Lanthan

Eigenschaften
[Xe]5d16s2 57 La Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Lanthan, La, 57
Serie	Lanthanoid
Gruppe, Periode, Block	3, 6, f
Aussehen	silbrig weiß
Massenanteil an der Erdhülle	2 · 10−3 %
Atomar
Atommasse	138,9055 u
Atomradius (berechnet)	195 (-) pm
Kovalenter Radius	169 pm
Van-der-Waals-Radius	- pm
Elektronenkonfiguration	[Xe]5d16s2
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 18, 9, 2
Austrittsarbeit	- eV
1. Ionisierungsenergie	538,1 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1067 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	1850,3 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	3
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	6,146 g/cm3
Mohshärte	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
Spezifische Wärmekapazität	190 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	1,26 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit	13,5 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3
Oxide (Basizität)	La2O3
Normalpotential	−2,522 V (La3+ + 3e− → La)
Elektronegativität	1,1 (Pauling-Skala)
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 · 1011 a ε 1,737 138Ba β- 1,044 138Ce 139La 99,91 % Stabil 140La {syn.} 1,6731 d β- 3,762 140Ce 141La {syn.} 3,92 h β- 2,502 141Ce
NMR-Eigenschaften
Spin γ in rad·T−1·s−1 E fL bei B = 4,7 T in MHz 138La 5 3,529 · 107 0,0919 26,4 139La 7/2 3,779 · 107 0,0592 28,3
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
pulverförmiges Lanthan: F Leichtent- zündlich  [1]
R- und S-Sätze	R: 11 [1]
	S: 16-33-36/37/39 [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Lanthan [lanˈtaːn] ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol La und der Ordnungszahl 57. Lanthan gehört zur Gruppe der Lanthanoide (veraltet Lanthanide) ab, deren Namensgeber es ist. Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.

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Geschichte

Lanthan (griechisch lanthanein „versteckt“) 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:

• Monazit ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄)
• Bastnäsit ((Ce, La, Y)CO₃F)

Gewinnung und Darstellung

Nach einer aufwändigen 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.

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 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 ist schwach giftig und sollte mit Vorsicht gehandhabt werden.

Verbindungen

In Verbindungen liegt Lanthan als farbloses La³⁺ vor.

• Lanthanoxid
• Lanthancarbonat

Quellen

1. ↑ ^{a b c} Eintrag zu CAS-Nr. 7439-91-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 29. Aug. 2007 (JavaScript erforderlich)