ランタン

外観

銀灰色の削り状

性質

ランタンは展延性がある銀白色の金属です。空気に触れるとゆっくりと錆び、ナイフで切れるほど柔らかいです。

室温でランタンとハロゲンが反応すると、三ハロゲン化物が生じます。熱すると非金属のホウ素、炭素、窒素、リン、硫黄、ケイ素、セレン、ヒ素などと二元化合物が得られます。水との反応によって、化学式がLa(OH)₃である水酸化ランタン (III) を生成可能です。希硫酸によって水和三陽性イオンである[La(H₂O)₉]³⁺を生じます。La³⁺にはf電子がないため、無色の水溶液です。

ランタノイドの中では最も揮発性が低く、融点は920°C、沸点は3,464°Cです。

存在

ランタンは，地殻中の存在度16 ppm．中国の全希土類埋蔵量(30％)?生産量(98％)でともに一位(2007年)．モナズ石，バストネス石など希土類元素の鉱石中に含まれている．粉砕鉱石をアルカリで処理し，濃塩酸で塩化物に転換，溶媒抽出法で分離して，溶融塩電解法で金属がつくられる．スズ白色の軟らかい金属．融点921 ℃，沸点3457 ℃．密度6.145 g cm－3(25 ℃)．六方晶のα，310 ℃ 以上で立方最密のβ，863 ℃ 以上で体心立方のγの3変態がある．酸に可溶．塩基性がかなり強いので熱水とも反応する．空気中ではすみやかに酸化される．酸化数3．化合物はすべて LaⅢ化合物で，酸化物，水酸化物，フッ化物，リン酸塩，炭酸塩，シュウ酸塩は水に難溶，塩化物，硝酸塩，酢酸塩は水に可溶．ランタノイドでは原子番号の増大とともに塩基性が減少する．ランタンの水酸化物は，この系列でもっとも強い塩基で，また三価の金属の水酸化物中でももっとも強い．

溶解性

水には徐々に、酸水溶液には速やかにH2を発生して溶け、La(3+)となる。塩酸に溶ける。

解説

La．原子番号57の元素．電子配置[Xe]5d16s2の周期表3族ランタノイド元素．ランタンは，希土類元素セリウム族の一つ．原子量138.90547(7)．質量数138(0.090(1)％)，139(99.901(1)％)の2種の安定同位体と，質量数117～155の放射性同位体が知られている．1839年，C.G. Mosanderがセリウム塩中から分離した．Mosanderの師J.J. Berzelius(ベルセリウス)がセリウム塩中に隠されていたところから，ギリシア語の“隠された”λανθανω(lanthanō")をとってlanthanumを提案した．日本語の元素名はドイツ語の元素名Lanthanの音訳．Niとの合金LaNi5は大量の水素を吸蔵するので，水素吸蔵合金としてハイブリッド·電気自動車搭載のニッケル-水素電池に利用されている．酸化物La2O3は，自動車排気ガス浄化3元触媒の担体·助触媒耐熱性向上用に，また高屈折率·低分散の光学レンズ用ガラスに添加される．La-Co系フェライト磁石，セラミックコンデンサーにも使用される．塩化物は石油接触分解触媒に使われる．わが国は酸化ランタン全輸入量1800 t のうち97％ を中国から輸入した(2005年)．森北出版「化学辞典（第2版）

構造

1839年スウェーデンのモサンデルによって、セリウムの酸化物から初めて分離されたので、ギリシア語のlanthanein（隠れている）にちなんで命名された。主要鉱物はバストネサイト、モナズ石など。塩化物の溶融塩電解によって白色の金属を得る。室温ではα(アルファ)型が安定。292～868℃ではβ(ベータ)型、868℃以上ではγ(ガンマ)型が安定。空気中に置くと、室温で表面が酸化され、445℃以上で燃えて酸化物となる。ランタンは，高温では水素や窒素とも反応する。冷水とは徐々に、熱水や酸には速やかに水素を発して溶けて酸化数Ⅲの塩をつくる。水素吸蔵合金（LaNi5など）、触媒、光学ガラス、熱電子放射体などの用途がある。［守永健一・中原勝儼］

