Lanthan

Isotop	NH	t_1/2	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
¹³⁸La	0,09 %	1,05 · 10¹¹ a	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	f_L 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 ^[1]

Pulver

Leicht-
entzündlich

(F)

R- und S-Sätze

R: 11

S: 16-33-36/37/39

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), deren Namensgeber es ist. Das Element wird den Metallen der seltenen Erden zugeordnet.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Vorkommen
3 Gewinnung und Darstellung
4 Eigenschaften
- 4.1 Chemische Eigenschaften
5 Verwendung
- 5.1 Als Legierungsmetall
6 Biologische Bedeutung
7 Sicherheitshinweise
8 Verbindungen
9 Einzelnachweise
10 Weblinks

Geschichte

Lanthan (griech. λαυθάυειυ, 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

Lanthan

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.

$\mathrm{2\,La + 3\,O_2 \rightarrow \,La_2O_3\ _{\overrightarrow{\mathrm{2\,H_2O}}}\ 2\,La(OH)_3}$

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.

$\mathrm{2\,La + 6\,H_2O \rightarrow 2\,La(OH)_3 + 3\,H_2}$

Lanthan in Wasser erzeugt Lanthanhydroxid und Wasserstoff.

In verdünnten Säuren löst sich Lanthan unter Wasserstoffentwicklung auf.

$\mathrm{2\,La + 3\,H_2SO_4 \rightarrow La_2(SO_4)_3 + 3\,H_2}$

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.

$\mathrm{La + n\,H_2 \rightarrow LaH_{2n}; 1 < n < 1,5}$

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 Glühkathoden für 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 wird als wenig toxisch eingestuft. Eine toxische Dosis ist bisher unbekannt. Jedoch gilt Lanthan - Pulver als stark ätzend weil es seht leicht durch z.B. Haut-Feuchtigkeit zu basischem Lanthanhydroxid reagiert (ähnlich dem Element Calcium und Strontium. Die letale Dosis beträgt bei Ratten 720mg. ^[2]

Verbindungen

In Verbindungen liegt Lanthan als farbloses La³⁺ vor.

Einzelnachweise

↑ Eintrag zu Lanthan in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 29. Aug. 2007 (JavaScript erforderlich)
↑ Lucien F. Trueb: Die chemischen Elemente, Ein Streifzug durch das Periodensystem, S. Hirzel Verlag Stuttgart/Leipzig 1996, ISBN 3-7776-0674-X