Was ist Lanthan?
Lanthan ist ein Element mit dem Elementsymbol La.
Es wurde 1839 von dem schwedischen Chemiker Carl Gustaf Mosander als Verunreinigung in Ceriumnitrat entdeckt. Es gehört zur Gruppe 3 des Periodensystems und ist auch der Namensgeber der Lanthanoiden, einer Gruppe von 15 Molekülen, die von Lanthan bis Lutetium (Lu) reicht.
Obwohl es zu den Seltenen Erden gehört, ist es in der Erdkruste etwa dreimal so häufig wie Blei und in Mineralien wie Phosphaten, Karbonaten und Silikaten enthalten.
Anwendungen von Lanthan
La2O3, ein Oxid von Lanthan, wird als Material für keramische Kondensatoren und optische Linsen verwendet; LaNi5 wird als Legierung mit Wasserstoffspeicherfähigkeiten untersucht und ist eines der Materialien, die im Anodenmaterial von wiederaufladbaren Nickel-Wasserstoff-Batterien verwendet werden.
Außerdem ist Lanthan im Vergleich zu anderen Lanthanidmetallen nur mit hohem Kostenaufwand zu isolieren und zu raffinieren. Daher wird es als Mischmetall mit mehr als 50 % Lanthan anstelle von reinem Lanthan entwickelt.
Außerdem wird Lanthancarbonat als Hemmstoff für die Phosphorabsorption bei Patienten mit Nierenversagen eingesetzt. Im Verdauungstrakt bilden Phosphorabsorptionshemmer Phosphorverbindungen, die die Absorption hemmen können.
Eigenschaften von Lanthan
Lanthan ist ein silbrig-weißes Metall mit streuenden Eigenschaften. Es rostet langsam an der Luft und ist weich genug, um mit einem Messer geschnitten zu werden.
Reagiert Lanthan bei Raumtemperatur mit Halogenen, so entstehen Trihalogenide. Beim Erhitzen entstehen binäre Verbindungen mit den Nichtmetallen Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Silicium, Selen und Arsen. Durch Reaktion mit Wasser kann Lanthanhydroxid (III) mit der chemischen Formel La(OH)3 entstehen. Mit verdünnter Schwefelsäure entsteht das hydratisierte dreifach positive Ion [La(H2O)9]3+, das eine farblose wässrige Lösung ist, da La3+ keine f-Elektronen besitzt.
Es ist das am wenigsten flüchtige Lanthanid mit einem Schmelzpunkt von 920 °C und einem Siedepunkt von 3 464 °C.
Struktur von Lanthan
Lanthan hat ein Atomgewicht von 138,91, eine Dichte von 6,162 g/cm3 bei Raumtemperatur und eine Flüssigkeitsdichte von 5,94 g/cm3 am Schmelzpunkt. Es hat den größten Atomradius aller Lanthanoide. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 5d1 6s2 und es hat drei Valenzelektronen. Die normale Oxidationszahl bei chemischen Reaktionen ist daher +3.
Wie die meisten Lanthanoide bildet es bei Raumtemperatur eine hexagonale Struktur, die bei 310 °C kubisch flächenzentriert wird und bei 865 °C in eine kubisch raumzentrierte Struktur übergeht.
Weitere Informationen über Lanthanoide
1. Lanthan-Produktion
Lanthan ist das dritthäufigste der Lanthanoiden. Es kommt in der Erdkruste mit etwa 39 mg/kg vor, nach Cer (66,5 mg/kg) und Neodym (41,5 mg/kg).
Wenn Flusssäure und Lanthanoxid zusammen mit Ammoniumchlorid oder Ammoniumfluorid bei 300-400 °C erhitzt werden, bilden sich Chloride und Fluoride. Durch anschließende Reduktion mit Alkali- oder Erdalkalimetallen im Vakuum oder mit Argon kann Lanthanmetall gewonnen werden.
Reines Lanthan kann auch durch Elektrolyse von geschmolzenen Gemischen aus LaCl3 oder NaCl oder KCl bei hohen Temperaturen gewonnen werden.
2. Lanthan-Isotope
Es gibt 117-155 Isotope von Lanthan, gemessen am Atomgewicht. Die natürlich vorkommenden stabilen Isotope sind 139La und 138La. Mit einer natürlichen Häufigkeit von 99,91 % ist 139La das am häufigsten vorkommende Isotop.138La ist ein radioaktives Isotop mit einer Halbwertszeit von 105 x 109 Jahren.
Es wurden achtunddreißig radioaktive Isotope identifiziert: 137La hat eine Halbwertszeit von 60 000 Jahren und 140La eine Halbwertszeit von 1,6781 Tagen. Die meisten anderen Isotope haben Halbwertszeiten von weniger als 24 Stunden, die meisten sogar von weniger als einer Minute. Für Lanthan sind außerdem drei Kernisomere bekannt.
3. Lanthan-Gefahren
Lanthan ist schwach bis mäßig giftig und muss mit Vorsicht gehandhabt werden. Bei der Injektion von Lanthan-Lösungen kann es zu Hypotonie und Hyperglykämie sowie zu Leberveränderungen und Milzdegenerationen kommen.
Lanthan kann auch den menschlichen Stoffwechsel beeinträchtigen. Insbesondere verringert es den Cholesterinspiegel, den Appetit, den Blutdruck und das Risiko der Blutgerinnung. Wenn es ins Gehirn injiziert wird, wirkt es als Schmerzmittel ähnlich wie Morphin und Opiate.