Thông tin về kim loại đất hiếm đại diện Lantan - Lanthanum

Lanthanum là một nguyên tố hóa học có ký hiệu La và số nguyên tử 57. Nó là một kim loại mềm, dễ uốn, màu trắng bạc, bị xỉn màu chậm khi tiếp xúc với không khí và đủ mềm để được cắt bằng dao. Nó là tên viết tắt của loạt lanthanide, một nhóm gồm 15 yếu tố tương tự giữa lanthanum và lutetium trong bảng tuần hoàn, trong đó lanthanum là nguyên mẫu đầu tiên và nguyên mẫu. Đôi khi nó cũng được coi là yếu tố đầu tiên của kim loại chuyển tiếp giai đoạn 6, sẽ đưa nó vào nhóm 3, mặc dù đôi khi lutetium được đặt ở vị trí này. Lanthanum theo truyền thống được tính trong số các nguyên tố đất hiếm. Trạng thái oxy hóa thông thường là +3. Lanthanum không có vai trò sinh học ở người nhưng rất cần thiết đối với một số vi khuẩn. Nó không đặc biệt độc hại đối với con người nhưng không cho thấy một số hoạt động kháng khuẩn.

Lanthanum thường thấy cùng với xeri và các nguyên tố đất hiếm khác. Lanthanum lần đầu tiên được tìm thấy bởi nhà hóa học người Thụy Điển Carl Gustav Mosander vào năm 1839 dưới dạng tạp chất trong cerium nitrate - do đó tên lanthanum, từ tiếng Hy Lạp cổ đại λλθάεννν (lanthanein), có nghĩa là "ẩn giấu". Mặc dù được phân loại là nguyên tố đất hiếm, lanthanum là nguyên tố phổ biến thứ 28 trong lớp vỏ Trái đất, gần gấp ba lần so với chì. Trong các khoáng chất như monazite và bastnäsite, lanthanum chiếm khoảng một phần tư hàm lượng lanthanide. Nó được chiết xuất từ ​​các khoáng chất này bởi một quá trình phức tạp đến mức kim loại lanthanum tinh khiết không bị cô lập cho đến năm 1923.

Các hợp chất Lanthanum có nhiều ứng dụng làm chất xúc tác, chất phụ gia trong thủy tinh, đèn hồ quang carbon cho đèn studio và máy chiếu, các yếu tố đánh lửa trong bật lửa và đèn pin, catốt điện tử, scintillator, điện cực GTAW và những thứ khác. Lanthanum carbonate được sử dụng làm chất kết dính phốt phát trong trường hợp suy thận.

Tính chất vật lý

Lanthanum là nguyên tố và nguyên mẫu đầu tiên của loạt lanthanide.  Trong bảng tuần hoàn, nó xuất hiện ở bên phải của bari kim loại kiềm thổ và bên trái của xanthanide cerium. Lanthanum thường được coi là một nguyên tố nhóm 3, cùng với các đồng loại nhẹ hơn scandium và yttri và đồng loại nặng hơn của nó, Actinium phóng xạ, mặc dù phân loại này đôi khi bị tranh cãi. Tương tự như scandium, yttri và Actinium, 57 electron của nguyên tử lanthanum được sắp xếp trong cấu hình [Xe] 5d16s2, với ba electron hóa trị bên ngoài lõi khí cao quý. Trong các phản ứng hóa học, lanthanum hầu như luôn từ bỏ ba electron hóa trị này từ các lớp con 5d và 6s để tạo thành trạng thái oxy hóa +3, đạt được cấu hình ổn định của xenon khí cao quý trước đó. Một số hợp chất lanthanum (II) cũng được biết đến, nhưng chúng kém bền hơn nhiều.

Trong số các lanthanides, lanthanum là ngoại lệ vì nó không có bất kỳ electron 4f nào; thật vậy, sự co lại đột ngột và giảm năng lượng của quỹ đạo 4f rất quan trọng đối với hóa học của lanthanide chỉ bắt đầu xảy ra ở xeri. Do đó, nó chỉ có tính thuận từ rất yếu, không giống như lanthanide mạnh về sau (với các ngoại lệ của hai loại cuối cùng, ytterbium và lutetium, trong đó vỏ 4f hoàn toàn đầy đủ). Hơn nữa, vì các điểm nóng chảy của lanthanide hóa trị ba có liên quan đến mức độ lai hóa của các electron 6s, 5d và 4f, lanthanum có điểm nóng chảy thấp thứ hai (sau xeri) trong số tất cả các lanthanide: 920 ° C. Các lanthanide trở nên cứng hơn khi loạt được chuyển qua: như mong đợi, lanthanum là một kim loại mềm. Lanthanum có điện trở suất tương đối cao 615 nΩm ở nhiệt độ phòng; so sánh, giá trị của nhôm dẫn tốt chỉ là 26,50 nΩm. Lanthanum là chất dễ bay hơi nhất trong số các lanthanides. Giống như hầu hết các lanthanide, lanthanum có cấu trúc tinh thể hình lục giác ở nhiệt độ phòng. Ở 310 ° C, lanthanum chuyển sang cấu trúc hình khối đặt chính giữa mặt và ở 865 ° C, nó thay đổi thành cấu trúc hình khối tập trung vào cơ thể.

Tính chất hóa học

Đúng như dự đoán từ các xu hướng định kỳ, lanthanum có bán kính nguyên tử lớn nhất của lanthanides và nhóm 3 nguyên tố ổn định. Do đó, nó là chất phản ứng mạnh nhất trong số chúng, làm mờ dần trong không khí và dễ dàng tạo thành oxit lanthanum (III), La2O3, gần như cơ bản như canxi oxit. Một mẫu lanthanum có kích thước centimet sẽ ăn mòn hoàn toàn trong một năm do oxit của nó bị bong ra như rỉ sắt, thay vì tạo ra một lớp phủ oxit bảo vệ như nhôm và các đồng loại nhẹ hơn của lanthanum scandium và yttri. Lanthanum phản ứng với các halogen ở nhiệt độ phòng để tạo thành trihalide và khi nóng lên sẽ tạo thành các hợp chất nhị phân với nitơ phi kim, carbon, lưu huỳnh, phốt pho, boron, selen, silic và asen. Lanthanum phản ứng chậm với nước tạo thành lanthanum (III) hydroxide, La (OH) 3. Trong axit sunfuric loãng, lanthanum dễ dàng tạo thành ion ba lần ngậm nước [La (H 2O) 9] 3+: đây là chất không màu trong dung dịch nước vì La3 + không có electron f.