Lanthan

Synonym

  • Lanthanum [engl.]

Übersicht

Pharmakologie

Pharmakokinetik

Distribution

  • Resorbiertes Lanthan wird insbesondere in der Leber und im Knochen gespeichert. 
  • Die Blut-Hirn-Schranke wird wahrscheinlich nicht überwunden.

Exkretion

  • Resorbiertes Lanthan wird vor allem biliär ausgeschieden.

Toxikologie

  • Lanthan wird als wenig toxisch eingestuft. Eine toxische Dosis ist bisher nicht ermittelt.
  • Die Resorption von La3+ aus dem Darm ist nur sehr gering, negative Effekte von resorbiertem La3+ im Körper sind bislang nicht bekannt.
  • Metallisches Lanthan-Pulver gilt als stark ätzend, weil es sehr leicht durch z.B. Hautfeuchtigkeit zu basischem Lanthanhydroxid reagiert. Hier liegt die letale Dosis bei Ratten 720 mg/kg nach peroraler Aufnahme.

Chemie

Allgemeine Eigenschaften

Formelzeichen La
Ordnungszahl 57
CAS-Nummer 7439-91-0
Isotope [%] 134La - künstlich (6,45 min -> 134Ba)
135La - künstlich (19,5 h -> 135Ba)
136La - künstlich (9,87 min -> 136Ba)
137La - künstlich (60.000 a -> 137Ba)
138La - 0,0902 (105 · 109 a -> 138Ba oder 138Ce)
139La - 99,9098
140La - künstlich (1,6781 d -> 140Ce)
141La - künstlich (3,92 h -> 141Ce)

Chemische Eigenschaften

Elektronegativität nach Pauling (Oxidationsstufe)

1,10 (III)
Elektronenkonfiguration 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f05s25p65d16s2
Atomradius [pm] 187
Ionenradius [pm] (bei Ladung bzw. Oxidationszahl) (+3) 103
(andere Quelle, +3) 114
1. Ionisierungsenergie [kJ/mol] (bei 25 °C) 544
(andere Quelle) 538,1
2. Ionisierungsenergie [kJ/mol] 1067
3. Ionisierungsenergie [kJ/mol] 1850,3
Normalpotential [V] (La3+ -> La0) -2,38 
Oxidationszahlen +3
bevorzugt +3

Physikalische Eigenschaften

Mittlere Atommasse [u] 138,9055 ± 2
Dichte [g/cm3] 6,162
Kristallstruktur hexagonal
Schmelztemperatur [°C] 921
Siedetemperatur [°C] 3457
(andere Quelle) 3464
(andere Quelle) 3470
Schmelzwärme [kJ/mol] 6,2 
Verdampfungswärme [kJ/mol] 400
Härte [Mohs] 2,5
Schallgeschwindigkeit [m/s] 2475

Sonstige Eigenschaften

  • Lanthan ist ein weiches, an frischen Schnittflächen silberweiß glänzendes Schwermetall, das obwohl die f-Schale unbesetzt ist, meist zu den Lanthanoiden gerechnet wird.
  • Als unedles Metall überzeiht es sich bei Kontakt mit Sauerstoff z.B. in trockener Luft rasch mit einer weißen Oxidschicht (La2O3). 
  • Bei Vorhandensein von Feuchtigkeit reagiert das Oxid weiter zum Lanthanhydroxid (La(OH)3) und färbt sich dabei blaugrau. 
    • Das entstehende Lanthanhydroxid ist ungefähr so basisch wie Calciumhydroxid.
  • Metallisches Lanthan entzündet sich an der Luft bei 350 - 450 °C (440 °C) und verbrennt zu Lanthanoxid.
  • In feinem Zustand ist das Metall pyrophor, d.h. es entzündet sich von selbst.
  • Mit kaltem Wasser reagiert es schwach, mit heißem Wasser und mit verdünnten Säuren heftig unter Bildung von Wasserstoff.
  • Mit Halogenen reagiert Lanthan bereits bei Raumtemperatur.

Geschichtliches

  • Lanthan wurde 1839 durch den schwedischen Chemiker Carl Gustav Mosander entdeckt.
  • Der Name leitet sich vom griechischen Begriff lanthánein ("verstecken") ab und wurde gewählt, da es in vermeintlich reinem Cernitrat gefunden wurde, sich also in diesem "versteckt" hatte.

Vorkommen

  • Lanthan findet sich in der Natur nur in Mineralien wie Monazit, Bastnäsit, Cerit und Orthit. Hier ist es stets mit anderen Metallen der Lanthanoide vergesellschaftet.
  • Der Anteil von Lanthan an der Erdkruste wird auf ca. 17 ppm geschätzt.

Verwendung (Beispiele)

  • Als Legierungshilfsmittel (aufgrund seiner hohen Reaktionsfähigkeit mit Schwefel und nichtmetallischen Verunreinigungen) und Legierungsbestandteil (z.B. mit Cobalt oder Titan).
  • Als Bestandteil (25 - 45 %) von Zündsteinen in Feuerzeugen.
  • In Form von Lanthanhexaborid (LaB6) als Material für hochwertige Kathoden, z.B. in Elektronenmikroskopen.
  • Lanthantrioxid dient zur Herstellung hochwertiger Gläser, so z.B. bei optischen Geräten zur Verringerung der chromatischen Aberration und zur Erhöhung der Brechzahl.

