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金属元素

镧

镧,是一种金属稀土元素,化学符号为La,原子序数为57,原子量为138.90547,元素名来于希腊文,原意是“隐蔽”。银灰色光泽,质地较软,密度6.162g/cm3,熔点920℃,沸点3464℃(常压),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。镧是一种银白色金属,很活泼,有延展性,柔软得可以用刀切割。在空气中很快氧化,在热水中反应强烈并放出氢气。镧主要存在于独居石沙和氟碳铈矿中,独居石沙中含有所有稀上元素,还含有钙和钍,通常以磷酸盐形式存在。

基本信息

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中文名:镧

外文名:Lanthanum

化学式:La

熔点:920 ℃

沸点:3464 ℃

密度:6.162 g/cm³

外观:银白色金属

研究简史

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卡尔·古斯塔法·莫桑德卡尔·古斯塔法·莫桑德

1839年,瑞典化学家卡尔·古斯塔法·莫桑德(Carl Gustaf Mosander)发现铡,他从稀上元素矿物硝酸铈中作为杂质萃取出镧。镧的名字来源于希腊文“lanthanein”,意为“隐疲的”。

理化性质

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物理性质

镧

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。

化学性质

镧

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。

  • 镧与空气的反应

    金属镧在空气中会慢慢失去光泽。镧可以在空气中迅速燃烧,生成氧化镧(Ⅲ)(La₂O₃)。

  • 镧与水的反应

    银白色的金属镧的电负性相当低,能与冷水发生反应,并与热水迅速反应,生成氢氧化镧和氢气。

  • 镧与卤素单质的反应

    金属镧可以与所有的卤素单质发生反应,生成三卤化物。金属镧可与氟气(F₂)、氯气(Cl₂)、溴单质(Br₂)、碘单质(I₂)反应生成氟化镧(Ⅲ)(LaF₃)、氯化镧(Ⅲ)(LaCl₃)、溴化镧(Ⅲ)(LaBr₃)和碘化镧(Ⅲ)(LaI₃)。

  • 制备方法

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    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 中。然后放在石英管 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50g KOH + 20g NaOH + 8g H2O + 10g La2O3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。

    应用领域

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    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。

    分布情况

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    镧主要存在于独居石沙和氟碳铈矿中,独居石沙中含有所有稀上元素,还含有钙和钍,通常以磷酸盐形式存在。

    安全措施

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    环境危害

    金属镧的粉末有引起火灾和爆炸的危险。

    健康危害

    虽然早先的证据表明,镧的毒性似乎有限,但是镧的所有化合物都有剧毒,镧盐会损害肝脏。

    储存运输

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    加入密封的储藏器内,储存在阴、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。

    保护措施

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    2024年6月,公布《稀土管理条例》,自2024年10月1日起施行。

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