Lanthan

Eigenschaften des Elements

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	6,17
Härte nach Brinell	40 · 107
Schallgeschwindigkeit in	2475
Schmelztemperatur in °C	920
spezifische Schmelzwärme in	61,2
Siedetemperatur in °C	3470
spezifische Verdampfungswärme in	2894
Standardentropie S0 in
Wärmeleitfähigkeit in bei 27 °C	13,4
spezifische Wärmekapazität in	0,1952
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,571
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	0,0017

Isotope des Elements

Natürliches Lanthan besteht aus einem Gemisch aus einem stabilen Isotop der Massenzahl 138 und einem radioaktiven Isotop der Massenzahl 139.

Ordnungszahl Z	Massenzahl A	Atommasse in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwertszeit
57	138	137,9071	0,0902%	β : 0,3 ; γ	101 1 a
	139	138,9063	99,9098%

Weitere Eigenschaften

Lanthan ist ein silberweiß glänzendes, weiches und dehnbares Schwermetall. Es läuft an Luft durch Oberflächenoxidation schnell blaugrau an. Es tritt in drei Modifikationen auf, die jeweils durch bestimmte Temperaturbedingungen ineinander überführbar sind: α-Lanthan, β-Lanthan und γ-Lanthan. Lanthan besitzt eine relativ niedrige Schmelz- und Siedetemperatur. Es gehört zu den Seltenerdmetallen und bildet in seinen Verbindungen ausschließlich die Oxidationsstufe +III aus. Lanthan ist ein Übergangsmetall, das sehr reaktionsfreudig ist. An trockener Luft reagiert es schnell und bildet eine oberflächliche Oxidschicht. Diese schützt Lanthan vor weiterer Oxidation. Ist es feucht, bildet sich an der Oberfläche ein Lanthanhydroxidfilm, bei über 350 °C entzündet es sich an der Luft. Lanthan ist ein unedles und stark elektropositives Metall, daher ist es ein starkes Reduktionsmittel. Mit Säuren reagiert es zu den entsprechenden Salzen, mit kaltem Wasser langsam, mit heißem Wasser rasch unter Wasserstoffentwicklung. Bei erhöhten Temperaturen reagiert Lanthan mit molekularem Sauerstoff zum Trioxid, welches mit Wasser zum Hydroxid reagiert. Mit den Halogenen bildet Lanthan die entsprechenden Trihalogenide, mit Stickstoff Nitride, mit Kohlenstoff Carbide und mit Wasserstoff Hydride. Die Verbindungen des Lanthans sind meist farblos und gut in Wasser löslich.

Entdeckung

Der schwedische Chemiker CARL GUSTAV MOSANDER entdeckte in der Ceriterde, die man bis dato für ein reines Oxid hielt, 1839 in Stockholm Lanthan. Da es sich wörtlich in der Ceriterde versteckte, gab ihm MOSANDER den Namen «Lanthanum» mit dem chemischen Symbol «La».

Vorkommen/Herstellung

Lanthan steht an 36. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört zu den selteneren Elementen der Erde. Es kommt in der Natur meist in Form von Mineralien zusammen mit den anderen Seltenerdmetallen vor. Dabei unterscheidet man 2 Gruppen und zwar Erze, in denen Ceriterden oder Yttererden überwiegen, und komplexe Erze. In den Ceriterden sind bevorzugt die leichteren Seltenerdmetalle, Lanthan bis Europium, zu finden, die Hauptvorkommen liegen in Indien, Skandinavien, den GUS-Staaten, den USA, Kongo und Südafrika. Yttererden enthalten vorwiegend die schweren Seltenerdmetalle Gadolinium bis Lutetium. Die komplexen Erze sind: Euxenit, Allanit, Orthit, Cer-Epidot, Betafit. Sie finden sich vorwiegend in Skandinavien, Madagaskar, Russland, Zentralafrika, Malaysia und den USA. In den Bergen der Sierra Nevada, USA, wurden 1949 riesige Vorkommen an Bastnäsit entdeckt, diese sind heute die wichtigste Rohstoffquelle für Lanthan und andere Seltenerdmetalle. Ausgangsmaterial zur Herstellung von Lanthan und anderen Lanthanoiden ist Monazitsand. Die Anreicherung der Erze erfolgt entweder durch Schweretrennung, magnetische oder elektrostatische Abscheidung. Die Trennung der Lanthanoide von den restlichen Elementen geschieht durch Aufschluss mit konzentrierter Schwefelsäure. Die Sulfate werden dann in Eiswasser gelöst, anschließend mit Oxalsäure als Oxalate gefällt und durch Glühen in die Oxide überführt. Lanthan(III)-oxid wird von den anderen Oxiden durch Ionenaustausch oder durch Kombination von Ionenaustausch und Komplexbildung abgetrennt. Das Lanthan(III)-oxid wird entweder bei höheren Temperaturen im Chlorstrom in Lanthan(III)-chlorid oder durch Reaktion mit Fluorwasserstoff in Lanthan(III)-fluorid überführt. Danach erhält man hochreines Lanthan durch Schmelzflusselektrolyse bzw. durch metallothermische Reduktion des Chlorids und Fluorids.

Verwendung

Lanthan und seine Verbindungen spielen technisch kaum eine Rolle. Es dient aufgrund seiner hohen Reaktionsfreudigkeit als Legierungshilfsmittel. Manche Verbindungen besitzen ein großes Speichervermögen für Wasserstoff und dienen als Dauermagneten. Lanthan(II)-oxid wird in der Glasindustrie zur Herstellung hochwertiger Gläser für Kameralinsen eingesetzt. Lanthan wird auch in Katalysatoren zur Abgasverbrennung für Verbrennungsmotoren verwendet, da sie nicht nur CO zu CO₂ oxidieren, sondern gleichzeitig auch Stickoxide zu Stickstoff reduzieren.

Wichtige Verbindungen

Dazu zählen La₂O₃, La₂(SO₄)₃, LaF₃ und LaCl₃.

Bau

Unterhalb 310 °C bildet Lanthan ein hexagonal-dichtes Gitter.