鑭(金屬元素):發現歷史,基本信息,物理性質,化學性質,貯存方法,合成方法,用途,

鑭是一種金屬稀土元素，原子序數57，原子量138.9055，元素名來源於希臘文，原意是“隱蔽”。銀灰色光澤，質地較軟，密度6.174g/cm³，熔點921℃，沸點3457℃；化學性質活潑，暴露於空氣中很快失去金屬光澤生成一層藍色的氧化膜，但是它並不能保護金屬，繼而進一步氧化生成白色的氧化物粉末。能和冷水緩慢作用，易溶於酸，可以多種非金屬反應。金屬鑭一般保存於礦物油或稀有氣體中。鑭在地殼中的含量為0.00183%，在稀土元素中含量僅次於鈰。鑭有兩種天然同位素：鑭139和放射性鑭138。

基本介紹

中文名：鑭
外文名：Lanthanum
元素符號：La
原子量：138.9055
族群：鑭系
原子序數：57
發現人：莫桑德爾

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發現歷史

發現時間和地點：1839，瑞典

發現人：卡爾·古斯塔法·莫桑德爾（Carl·Gustaf·Mosander）

鑭於1839年1月，由在斯德哥爾摩的卡羅林斯卡研究所的Carl Gustav Mosander（卡爾·古斯塔法·莫桑德爾）發現。他從在1803已經發現的鈰中提取了它。Mosander注意到他的大多數氧化鈰樣本不可溶，而有些是可溶的，他推斷這是一種新元素的氧化物。他的發現的訊息傳開了，但Mosander出奇的沉默。

同年，Axel Erdmann，一位同樣來自卡羅林斯卡研究所的學生，他從一種來自位於挪威峽灣的Låven島的新礦物中發現了鑭。

最終，Mosander解釋了他的延遲，說他從鈰中提取出了第二種元素，他稱之為didymium（鐠釹混合物）。然而他沒有意識到didymium也是混合物，在1885年它被分離成了鐠和釹。

基本信息

元素名稱：鑭（lán）

CAS號：7439-91-0

元素符號：La

元素英文名稱：Lanthanum

核內質子數、核外電子數、核電荷數：57

質子質量：9.5361E-26

質子相對質量：57.399

所屬周期：6

所屬族數：IIIB

元素原子量：138.9

元素類型：金屬

原子體積:(立方厘米/摩爾)

20.73

元素在太陽中的含量:(ppm)

0.002

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.0000026

地殼中含量（ppm）：32

原子序數：57

氧化態：Main La+3

物理性質

金屬鑭是銀白色的金屬，質軟易切割。新鮮截面呈銀灰色，在空氣中易被氧化。有三種晶型，α型，六方晶系，β型，面心立方堆積，350℃穩定存在，密度=6.19g/cm³；γ型，>868℃穩定存在，密度=5.98g/cm³。避免與酸、氧化物、鹵素、硫磺接觸。遇熱、明火、氧化劑等物質接觸有引起燃燒危險。一般封存於固體石蠟或浸於煤油中易受無機酸的侵蝕。具提信息如下：

摩爾質量：139

密度：6.7

熔點：921℃

沸點：3457℃

外圍電子排布：5d1 6s2

核外電子排布：2,8,18,18,9,2

電子層：K-L-M-N-O-P

外圍電子層排布：5d1 6s2

晶體結構：晶胞為六方晶胞。

晶胞參數：

a = 377.2 pm

b = 377.2 pm

c = 1214.4 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度：2.5

聲音在其中的傳播速率：2475（m/S）

電離能 (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

顏色和狀態：銀白色金屬

原子半徑：2.74

常見化合價：+3

化學性質

金屬鑭的化學性質活潑，易溶於稀酸。在空氣中易氧化，新鮮的表面遇空氣迅速變暗；加熱能燃燒，生成氧化物和氮化物。在氫氣中加熱生成氫化物，在熱水中反應強烈並放出氫氣。鑭存在於獨居石沙和氟碳鈰鑭礦中。鑭單質是可鍛壓、可延展的銀白色金屬；熔點921°C，沸點3457°C，密度6.174克/立方厘米。鑭化學性質活潑，在冷水中緩慢腐蝕，熱水中加快；鑭可直接與碳、氮、硼、硒、矽、磷、硫、鹵素等反應；鑭的化合物呈反磁性。高純氧化鑭可用於製造精密透鏡；鑭鎳合金可做儲氫材料，六硼化鑭廣泛用作大功率電子發射陰極。

