Lanthanum: Het element

Lanthanum is een zacht, taai, buigbaar, zilverwit metallic element, dat met een mes gesneden kan worden. Het is een zeldzaam aardmetaal en het eerste element van de lanthanide reeks. Blootgesteld aan de lucht oxideert het relatief snel tot lanthanumoxide. Het metaal wordt gevonden in zeldzame aardmineralen, vaak samen met andere zeldzame aardmetalen. De naam lanthanum komt van het Grieks lanthanō dat “ligt verborgen” betekent. Lanthaan werd ontdekt in 1839 door de Zweedse chemicus Carl Gustav Mosander, maar pas gewonnen in zuivere vorm in 1923. Het element heeft ruime toepassing in de hightech industrie.

Plaats van lanthanum in het periodiek systeem

Lanthanum is een chemisch element met het symbool La and atoomnummer 57.
Het heeft een hexagonaal rooster bij kamertemperatuur, bij 310 °C verandert het rooster in kubisch vlakkengecenterd en bij 865 °C in een ruimtelijkgecenterd rooster. Carl G Mosander onderzocht verontreinigingen in cerium monsters, door ceriumnitraat (Ce (NO3 )) te behandelen met verdund salpeterzuur (HNO3) en vond de nieuwe stof lanthaan (La2O3). Ongeveer 0,002% van de aardkorst bestaat uit lanthaan. Heden wordt lanthaan verkregen uit monaziet zand ((Ce, La, Th, Nd, Y) PO4) en bastnasite mineralen die rijk zijn aan zeldzame aardmetalen.

De chemische eigenschappen van Lanthanum

De fysische eigenschappen van Lanthanium

De isotopen van Lanthanium

Lanthanum heft 31 isotopes met massa nummers 119 tot 150. 139La is stabiel. In de natuur voorkomend lanthanum is een mengsel van de twee isotopes 138La en 139La met een aandeel van respectievelijk 0.09% en 99.91%.

Gebruikseigenschappen

Lanthanum bestaat als driewaardige ion, La 3+, en als La2+, de eerste is de stabielste in de lanthaanverbindingen. LaH3 is stabieler dan LaH2. Lanthanum brandt spontaan boven 150 °C en vormt lanthanumoxide:

• 4 La + 3 O2 → 2 La2O3

Lanthanum reageert langzaam met koud water en relatief snel met heet water om lanthanumhydroxide te vormen:

• 2 La (s) + 6 H2O (l) → 2 La(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Lanthanum is reactief en vormt verbindingen met koolstof, stikstof, borium, selenium, silicium, fosfor, zwavel, en met de halogenen.
Lanthanum reageert met alle halogenen. De reactie verloopt heftig boven de 200 °C:

• 2 La (s) + 3 F2 (g) → 2 LaF3 (s)
• 2 La (s) + 3 Cl2 (g) → 2 LaCl3 (s)
• 2 La (s) + 3 Br2 (g) → 2 LaBr3 (s)
• 2 La (s) + 3 I2 (g) → 2 LaI3 (s)

Lanthaan en lanthaanverbindingen worden beschouwd als matig giftig.

Voorkomen van lanthanum

Lanthaan behoort tot de zeldzame aardmetalen, maar is niet zeldzaam. "Zeldzame aardmetalen" kregen hun naam omdat in vergelijking met andere mineralen toentertijd maar een paar vindplaatsen bekend waren en omdat de winning moeilijk, tijdrovend en duur was.
Monaziet (Ce, La, Th, Nd, Y) PO4 en bastnasite (Ce, La, Y) CO3F, zijn de belangrijkste ertsen. Lanthanum wordt verkregen uit z’n oxiden door verhitting met ammoniumchloride bij 300-400 °C om lanthanumchloride te produceren:

• La2O3 + 6 NH4Cl → 2 LaCl3 + 6 NH3 + 3 H2O

Gevolgd door reductie met alkali- of aardalkalimetaal in vacuüm of edelgas atmosfeer:

• LaCl3 + 3 Li → La + 3 LiCl

Ook kan zuivere lanthaan worden verkregen via elektrolyse van watervrije gesmolten mengsel van LaCl3 en NaCl of KCl bij hogere temperatuur.

