Lanthan: Chemisches Element mit dem Symbol La und der Ordnungszahl 57

Es zählt zu den Übergangsmetallen sowie den Metallen der Seltenen Erden, im Periodensystem steht es in der 6. Periode und der 3. Nebengruppe, bzw. der 3. IUPAC-Gruppe oder Scandiumgruppe. Meist wird es auch zu den Lanthanoiden gezählt, auch wenn die f-Schale des Elementes unbesetzt ist.

Eigenschaften
[Xe] 5d1 6s2 Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Lanthan, La, 57
Elementkategorie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	3, 6, d
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7439-91-0
EG-Nummer	231-099-0
ECHA-InfoCard	100.028.272
Massenanteil an der Erdhülle	17 ppm (36. Rang)
Atomar
Atommasse	138,90547(7) u
Atomradius	195 pm
Kovalenter Radius	207 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 5d1 6s2
1. Ionisierungsenergie	5.5769(6) eV ≈ 538.09 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	11.18496(6) eV ≈ 1079.18 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	19.1773(6) eV ≈ 1850.33 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	49.95(6) eV ≈ 4820 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie	61.6(6) eV ≈ 5940 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	3
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	6,17 g/cm3 (20 °C)
Mohshärte	2,5
Magnetismus	paramagnetisch (χm = 5,4 · 10−5)
Schmelzpunkt	1193 K (920 °C)
Siedepunkt	3743 K (3470 °C)
Molares Volumen	22,39 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	400 kJ·mol−1
Schmelzenthalpie	6,2 kJ·mol−1
Schallgeschwindigkeit	2475 m·s−1
Elektrische Leitfähigkeit	1,626 · 106 S·m−1
Wärmeleitfähigkeit	13 W·m−1·K−1
Chemisch
Oxidationszustände	3
Normalpotential	−2,38 V (La3+ + 3 e− → La)
Elektronegativität	1,1 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA 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
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
Spin- Quanten- zahl I γ in rad·T−1·s−1 Er (1H) fL bei B = 4,7 T in MHz 138La 5 3,557 · 107 0,00008 26,39 139La 7/2 3,808 · 107 0,0605 28,18
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Pulver Gefahr H- und P-Sätze H: 228 EUH: 014 P: 210
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Im Jahr 1751 entdeckte der schwedische Mineraloge Axel Fredrik Cronstedt ein schweres Mineral aus der Mine von Bastnäs, später Cerite genannt. Dreißig Jahre später schickte der fünfzehnjährige Vilhelm Hisinger aus der Familie, der die Mine gehörte, eine Probe an Carl Scheele, der darin keine neuen Elemente fand. Im Jahr 1803, nachdem Hisinger Eisenmeister geworden war, kehrte er mit Jöns Jacob Berzelius zum Mineralstoff zurück und isolierte ein neues Oxid, das sie nach dem zwei Jahre zuvor entdeckten Zwergplaneten Ceres Ceria nannten. Ceria wurde gleichzeitig von Martin Heinrich Klaproth in Deutschland unabhängig isoliert. Zwischen 1839 und 1843 wurde Ceroxid vom schwedischen Chirurgen und Chemiker Carl Gustav Mosander, der im selben Haus wie Berzelius lebte, als Oxidgemisch bezeichnet: Er trennte zwei weitere Oxide, die er Lanthan und Didymia nannte. Er zerlegte eine Probe von Cernitrat teilweise, indem er sie an der Luft röstete und das resultierende Oxid dann mit verdünnter Salpetersäure behandelte. Da sich die Eigenschaften von Lanthan nur geringfügig von denen des Cers unterschieden und in seinen Salzen mitgegangen sind, nannte er es aus dem Altgriechischen λανθάνειν [lanthanein] („verborgen sein“). Das relativ reine Lanthanmetall wurde erstmals 1923 isoliert.

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

Nach einer aufwendigen 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.