製造

ランタノイドの中でランタンは、3番目に豊富に存在します。地殻には39mg/kgほど存在し、セリウム (66.5mg/kg) やネオジム (41.5mg/kg) に次ぐ量です。

フッ化水素酸とランタン酸化物を、塩化アンモニウムやフッ化アンモニウムとともに300〜400°Cで熱すると、塩化物やフッ化物が生じます。その後、真空中やアルゴン中で、アルカリ金属やアルカリ土類金属を用いて還元すると、金属ランタンを製造可能です。

高温でLaCl₃またはNaClやKClの溶融混合物を電気分解しても、純粋なランタンは得られます。

危険性

ランタンには低度から中度の毒性があり、取り扱いに注意が必要です。ランタン溶液を注射した際には、低血圧や高血糖症のほか、肝臓の変化や脾臓の変性などが起きます。

ランタンはヒトの代謝にも影響を与えます。具体的には、コレステロール値、食欲、血圧、血液凝固のリスクなどの低下です。脳に注射した際には、モルヒネやアヘン剤と同じく、鎮痛剤として機能します。

化学的特性

solid

物理的性質

Lanthanum is a soft silvery-white metal that, when cut with a knife, forms an oxide withthe air (tarnishes) on the exposed area. It is the most reactive of the elements in the series. Itreacts slightly with cold water but rapidly with hot water, producing hydrogen gas (H₂) andlanthanum oxide (La₂O₃). It directly interacts with several other elements, including nitrogen,boron, the halogens, carbon, sulfur, and phosphorus.
Its melting point is 918°C, its boiling point is 3,464°C, and its density is 6.15 g/cm³.

同位体

There are 49 isotopes of lanthanum. One, La-139, is stable and makes up99.910% of the known amount found on Earth. Another isotope has such a long halflifethat is considered stable: with a half-life of 1.05×10+11 years, La-138 makes up just0.090% of the known abundance on Earth. All the other isotopes are radioactive andhave half-lives ranging from 150 nanoseconds to several thousand years.

名前の由来

From the Greek word lanthanein, meaning “to be hidden.”

天然物の起源

The main ore in which lanthanum is found is monazite sands, and it is also found in themineral bastnasite. Monazite sands contain all of the rare-earth elements as well as some elementsthat are not rare-earths. Its ores are found in South Africa, Australia, Brazil, and Indiaand in California, Florida, and the Carolinas in the United States.
The prices of lanthanide elements are somewhat reasonable and are less than gold per kilogram.(Gold is about $1,800 per kg.) Cesium (Ce), which is relatively common, is often alloyedwith La, Nd, and Pr and iron to form misch metal. This alloy has several uses based on its uniqueability to spark when scratched. The most common use is as flints for cigarette lighters.
Lanthanum is the fourth most abundant of the rare-earths found on the Earth. Its abundanceis 18 ppm of the Earth’s crust, making it the 29th most abundant element on Earth. Itsabundance is about equal to the abundance of zinc, lead, and nickel, so it is not really rare.Because the chemical and physical properties of the elements of the lanthanide series are sosimilar, they are quite difficult to separate. Therefore, some of them are often used together asan alloy or in compounds.

特性

Lanthanide, as a pure metal, is difficult to separate from its ores, and it is often mixed withother elements of the series. It is mostly obtained through an ion-exchange process from the sandsof the mineral monazite, which can contain as much as 25% lanthanum as well as the oxides ofseveral other elements of the series. The metal is malleable and ductile and can be formed intomany shapes. Lanthanum is considered the most basic (alkaline) of the rare-earth elements.