Toepassingen van lanthanum

• Mischmetaal is een legering van Zeldzame aardmetalen, gebruikt om vuurstenen te maken voor aanstekers. Een typische samenstelling is 50% cerium en 25% lanthaan. Een legering uit alleen zeldzame aardmetalen is te zacht en wordt daarom gemengd met ijzer-en magnesiumoxide om een harder materiaal te vormen (ferrocerium).
• Gebruikt in koolbooglampen die worden gebruikt in de filmindustrie voor studioverlichting en projector lichten.
• Lanthaan gebruikt in nikkel-metaal hydride accu's. De meeste hybride auto's gebruiken nikkel-metaal hydride accu's, er zijn relatief grote hoeveelheden lanthaan voor nodig. Een hybride auto-accu voor bijvoorbeeld een Toyota Prius bevat 10 tot 15 kg lanthaan.
• Lanthaanfluoride (LaF3) is een essentieel onderdeel van een zware fluoride glas genaamd ZBLAN. Dit glas heeft een superieure transmissie in het infrarode bereik en gebruikt voor vezel-optische communicatiesystemen.
• Lanthaanoxide wordt gebruikt als een additief korrelgroei tijdens de vloeibare fase sinteren siliciumnitride en zirkonium diboride. Lanthaanoxide (La2O3) wordt gebruikt om het glas van cameralenzen en andere speciale lenzen te vervaardigen
• Lanthaanoxyde en -boride worden gebruikt in elektronische vacuümbuizen bij hete kathode materialen met een sterke emissie van elektronen. Lanthaanboride LaB6 wordt gebruikt voor grote helderheid en een langere levensduur.
• Gebruikt voor het maken van speciaal optisch glas (infrarood adsorberend) voor camera en telescoop lenzen. Lanthaan wordt gebruikt om nachtzicht "brillen" te maken. Hoge kwaliteit camera en telescoop lenzen bevatten lanthanumoxide (La2O3).
• Lanthaan(III)oxide (La2O3) verbetert de alkali weerstand van glas en wordt gebruikt bij het maken van speciale optische glazen, zoals infrarood-absorberend glas, alsmede als camera en telescooplenzen.
• Lanthaan-barium radiometrische datering wordt gebruikt om de leeftijd van gesteenten te bepalen.
• Lanthaanfluoride wordt gebruikt als coating voor de fluorescentielamp.
• Phoslock is een gemodificeerde klei welke opgeloste fosfor verwijdert uit alle soorten water zoals zoet, brak en zout water. De verwijdering van fosfor vermindert de algenbloei. Phoslock is een klei (bentoniet) gecombineerd met lanthaan. Lanthaan bindt het fosfor tot lanthaanfosfaat dat onoplosbaar is waardoor de fosfor opgesloten blijft binnen de klei.
• Verschillende verbindingen van lanthaan met andere zeldzame aardmetalen (oxides, chloriden, etc.) zijn onderdelen van diverse katalytische processen..
• Alle Zeldzame aardmetalen hebben vergelijkbare chemische eigenschappen. Lanthaan wordt gebruikt in huishoudelijke apparatuur zoals kleuren tv, fluorescentie lampen, energie spaarlampen.
• Het wordt toegevoegd aan staalbaden om de eigenschappen van staallegeringen te verbeteren.
• Lanthaancarbonaat (La2 (CO3) 3) is goedgekeurd als een medicijn Fosrenol (absorberen overtollige fosfaat in gevallen van nierfalen) voor de behandeling van nierfalen. Te veel fosfaat in het bloed kan botproblemen geven. Lanthaan geneesmiddel is een fosfaatbinder. Lanthaancarbonaat wordt geleverd als een kauwtablet.

Effect lanthanum op milieu en volksgezondheid

• Lanthaan is een van de meest reactieve elementen van de zeldzame aardmetalen: het oxideert in lucht en reageert met water om hydroxide plus zeer brandbaar waterstofgas te vormen. De zouten zijn meestal onoplosbaar.
• Lanthaan is licht toxisch, het is gevaarlijk in slecht geventileerde werkruimten, omdat dampen geïnhaleerd worden. Bij langdurig inhaleren van lanthanum dampen is er kans op longkanker. Het kan de lever beschadigen wanneer het zich ophoopt in het lichaam.
• Lanthaan wordt gedumpt in het milieu, door o.a. olieverwerkende industrie. Het kan ook het milieu terecht komen door het weggooien van huishoudelijke apparatuur. Lanthaan zal geleidelijk aan ophopen in de bodem en dat zal uiteindelijk leiden tot een toenemende concentratie in mens en dier. Lanthaan veroorzaakt bij waterdieren beschadiging van de cellen, met negatieve gevolgen voor de voortplanting en de werking van het zenuwstelsel. Het hoopt zich bovendien op in de spieren.
• Koolbooglicht leidt tot blootstelling aan dampen van zeldzame aardmetaaloxiden en –fluoriden. Soms leidt dat tot pneumoconiosis. (Longziekte door langdurig inademen van een stof)