 

Physikalische Eigenschaften

Das silberweiß glänzende Metall ist hämmerbar und plastisch verformbar (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.

${\displaystyle \mathrm {2\,La+1,5\,O_{2}\rightarrow \,La_{2}O_{3}\ _{\overrightarrow {\mathrm {3\,H_{2}O} }}\ 2\,La(OH)_{3}} }$ 
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.

${\displaystyle \mathrm {2\,La+6\,H_{2}O\rightarrow 2\,La(OH)_{3}+3\,H_{2}} }$ 
Lanthan in Wasser erzeugt Lanthanhydroxid und Wasserstoff.

In verdünnten Säuren löst sich Lanthan unter Wasserstoffentwicklung auf.

${\displaystyle \mathrm {2\,La+3\,H_{2}SO_{4}\rightarrow La_{2}(SO_{4})_{3}+3\,H_{2}} }$ 
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.

${\displaystyle \mathrm {La+n\,H_{2}\rightarrow LaH_{2n};1$ 

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.

Hochwertige Kathoden zur Erzeugung von freien Elektronen bestehen aus Lanthanhexaborid als Ersatz für Wolframdraht. Hochreines Lanthanoxid wird in der Glasindustrie zur Herstellung hochwertiger Gläser mit hohem Brechungsindex für die Optik genutzt, z. B. für Fotoobjektive.

Als Legierung

• 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 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

• In optischem Glas bewirkt Lanthanoxid einen hohen Brechungsindex und eine geringe Dispersion. Diese Gläser kommen in optischen Geräten, wie Kameras, Teleskopen, oder Brillen zum Einsatz.
• In Essgeschirr, etwa Weingläsern und in der Glasur von Porzellan ersetzt Lanthanoxid giftigere Bleiverbindungen. Außerdem verbessert es die chemische Beständigkeit gegen Laugen. Das Geschirr wird „spülmaschinenfest“.
• Katalysatorzusatz an Zeolithen beim Fluid Catalytic Cracking in der Raffinerie zur Erdölverarbeitung
• 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 (sogenannte Phosphatbinder, Ausfällung als schwerlösliches Lanthanphosphat)

Lanthan wird als wenig toxisch eingestuft. Eine toxische Dosis ist bisher unbekannt. Jedoch gilt Lanthan-Pulver als stark ätzend, weil es sehr leicht durch z. B. Hautfeuchtigkeit zu basischem Lanthanhydroxid reagiert (ähnlich den Elementen Calcium und Strontium). Die letale Dosis beträgt bei Ratten 720 mg.

In Verbindungen kann Lanthan als farbloses La³⁺ vorliegen.

• Lanthanfluorid LaF₃
• Lanthanchlorid LaCl₃
• Lanthanbromid LaBr₃
• Lanthaniodid LaI₃
• Lanthanhexaborid LaB₆
• Lanthanoxid La₂O₃

• Lanthannitrat La(NO₃)₃
• Lanthancarbonat La₂(CO₃)₃
• Lanthansulfat La₂(SO₄)₃
• Lanthanvanadat La(VO₄)

• Lanthanoxidfluorid LaOF
• Lanthansulfidfluorid LaSF
• Lanthansulfidchlorid LaSCl
• Lanthanfluoridcarbonat LaF[CO₃]
• Lanthanhydrid (LaH₁₀)

Supraleitung des Hydrids

Lanthanhydrid (LaH₁₀) ist ein Supraleiter mit einer Sprungtemperatur von 250 K (−23° C) bei einem Druck von ungefähr 170 Gigapascal.

 

Commons: Lanthan – Sammlung von Bildern und Audiodateien

 Wiktionary: Lanthan – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 

Wikisource: Ueber die das Cerium begleitenden neuen Metalle Lanthanium und Didymium, sowie über die mit der Yttererde vorkommenden neuen Metalle Erbium und Terbium – Quellen und Volltexte

• Eintrag zu Lanthan. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.