Herstellung

  • Da Lanthan in der Natur nur mit anderen Lanthanoiden in Gemeinschaft auftritt, ist zunächst eine aufwändige Abtrennung dieser Begleitmetalle notwendig.
  • Am Ende dieses Prozesses liegt Lanthan meist als Lanthanoxid vor, das nun mit Flusssäure zu Lanthanfluorid umgesetzt wird. Die anschließende Reaktion mit Calcium führt zur Bildung elementaren Lanthans und Calciumfluorid als Nebenprodukt.
  • Durch Umschmelzen wird überschüssiges Calcium sowie noch weitere Verunreinigungen entfernt. 
  • Lanthan kann auch durch Schmelzflusselektrolyse aus Lanthanchlorid oder durch dessen Reduktion mit Hilfe eines Alkalimetalls hergestellt werden.

Analytik

Identität

Als Lanthanacetat-Iod-Einschlussverbindung

Durchführung
  • Mindestens 5 Tropfen der salpetersauren Probelösung werden mit 3 Tropfen Essigsäure (5 mol/l) und 1 Tropfen KI3-Lösung (0,01 mol/l) versetzt. 
  • Anschließend wird mit Ammoniaklösung (5 mol/l) tropfenweise versetzt, bis eine blaue Färbung auftritt, oder ein blauer Niederschlag auftritt.
Bemerkungen
  • Der Nachweis ist relativ unempfindlich und unspezifisch. Auch Cer und andere Lanthanoide geben ähnlich farbige Einschlussverbindungen. 
  • Durch Erhitzen kann die Empfindlichkeit gesteigert werden.
  • Die Reaktion ist im Prinzip auch als Gehaltsbestimmungsmethode einsetzbar, wenn sie als Titration durchgeführt und/oder photometrisch ausgewertet wird.

Atomabsorptionsspektrometrie

Atomemissionsspektrometrie

Wellenlängen

  • 550,13 nm

Gehalt

Atomabsorptionsspektrometrie

Atomemissionsspektrometrie

Wellenlängen

  • 550,13 nm

Gravimetrisch nach Fällung als Oxalat

Durchführung

  • Die zu untersuchende Probe wird mit Oxalsäure im Überschuss versetzt. Dabei muss ein schwach saurer pH-Wert erreicht werden.

  • Der Niederschlag wird abgetrennt und im Glühofen verascht.

  • Als Rückstand bleibt Lanthanoxid zurück, das nun rasch gravimetrisch bestimmt werden kann.

Bemerkungen

  • Die Methode ist sehr unspezifisch, da eine Vielzahl von Elementen schwerlösliche Oxalate bildet.

Ionenchromatographie (IC)

Massenspektrometrie (ICP-MS)

Titration mit Natriumwolframat

  • Die zu bestimmende Lösung wird mit einem Gemisch aus Chlorphenolrot, o-Kresolrot oder Methylrot versetzt. Alternativ können Gemische aus Methylrot und Bromkresolgrün oder Chlorphenolrot und Anilinblau verwendet werden.

Reaktion

2 La3+ + Na6(WO4)3 ----> La2(WO4)3↓  + 6 Na+

Bemerkungen

  • Die Methode eignet sich zur Bestimmung von La3+ in reinen Salzen oder zur Bestimmung des Gesamtanteils der Seltenen Erden nach vorheriger Abtrennung anderer Schwermetalle, die mit Natriumwolframat ebenfalls schwerlösliche Niederschläge bilden.

  • Der Bestimmungsfehler beträgt bei korrekter Durchführung höchstens 0,5 %.

  • Die zugesetzten Indikatoren dienen allein als Adsorptionsindikatoren bzw. zur allgemeinen Färbung der Lösung, um den Titrationsendpunkt besser erkennen zu können. Der Adsorptionsindikator wird vom sich bildenden weißen, gallertartigen Niederschlag adsorbiert und färbt diesen somit ein.

  • Als Endpunkt wird die Änderung der Farbe des Niederschlags gewertet.

    • Bei Anwesenheit von o-Kresolrot kann im kalten titriert werden. Der Endpunkt liegt beim Farbübergang gelb zu rot.

    • Bei Verwendung von Chlorphenolrot und Anilinblau muss heiß (nahe am Siedepunkt) titriert werden. Endpunkt ist der Farbübergang von blau zu lila.

    • Bei Verwendung von Chlorphenolrot muss ebenfalls heiß titriert werden. Endpunkt ist der Übergang von gelb zu rot / rot-violett.

Bemerkungen

  • Lanthan wird in der Atomabsorptionsspektrometrie auch als Freisetzungsreagens für bestimmte Erdalkalimetalle eingesetzt, d.h. es "verdrängt" die Erdalkalimetalle aus ihren Verbindungen und macht sie so einer Analyse zugänglich. 
 

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