris, tada ekstrahuojant atskiriami likę elementai.

Fizinės savybės

Lantanas yra blizgus sidabriškai baltas metalas, kalus ir kalus grynas. Silpnai paramagnetinis. Kristalų struktūra yra glaudžiai supakuota, kaip ir artimiausia šešiakampė pakuotė.

Egzistuoja trys kristalinės modifikacijos: α-La su šešiakampe gardele (a=0,3772 nm, c=1,2144 nm, z=4, erdvės grupė P63/tts), β-La su kubine vario tipo gardele (a=0 ,5296 nm, z=4, erdvės grupė Fm3m), γ-La su į kūną orientuota α-Fe tipo kubine gardele (a=0,426 nm, z=2, erdvės grupė Im3m, stabili iki 920 °C) pereinamosios temperatūros α↔β 277 °C ir β↔γ 861 °C. Polimorfinių perėjimų DH°: α:β - 0,36 kJ/mol, β:γ - 3,12 kJ/mol. Pereinant nuo vienos modifikacijos prie kitos, lantano tankis kinta: α-La tankis yra 6,162-6,18 g/cm3, β-La - 6,19 g/cm3, γ-La - 5,97 g/cm3.

Lydiniai su cinku, magniu, kalciu, taliu, alavu, švinu, nikeliu, kobaltu, manganu, gyvsidabriu, sidabru, aliuminiu, variu ir kadmiu. Lantanas sudaro piroforinį lydinį su geležimi.