Was ist Lanthanoxid?
Lanthanoxid ist ein weißes bis fast weißes Pulver, eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel La2O3, dem Molekulargewicht 325,81 und der CAS-Registrierungsnummer 1312-81-8.
Die wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften von Lanthanoxid sind ein Schmelz-/Gefrierpunkt von 2315 °C und ein Siedepunkt bzw. erster Destillationspunkt und Siedebereich von 4200 °C. Es ist in Salzsäure und Salpetersäure löslich und in Wasser praktisch unlöslich.
Lanthanoxid ist außerdem hygroskopisch und nimmt leicht Kohlendioxid aus der Luft auf. Für Lanthanoxid gibt es keine wichtigen nationalen Rechtsvorschriften.
Anwendungen von Lanthanoxid
Lanthanoxid wird in der Optikbranche als Rohstoff für optische Linsen verwendet. Es ist auch als Rohstoff für PLZT (Bleilanthanzirkonattitanat) bekannt, das durch seine Verwendung in PLCs (planare Lichtwellenschaltungen) an Bedeutung gewinnt. Im Bereich der elektronischen Bauteile kann es auch als Rohstoff für Keramikkondensatoren und Batteriematerialien verwendet werden.
Lanthanoxid wird auch als Trägermaterial für Zirkoniumoxid (Zr) verwendet, das als Träger für Autoabgaskatalysatoren bekannt ist.
Eigenschaften von Lanthanoxid
Lanthanoxid ist ein geruchloser weißer Feststoff. Je nach pH-Wert der Verbindung können verschiedene Kristallstrukturen erhalten werden.
Lanthanoxid ist hygroskopisch und nimmt daher mit der Zeit an der Luft Feuchtigkeit auf, wobei es sich in Lanthanhydroxid umwandelt. Lanthanoxid hat Halbleitereigenschaften vom p-Typ und eine Bandlücke von etwa 5,8 eV.
Der durchschnittliche spezifische Widerstand bei Raumtemperatur beträgt 10 kΩ-cm und nimmt mit steigender Temperatur ab. Lanthanoxid hat eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante von ε = 27 und weist die niedrigste Gitterenergie aller Seltenerdoxide auf.
Struktur von Lanthanoxid
La2O3 weist bei niedrigen Temperaturen eine hexagonale A-M2O3-Struktur auf: Das La3+-Metallatom ist von sieben O2-Atom-Koordinationsgruppen umgeben, und die Sauerstoffionen um das Metallatom haben eine oktaedrische Form. Auf einer Seite des Oktaeders befindet sich ein Sauerstoffion.
Im Gegensatz dazu geht La2O3 bei hohen Temperaturen in eine kubische Struktur von C-M2O3 über: Die La3+-Ionen sind von sechs O2–Ionen umgeben und haben eine hexagonale Form.
Weitere Informationen über Lanthanoxid
1. Synthese von Lanthanoxid
Lanthanoxid kann in polymorphe Formen kristallisiert werden. Zur Herstellung von hexagonalem La2O3 wird ein vorgewärmtes Substrat, das in der Regel aus Metallchalkogeniden besteht, mit einer 0,1 M LaCl3-Lösung besprüht. Bei diesem Verfahren finden zwei Stufen der Hydrolyse und Dehydratisierung statt.
Das Tensid Natriumlaurylsulfat und 2,5 % NH3 können auch kombiniert werden, um hexagonales La2O3 zu erhalten. Aus dieser wässrigen Lösung wird eine kleine Menge La(OH)3 ausgefällt, die dann 24 Stunden lang bei 80 °C erhitzt und gerührt wird, um La2O3 zu erhalten.
2. Reaktion von Lanthanoxid
Lanthanoxid wird als Zusatzstoff für die Entwicklung bestimmter ferroelektrischer Materialien verwendet, insbesondere für La-dotiertes Bi4Ti3O12 (BLT). Optische Gläser, die für optische Materialien verwendet werden, sind häufig mit La2O3 dotiert, das den Brechungsindex, die mechanische Festigkeit und die chemische Beständigkeit des Glases verbessern kann.
Das Mischen einer 3:1-Reaktion von B2O3 und La2O3 in Glasverbundwerkstoffe führt zu einem niedrigeren Schmelzpunkt, da das hohe Molekulargewicht von Lanthan die homogene Schmelzmischung erhöht. Die Zugabe von La2O3 zum geschmolzenen Glas erhöht die Glasübergangstemperatur von 658 °C auf 679 °C. Die Zugabe von La2O3 kann auch die Dichte, den Brechungsindex und die Mikrohärte des Glases erhöhen.
3. Zusammen mit Lanthanoxid gewonnene Elemente
Die langfristige Analyse und Zersetzung des Erzes Gadolinit hat zur Entdeckung mehrerer Elemente geführt. Mit fortschreitender Analyse des Gadolinits wurden die Rückstände zunächst mit Ceroxid, dann mit Lanthanoxid und schließlich mit Yttriumoxid und Elfenbein markiert.
Einige dieser neuen Elemente wurden von Carl Gustaf Mosander entdeckt und isoliert.