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镧,Lanthanum,金属镧

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(lán),英文为Lanthanum,元素符号La,元素周期表中原子序数为57,相对原子质量138.9055,是ⅢB金属元素。是一种银灰色光泽,质地较软的金属元素。它的密度为6.174g/cm3,熔点921℃,沸点3457℃。的化学性质活泼,暴露于空气中很快失去金属光泽生成一层蓝色的氧化膜,但是它并不能保护金属,继而进一步氧化生成白色的氧化物粉末。能和冷水缓慢作用,易溶于酸,可以多种非金属反应。金属镧一般保存于矿物油或稀有气体中。在地壳中的含量为0.00183%,在稀土元素中含量仅次于铈。有两种天然同位素:镧139和放射性镧138。

镧的发现简史

镧在1839年1月,被斯德哥尔摩的卡尔·古斯塔法·莫桑德尔(Carl·Gustaf·Mosander)所发现。他早在1803已经发现的铈中提取了它。莫桑德尔注意到他的大多数氧化铈样本不可溶,而有些是可溶的,因此他推断这是一种新元素的氧化物。他的发现的消息传开了,但莫桑德尔出奇的沉默。

同年,Axel Erdmann,一位同样来自卡罗林斯卡研究所的学生,他从一种来自位于挪威峡湾的Låven岛的新矿物中发现了镧。

最终,莫桑德尔解释了他的延迟,说他从铈中提取出了第二种元素,他称之为didymium(镨钕混合物)。然而他没有意识到didymium也是混合物,在1885年它被分离成了镨和钕。

镧的相关历史

铈和钇被发现后,虽然一些化学家们意识到,它们不是纯净的元素,但是直到它们被发现大约40年后,由于瑞典化学家莫桑德尔等人耐心的分析才把谜解开。

莫桑德尔是贝齐里乌斯的学生和助手,他对发现和研究稀土元素作出较大贡献。1839年他将硝酸铈加热分解,发现只有一部分溶解在硝酸中。他把溶解的氧化物称为镧土(lanthana),元素称为lanthanum(镧),元素符号是La,来自希腊文lanthanō(“隐藏”)。

镧以及接着发现的铒、铽打开了发现稀土元素的第二道大门,是发现稀土元素的第二阶段。他们的发现是继铈和钇两个元素后又找到稀土元素中的三个。

镧的用途

金属镧壳用于生产镍氢电池,这是镧最主要的应用之一。

镧还主要用于制造制特种合金精密光学玻璃、高折射光学纤维板,适合做摄影机、照相机、显微镜镜头和高级光学仪器棱镜等。还用了制造陶瓷电容器、压电陶瓷掺入剂和X射线发光材料溴氧化镧粉等。用镧制造的这些设备都较为昂贵。

镧也可用作多种反应的催化剂,如掺杂氧化镉时催化一氧化碳的氧化反应,掺杂钯时催化一氧化碳加氢生成甲烷的反应。浸渗入氧化锂或氧化锆(1%)的氧化镧可用于制造铁氧体磁体。是甲烷氧化偶联生成乙烷和乙烯的非常有效的选择性催化剂。用于改进钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)铁电体的温度相依性和介电性质,以及制造纤维光学器件和光学玻璃。

镧还可做储氢材料、磁制冷材料、屏蔽材料、过共晶合金变质剂等用途。

医学上,由于镧具有放射性,其半衰期为1.1×1011年,因此曾被试用来治疗癌症。

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镧的性质

物理性质

金属镧是银白色的金属,质软易切割。新鲜截面呈银灰色,在空气中易被氧化。有三种晶型,α型,六方晶系,β型,面心立方堆积,350℃稳定存在,密度=6.19g/cm3;γ型,>868℃稳定存在,密度=5.98g/cm3。避免与酸、氧化物、卤素、硫磺接触。遇热、明火、氧化剂等物质接触有引起燃烧危险。一般封存于固体石蜡或浸于煤油中易受无机酸的侵蚀。

化学性质

金属镧的化学性质活泼,易溶于稀酸。在空气中易氧化,新鲜的表面遇空气迅速变暗;加热能燃烧,生成氧化物和氮化物。在氢气中加热生成氢化物,在热水中反应强烈并放出氢气。镧存在于独居石沙和氟碳铈镧矿中。镧单质是可锻压、可延展的银白色金属;熔点921°C,沸点3457°C,密度6.174克/立方厘米。镧化学性质活泼,在冷水中缓慢腐蚀,热水中加快;镧可直接与碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、卤素等反应;镧的化合物呈反磁性。高纯氧化镧可用于制造精密透镜;镧镍合金可做储氢材料,六硼化镧广泛用作大功率电子发射阴极。

镧的制取方法

熔盐电解

稀土卤化物熔盐是强电解质,熔融状态下是离子导体,具有良好的导电及离子迁移性能。

1.氯化物体系熔盐电解法

  稀土氯化物熔盐电解法多采用LaCl3-KCl二元熔盐体系,以钨或钼为阴极,石墨为阳极,通直流电进行电解得到金属镧。该方法可制得纯度约为99﹪的金属镧。

2.氟化物体系熔盐电解法

  氟化物体系熔盐电解法采用LaF3-LiF或LaF3-LiF-BaF2熔盐体系,以稀土氧化物为电解原料,钼或钨为阴极,石墨为阳极,通直流电进行电解得到金属镧。该方法可制得纯度约99.5﹪的金属镧。

金属热还原

稀土氧化物很稳定,难以直接还原成金属(高蒸气压金属除外),故一般以稀土卤化物为原料,碱金属或碱土金属为还原剂,在保护性气氛及高温下进行还原反应,再经冷却、分离制得单一稀土金属。

1.锂热还原

氯化镧锂热还原方程式为La

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