稀土金属系列——镧


发布时间:2020-07-15 16:43 浏览量 512 views
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镧是一种金属稀土元素,原子序数57,原子量138.9055,元素名来源于希腊文,原意是“隐蔽”。银灰色光泽,质地较软,密度6.174g/cm³,熔点921℃,沸点3457℃;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。镧在地壳中的含量为0.00183%,在稀土元素中含量仅次于铈。镧有两种天然同位素:镧139和放射性镧138。

发现历史

发现时间和地点:1839,瑞典

发现人:卡尔•古斯塔法•莫桑德尔(Carl•Gustaf•Mosander)

镧于1839年1月,由在斯德哥尔摩的卡罗林斯卡研究所的Carl Gustav Mosander(卡尔•古斯塔法•莫桑德尔)发现。他从在1803已经发现的铈中提取了它。Mosander注意到他的大多数氧化铈样本不可溶,而有些是可溶的,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Mosander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,Mosander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。

基本信息

元素名称:镧(lán)

CAS号:7439-91-0

元素符号:La

元素英文名称:Lanthanum

核内质子数、核外电子数、核电荷数:57

质子质量:9.5361E-26

质子相对质量:57.399

所属周期:6

所属族数:IIIB

元素原子量:138.9

元素类型:金属

原子体积:(立方厘米/摩尔)

20.73

元素在太阳中的含量:(ppm)

0.002

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.0000026

地壳中含量(ppm):32

原子序数:57

氧化态:Main La+3

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。具提信息如下:

摩尔质量:139

密度:6.7

熔点:921℃

沸点:3457℃

外围电子排布:5d1 6s2

核外电子排布:2,8,18,18,9,2

电子层:K-L-M-N-O-P

外围电子层排布:5d1 6s2

晶体结构:晶胞为六方晶胞。

晶胞参数:

a = 377.2 pm

b = 377.2 pm

c = 1214.4 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度:2.5

声音在其中的传播速率:2475(m/S)

电离能 (kJ /mol)

M - M+ 538.1

M+ - M2+ 1067

M2+ - M3+ 1850

M3+ - M4+ 4819

M4+ - M5+ 6400

M5+ - M6+ 7600

M6+ - M7+ 9600

M7+ - M8+ 11000

M8+ - M9+ 12400

M9+ - M10+ 15900

颜色和状态:银白色金属

原子半径:2.74

常见化合价:+3

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。

贮存方法

加入密封的储藏器内,储存在阴凉、干燥的地方。确保工作间有良好的通风设施。远离火源、水源,避免与湿气接触。

切勿与氧化物,酸性物质保存在一起。必须保存于石蜡或矿物油中。

合成方法

 1、一般由水合氯化镧经脱水后,用金属钙还原,或由无水氯化镧经熔融后电解而制得 。

 2、70g LaCl₃、18.5g Ca在惰性气氛下彻底混合摇匀装入钽坩埚或用机动压力机压成圆柱体放入钽坩埚中,坩埚配有打孔的钽盖子以便通气,置于密闭MgO坩埚[d=2(in,in=0.0254m,下同),h=7(in,in=0?0254m,下同)]中。然后放在石英管[d=2.25(in,in=0.0254m,下同)]中,管的一端熔封,另一端打磨后使嵌入55/50锥形接头中。用石蜡将石英管密封在真空体系中。充入Ar(先经过热的金属铀纯化)达到P=1atm,用6kW感应炉加热到550~600℃,使反应发生(钽坩埚温度突然上升为据)。5min后达到1000℃,维持13min使产生的稀土金属完全结块。冷却到室温,用水浸泡钽坩埚以除掉CaCl₂、Ca,熔融的稀土金属保留在底部(1%~3% Ca)。

  3、在100mL镍坩埚中电解熔融50gKOH+20gNaOH+8gH₂O+10gLa₂O₃的混合物。镍坩埚置于300W的电炉中,用一支装金属箍头的玻璃温度计测量温度,厚的铂丝作为阳极稍稍浸入熔融物的液面下,坩埚作为阴极,电压4V。温度控制在300℃直至得到清澈的熔化物,5min后,当温度达310℃时,清澈的熔融物中开始出现沉淀。待观察到反应放热,停止加热,温度下降到290℃,持续20min后,轻轻倒出熔化物,得到晶体。熔融物在260~280℃再次加热2.5h,能够形成较好的晶体。产物用稀醋酸洗涤。

用途

 镧的主要用途

 1、金属镧壳用于生产镍氢电池,这是镧最主要的应用之一。

 2、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。由磷铈镧矿砂萃取或由灼烧碳酸镧或硝酸镧而得。也可以由镧的草酸盐加热分解可以制得。

 3、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。

  4、镧138是放射性的,半衰期为1.1×10¹¹年,曾被试用来治疗癌症。

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关键词 : 稀土金属
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