使用

Lanthanum is the first element in the rare earth or Lanthanide series. It is the model for all the other trivalent rare earths. After Cerium, it is the second most abundant of the rare earths.
Lanthanum-rich Lanthanide compounds have been used extensively for cracking reactions in FCC catalysts, especially to manufacture high-octane gasoline from heavy crude oil.
Lanthanum-Rich Rare Earth metals play the important roles in hydrogen storage batteries.
It is utilized in green phosphors based on the phosphate (La0.4Ce0.45Tb0.15)PO4;in laser crystals based on the Yttrium-Lanthanum-Fluoride (YLF) composition.
Lanthanum Metal is the very important raw materials in producing Hydrogen Storage Alloys for NiMH batteries, and is also used to produce other pure Rare Earth metals and specialty alloys. Small amounts of Lanthanum added to Steel improves its malleability, resistance to impact, and ductility; Small amounts of Lanthanum are present in many pool products to remove the Phosphates that feed algae. Lanthanum Metal can be further processed to various shapes of ingots, pieces, wires, foils, slabs, rods, discs and powder.

定義

A soft ductile malleable silvery metallic element that is the first member of the lanthanoid series. It is found associated with other lanthanoids in many minerals, including monazite and bastnaesite. Lanthanum is used in several alloys (especially for lighter flints), as a catalyst, and in making optical glass. Symbol: La; m.p. 921°C; b.p. 3457°C; r.d. 6.145 (25°C); p.n. 57; r.a.m. 138.9055.

危険性

In powder form, lanthanum will ignite spontaneously. If ingested, it can cause liver damageand prevent blood from clotting. Many of its compounds are toxic.

同位体

ランタンの同位体の原子量には117〜155が存在します。天然に生成する安定同位体は¹³⁹Laと¹³⁸Laです。天然存在比が99.91%である¹³⁹Laが、最も豊富に存在します。¹³⁸Laは放射性同位体で、半減期は105×10⁹年です。

放射性同位体は38種類同定されています。¹³⁷Laの半減期は60,000年で、¹⁴⁰Laの半減期は1.6781日です。それ以外の大部分の同位体の半減期は24時間以内で、そのほとんどの半減期は1分以内です。ランタンには核異性体も3種類知られています。

使用用途

ランタンの酸化物であるLa₂O₃が、や光学レンズの材料に利用されています。LaNi₅は水素吸蔵機能を持つ合金として研究されており、・水素充電池の負極材に使用される材料の1つとして注目されています。

また、ランタンは他のランタノイド系金属からの単離精製がコスト的に困難です。そのため、純粋なランタンの代わりにランタンを50%以上含むミッシュメタル (英: misch metal) として、開発が進んでいます。

さらに、は腎不全患者のリン吸収阻害薬として使用されています。腸管内でリン吸収阻害薬は、リン化合物を形成し、吸収を阻害可能です。

工業用途

A chemical element, lanthanum, symbol La, thesecond most abundant element in the rare earthgroup, is a metal. The naturally occurring elementis made up of the isotopes and is one ofthe radioactive products of the fission of uranium,thorium, or plutonium. Lanthanum is themost basic of the rare earths and can be separatedrapidly from other members of the rareearth series by fractional crystallization. Considerablequantities of it are separated commercially,because it is an important ingredient inglass manufacture. Lanthanum imparts a highrefractive index to the glass and is used in themanufacture of expensive lenses. The metal isreadily attacked in air and is rapidly convertedto a white powder.
Lanthanum becomes a superconductorbelow about –267°C in both the hexagonal andface-centered crystal forms.

純化方法

It is a shiny metal that slowly tarnishes in air due to oxidation. It slowly decomposes by H2O in the cold and more rapidly on heating to form the hydroxide. The metal is cleaned by scraping off the tarnished areas until the shiny metal is revealed and stored under oil or paraffin. It burns in air at 450o. It exists in three forms: -form, -form and -form with transition temperatures of 310o and 864o, respectively. [Spedding et al. Ind Eng Chem 44 553 1952.]