Сторінка
8

Лантан

Лантан хромат LaCrO3 - зелені кристали з ромбічною кристалічною ґраткою типу перовскіту (а=0,5514нм, b=0,5478нм, c=0.7752нм, z=6). Густина рівна 6,77 г/см3. При 250-290 оС переходить у ромбоедричну модифікацію (у гексагональній системі при 600 оС: а=0,5540нм, с=1,3408нм, z=6, котра при 1727оС перетворюється у кубічну). Плавиться інконгруентно, Тпл.=2497 оС, S0298= 109,52 Дж/моль*К). відрізняється високою електропровідністю, котра збільшується при введенні модифікуючих добавок. Напівпровідник n-типу у газових середовищах з парціальним тиском О2 менше 0,1 Па, р-типу – більше 1 Па. Нижче 20 К – слабкий феромагнетик, при 20-273К – антиферомагнетик, вище 273К – парамагнетик. Не розчиняється у воді. Утворюють тверді розчини із оксидами металів І-ІІІ груп. LaCrO3 – єдина сполука, що утворюється у системі La2O3 – Cr2O3. Одержують його спіканням стехіометричних сумішей оксидів лантану і хрому, найбільш чисту і однорідну речовину – сплавлянням оксидів у холодному контейнері під дією струму високої частоти. Цей хромат, модифікований Са чи Sr, застосовують для виготовлення високотемпературних електропровідних керамічних виробів (наприклад, електронагрівачів), що працюють у окиснювальних середовищах при 1750-1800 оС. Найбільш стійка фаза у системі La2O3 – СаО - Cr2O3 – твердий розчин приблизного складу La0,92Ca0,08CrO3. Для нього коефіцієнт лінійного розширення (8.5-9.6)*10-6 К-1; мікротвердість 11-14 ГПа; модуль пружності кераміки 100-200 ГПа при 293 К, теплопровідність 2,4 Вт/м*К при 1123 К. [9],[10], [12].

8.Застосування металу і його сполук.

Лантан одержували в суміші з церієм - іншим членом родини лантаноїдів, приблизно в співвідношенні 1:1. Сплавивши суміш цих металів із залізом, одержали . "кремінь", що широко застосовувався в кишенькових запальничках. Звичайно, заліз-церієво-лантановий "кремінь" не має нічого спільного з природним каменем кременем - сполукою кремнію. Така назва була дана сплаву за здатність "іскрометання" при терті по ньому зазубреного сталевого коліщатка. Ця здатність була використана не тільки в запальничках, але й в артилерійських снарядах. Помістивши на снаряд насадку з цього "змішаного металу", одержали можливість спостерігати снаряд у польоті. "Змішаний метал" при польоті в повітрі іскрить. При цьому роль коліщатка запальнички грає саме повітря, що треться об метал.

Сполуки лантану використовуються при виготовленні скла для кращих об'єктивів фотоапаратів і спеціальних захисних окулярів. У сплаві з магнієм лантан використовується для виготовлення деталей авіаційних двигунів.

Цікаво, що своєрідними "покладами" лантану є усім знайома рослина чорниця, зола якої містить до 0,17% окису лантану. Багато лантану в золі низькорослих карельських беріз.

Питання про вплив рідкісноземельних елементів на живі організми виникає невипадково. З одного боку, відомо, що рідкісні землі часто входять як домішка до складу найважливіших для агрохімії мінералів - фосфоритів і апатиту. З іншого боку, виявлені рослини, що можуть служити біохімічними індикаторами лантану і його аналогів. Так, наприклад, у золі листя південного горіха, гикори до 2,5% рідкісноземельних елементів. Підвищена концентрація цих елементів виявлена також у цукровому буряку і люпині. Вміст рідкісноземельних елементів у ґрунті тундр досягає майже 0,5%.

Малоймовірно, щоб ці розповсюджені елементи не впливали на розвиток рослин, а можливо й організмів, що стоять на інших сходинках еволюції. Ще в середині 30-х років радянський вчений А.А. Дробков досліджував вплив рідкісні земель на різні рослини. Він експериментував з горохом, ріпою й іншими культурами, уводив рідкісні землі разом з бором, чи марганцем без них. Результати дослідів доводили, що рідкісні землі потрібні для нормального розвитку рослин . Але пройшла чверть століття, перш ніж ці елементи стали відносно доступні. Остаточна відповідь на питання про біологічну роль лантану і його родини ще має бути встановлена.

Металурги в цьому значно обігнали агрохіміків. З лантаном зв'язана одна із найзначніших подій останніх десятиліть у чорній металургії.

Високоміцний чавун звичайно одержували, модифікуючи його магнієм. Фізичний зміст цієї добавки стане ясним, якщо згадати, що в чавуні 2-4,5% вуглецю у виді лускатого графіту, що і додає чавуну головний його технічний недолік - крихкість. Добавка магнію змушує графіт перейти в більш кулясту чи глобулярну форму, що рівномірно розподіляється в металі. У результаті значно поліпшується структура, а з нею і механічні властивості чавуна. Однак легування чавуна магнієм вимагає додаткових витрат: реакція йде дуже бурхливо, розплавлений метал бризкає в усі сторони, у зв'язку з чим доводиться споруджувати для цього процесу спеціальні камери.

Рідкісноземельні метали діють на чавун аналогічно: "забирають" домішки, зв'язують і виводять сірку, сприяють переходу графіту в глобулярну форму. І при цьому не вимагають спеціальних камер - реакція протікає спокійно. Такий чавун у багатьох випадках можна використовувати замість сталі, зокрема при виготовленні колінчатих валів. Мало того, що високоміцний чавун на 20- 25% дешевше сталевих виплавок - стійкість проти стирання в чавунних шийок валів виявилася в 2-3 рази вище, ніж у сталевих. Колінчаті вали з високоміцного чавуна вже працюють у тепловозах, тракторах і інших важких машинах.

Рідкісноземельні елементи вводять і до складу легких сплавів. Відомий, наприклад, жароміцний сплав алюмінію з 11% мишметалу. Добавки лантану, церію, неодиму і празеодиму дозволили в три з лишком рази підняти температуру розм'якшення магнієвих сплавів і одночасно підвищили їхню корозійну стійкість. Після цього сплави магнію з рідкісноземельними елементами стали застосовувати для виготовлення деталей надзвукових літаків і оболонок штучних супутників Землі.