貯存方法

加入密封的儲藏器內，儲存在陰涼、乾燥的地方。確保工作間有良好的通風設施。遠離火源、水源，避免與濕氣接觸。

切勿與氧化物，酸性物質保存在一起。必須保存於石蠟或礦物油中。

合成方法

1.一般由水合氯化鑭經脫水後，用金屬鈣還原，或由無水氯化鑭經熔融後電解而製得。

2.70g LaCl₃、18.5g Ca在惰性氣氛下徹底混合搖勻裝入鉭坩堝或用機動壓力機壓成圓柱體放入鉭坩堝中，坩堝配有打孔的鉭蓋子以便通氣，置於密閉MgO坩堝[d=2(in,in=0.0254m,下同),h=7(in,in=0?0254m,下同)]中。然後放在石英管[d=2.25(in,in=0.0254m,下同)]中，管的一端熔封，另一端打磨後使嵌入55/50錐形接頭中。用石蠟將石英管密封在真空體系中。充入Ar(先經過熱的金屬鈾純化)達到P=1atm，用6kW感應爐加熱到550~600℃，使反應發生(鉭坩堝溫度突然上升為據)。5min後達到1000℃，維持13min使產生的稀土金屬完全結塊。冷卻到室溫，用水浸泡鉭坩堝以除掉CaCl₂、Ca，熔融的稀土金屬保留在底部(1%~3% Ca)。

3.在100mL鎳坩堝中電解熔融50gKOH+20gNaOH+8gH₂O+10gLa₂O₃的混合物。鎳坩堝置於300W的電爐中，用一支裝金屬箍頭的玻璃溫度計測量溫度，厚的鉑絲作為陽極稍稍浸入熔融物的液面下，坩堝作為陰極，電壓4V。溫度控制在300℃直至得到清澈的熔化物，5min後，當溫度達310℃時，清澈的熔融物中開始出現沉澱。待觀察到反應放熱，停止加熱，溫度下降到290℃，持續20min後，輕輕倒出熔化物，得到晶體。熔融物在260~280℃再次加熱2.5h，能夠形成較好的晶體。產物用稀醋酸洗滌。

用途

鑭的主要用途

1、金屬鑭殼用於生產鎳氫電池，這是鑭最主要的套用之一。
2、主要用於製造制特種合金精密光學玻璃、高折射光學纖維板，適合做攝影機、照相機、顯微鏡鏡頭和高級光學儀器稜鏡等。還用了製造陶瓷電容器、壓電陶瓷摻入劑和X射線發光材料溴氧化鑭粉等。由磷鈰鑭礦砂萃取或由灼燒碳酸鑭或硝酸鑭而得。也可以由鑭的草酸鹽加熱分解可以製得。

3、用作多種反應的催化劑，如摻雜氧化鎘時催化一氧化碳的氧化反應，摻雜鈀時催化一氧化碳加氫生成甲烷的反應。浸滲入氧化鋰或氧化鋯(1%)的氧化鑭可用於製造鐵氧體磁體。是甲烷氧化偶聯生成乙烷和乙烯的非常有效的選擇性催化劑。用於改進鈦酸鋇(BaTiO₃)、鈦酸鍶(SrTiO₃)鐵電體的溫度相依性和介電性質，以及製造纖維光學器件和光學玻璃。

