Сторінка
4

Лантан

Після того як виділений Церій, у розчині більше всього лантану (у вигляді нітрату La(NO3)3, тому що на одній із проміжних стадій сірчана кислота була замінена азотною, щоб полегшити подальший поділ). З цього розчину й одержують лантан, додаючи аміак, нітрати амонію і кадмію. У присутності Cd(NO3)2 поділ більш повний. За допомогою цих речовин усі лантаноїди переходять в осад, у фільтраті ж залишаються лише Кадмій і Лантан. Кадмій осаджують сірководнем, відокремлюють осад, а розчин нітрату лантану ще кілька разів очищують дробовою кристалізацією від домішок лантаноїдів.

У кінцевому рахунку звичайно одержують хлорид лантану LaCl3. Електроліз розплавленого хлориду дає лантан чистотою до 99,5%. Ще більш чистий лантан (99,79% і вище) одержують кальційтермічним способом. Така класична традиційна технологія.

Як бачимо, одержання елементарного лантану - справа складна.

Розділення лантаноїдів - від Празеодима до Лютецію - вимагає ще більших затрат сил і засобів, і часу, зрозуміло. Тому в останні десятиліття хіміки і технологи багатьох країн світу прагнули створити нові, більш простіші методи розділення цих елементів. Такі методи – рідинне екстрагування, дробна кристалізація (різниця у розчинності солей), хроматографічні методи та іонообмін - були створені і впроваджені в промисловість. Уже на початку 60-х років на установках, що працюють за принципом іонного обміну, досягли 95%-ного виходу рідкісноземельних продуктів чистотою до 99,9%.

До 1965 року зовнішньоторговельні організації нашої країни могли запропонувати покупцям усі лантаноїди у вигляді металів чистотою вище 99%. Крім Прометію, зрозуміло, хоча радіоактивні препарати цього елементу - продукти ядерного розпаду Урану - теж стали цілком доступні.

5.Одержання.

Лантан вперше був одержаний у великій кількості і досліджений Мутманом(1902). Мутман для приготування Лантану (а також інших металів рідкісних земель) використав електроліз розплаву хлориду. Зауваження: при електролізі розплаву KCl, LaCl3, та CaF2 одержують метал у вигляді королька, виділення досягається лише при досить вузькій області температур – близько 1000оС та виходом по току близько 50%[6].

6.Властивості простої речовини

Природний Лантан складається з двох ізотопів з масовими числами 138 та 139, причому перший (його доля складає всього 0,089%) радіоактивний. Він розпадається шляхом К-захоплення з періодом напіврозпаду 3,2*1011 років. Ізотоп 139La – метастабільний. Між іншим, він утворюється у атомних реакторах при розпаді Урану (6,3% маси усіх уламків). Це ізотоп вважають реакторною отрутою, оскільки він досить активно захоплює теплові нейтрони, що характерно також і для лантаноїдів. Із штучних лантаноїдів найбільшу зацікавленість викликає 140La з періодом напіврозпаду 40,22 год. Цей ізотоп застосовують у якості радіоактивного індикатора при вивченні процесів розділення Лантану та Лантаноїдів. Властивості ізотопів Лантану ілюструє наступна таблиця[7]

По даним Мутмана, чистий Лантан володіє здатністю до розтягування; його щойно відполірована поверхня має вигляд білого металу, котрий на повітрі тієї ж миті тьмяніє і набуває забарвлення. У атмосфері сухого повітря він вкривається шаром блакитнувато-сталевого кольору, що захищає його від подальшого окиснення. Легко піддається механічній обробці. При кімнатній температурі чистий лантан обробляють куванням та пресуванням, хоча він не володіє достатньою в’язкістю. Із чистого лантану можливе виготовлення листів.

Найважливіші константи та фізичні властивості простої речовини La наведені нижче.

Агрегатний стан(звичайний) – тверда речовина;

Колір, кристалічна форма – сріблястий, гексагональна кр. гратка.

Існує у чотирьох кристалічних модифікаціях:

<310оС кристалізується у гексагональній системі, α-La, ρ=6.162 г/см3

310 - 868 оС кубічна, гранецентрована кристалічна гратка, β-La, ρ=6,190 г/см3

>868 оС кубічна об’ємоцентрована кристалічна гратка, аналогічна до α-Fe , γ-La, ρ=5,97 г/см3 [8],[12].

Густина,г/см3 6.162

Тпл. = 920оС

Ткип. = 3450 оС

Питома теплота, кДж/моль:

Тпл., пароутворення при температурі кипіння –

Мольна теплоємність, Дж/мольК …

Питомий електричний опір, 10-6 Омсм 56.825

Розчинність:

У воді: при 20 оС- взаємодіє

при 100 оС –взаємодіє

У органічних розчинниках - нерозчинний

В сухому повітрі Лантан одразу вкривається блакитнуватою оксидною плівкою. На вологому повітрі він поступово перетворюється у білий гідроксид, трохи твердіше за олово. Атомна теплота згоряння більше, ніж у алюмінію. Розплавлений алюміній енергійно взаємодіє з Лантаном, утворюючи сполуку LaАl4, що легко кристалізується і досить стійка на повітрі (ТТ=1222 оС). Крім цієї сполуки утворюється також ряд інших із визначеними температурами плавлення: LaАl (ТТ=859 оС), LaАl2 (ТТ=1414оС) та La3Аl2 (ТТ=1222 оС). Лантан дуже легко утворює сплави з Платиною . Будучи нагрітим у потоці азоту або аміаку. При горінні металу в потоці повітря, в основному при порівняно низькій температурі, поряд з оксидом утворюється також нітрид Лантану. З воднем Лантан поєднується дуже активно. Згідно Мутмана, Лантан при нагріванні у потоці водню приблизно до 240 оС розжарюється до червоно-жовтого світіння, утворюючи чорний продукт, склад котрого приблизно відповідає формулі LaH3 . Взаємодія з воднем є чи не найвизначнішою характерною особливістю Лантану, адже за звичайної температури починає відбуватися реакція, що надалі проходить з виділенням тепла. Утворення гідридів різного складу пояснюється здатністю Лантану поглинати кількість водню прямо пропорційно до підвищення температури (до слова, саме ця властивість характерна також для Церію, що використовується у електровакуумній промисловості та металургії). Відповідно, теплота утворення гідриду Лантану по порядку величини співпадає з теплотами утворення гідридів лужних та лужноземельних металів. Також і об’єм, що зайнятий воднем у гідриді Лантану, відповідає об’єму водню у гідридах лужних і лужноземельних металів, на що і вказав В.Більтц(1928). Відповідно, гідрид Лантану у цьому плані досить схожий із гідроксидами лужних і лужноземельних металів. Склад продукту, одержаного насиченням Лантану воднем при кімн. температурі, наближується до складу, що визначається за формулою LaH3. Однак Сівертс установив, що вміст водню у препараті залежить від тиску і що при рівному вмісті водню, тиск росте із збільшенням температури. Тому у протилежність Мутману, Сівертс вважав гідрид Лантану твердим розчином. Щонайменше, гідрид Лантану являє собою цікавий перехід від солеподібних гідридів, які утворюються лужними і лужноземельними металами, до типових металоподібних гідридів із усіма властивостями твердих розчинів, які зустрічаються у елементів побічної підгрупи періодичної системи.