4、鑭138是放射性的，半衰期為1.1×10¹¹年，曾被試用來治療癌症。

化合物

氧化鑭

名稱：氧化鑭;lanthanum oxide

資料： La₂O₃ 分子量325．84

白色無定形粉末。密度6.51g/cm³。

熔點2217℃。沸點4200℃。微溶於水，易溶於酸而生成相應的鹽類。露置空氣中易吸收二氧化碳和水，逐漸變成碳酸鑭。灼燒的氧化鑭與水化合放出大量的熱。

套用領域：主要用於製造制特種合金精密光學玻璃、高折射光學纖維板，適合做攝影機、照相機、顯微鏡鏡頭和高級光學儀器稜鏡等。還用了製造陶瓷電容器、壓電陶瓷摻入劑和X射線發光材料溴氧化鑭粉等。由磷鈰鑭礦砂萃取或由灼燒碳酸鑭或硝酸鑭而得。也可以由鑭的草酸鹽加熱分解可以製得。用作多種反應的催化劑，如摻雜氧化鎘時催化一氧化碳的氧化反應，摻雜鈀時催化一氧化碳加氫生成甲烷的反應。浸滲入氧化鋰或氧化鋯(1%)的氧化鑭可用於製造鐵氧體磁體。是甲烷氧化偶聯生成乙烷和乙烯的非常有效的選擇性催化劑。用於改進鈦酸鋇(BaTiO₃)、鈦酸鍶(SrTiO₃)鐵電體的溫度相依性和介電性質，以及製造纖維光學器件和光學玻璃。

氫化鑭

lanthanum hydride分子式： LaH1.95~3

性質：二氫化鑭具有立方結構、三氫化鑭為面心立方結構LaH₂的磁性比金屬鑭略下降，而LaH₃為抗磁性。LaH₂，LaH₃導電性能低於金屬La。用金屬鑭和H2直接反應可製取鑭的氫化物。鑭與鐵、鎳、鈷形成的合金和氫形成的化合物可以製備貯氫材料。

碳酸鑭

名稱碳酸鑭;lanthanum carbonate

資料:分子式：La₂(CO₃)·8H₂O

性質：一般均含有一定的水合水分子。是斜方晶系，能和大多數酸反應，在25℃水中溶解度2.38×10^-⁷mol/L。在900℃時可熱分解為三氧化二鑭。在熱分解過程可產生鹼式鹽La₂O₃·2CO₂·2H₂O。碳酸鑭可與鹼金屬碳酸鹽生成可溶於水的碳酸復鹽La2(CO3)3·Na2CO3·nH2O。向可溶性的鑭鹽的稀溶液中加入略過量碳酸銨即可製得碳酸鑭沉澱。

鑭系元素

鑭系元素：lanthanide element，周期系ⅢB族中原子序數為

57~71的15種化學元素的統稱。包括鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥，它們都是稀土元素的成員。鑭系元素通常是銀白色有光澤的金屬，比較軟，有延展性並具有順磁性。鑭系元素的化學性質比較活潑。新切開的有光澤的金屬在空氣中迅速變暗，表面形成一層氧化膜，它並不緊密，會被進一步氧化，金屬加熱至200~400℃生成氧化物。金屬與冷水緩慢作用，與熱水反應劇烈，產生氫氣，溶於酸，不溶於鹼。金屬在200℃以上在鹵素中劇烈燃燒，在1000℃以上生成氮化物，在室溫時緩慢吸收氫，300℃時迅速生成氫化物。鑭系元素是比鋁還要活潑的強還原劑，在150~180℃著火。鑭系元素最外層（6S)的電子數不變，都是2。而鑭原子核有57個電荷，從鑭到鑥，核電荷增至71個，使原子半徑和離子半徑逐漸收縮，這種現象稱為鑭系收縮。由於鑭系收縮，這15種元素的化合物的性質很相似，氧化物和氫氧化物在水中溶解度較小、鹼性較強，氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽易溶於水，草酸鹽、氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽難溶於水。

鑭石

lanthanite ，分子式：(La,Ce)₂[CO₃]₃·8H₂O，性質：斜方晶系。晶體呈板狀；通常成細粒狀及土狀集合體。顏色灰白、淡紅或淡黃色。莫氏硬度2.5~3。相對密度2.605。珍珠光澤，土狀者光澤暗淡。偶爾與其他稀土碳酸鹽礦物相伴，產於某些蝕變石灰岩內。是提煉鑭、鈰元素來源之之一。

鑭(金屬元素)