Lanthan / Lanthanum

Lanthan (57) [La]

Relat. Atommasse    
Ordnungszahl            
Schmelzpunkt            
Siedepunkt                  
Oxidationszahlen      
Dichte                          
Härte (Mohs)             
Elektronegativität      
Elektronenkonfig.     
Natürl. Häufigkeit     

 138,90547  
 57
920 °C  
3464 °C  
3
6,145 g/cm³   
2,5
1,10 (Pauling)  [Xe]5d16s2 
La-138: 0,090%   
La-139: 99,910%

GHS Gefahrenstoffkennzeichnung (Pulver): 

H: 260

P:223-231+232-370+378-422

EU-Gefahrenstoffkennzeichnung (Pulver):     

R: 11     

S: 16-33-36/37/39

Geschichte

Im Jahre 1839 untersuchte der schwedische Chemiker Carl Gustav Mosander (1797-1858) in Stockholm eine Cerit-Erde und isolierte darin ein bisher unbekanntes Oxid. Dieses Oxid hatte andere chemische Eigenschaften als das schon bekannte Ceroxid. Mosander benannte das im entdeckten Lanthanoxid vermutete Element darum nach dem griechischen Wort lanthánein (“verborgen”).

Physikalische und Chemische Eigenschaften

Reines metallisches Lanthan glänzt silbrig, bei Kontakt mit der Luft oxidiert es schnell und verfärbt sich blaugrau oder gelbgrau. Mit Luftfeuchtigkeit reagiert es zu Lanthanhydroxid. Bewahrt man Lanthan ohne Schutzflüssigkeit, nicht vakuumverpackt oder nicht unter Argon auf, zerfällt es zu Lanthanoxid, einem weißen, grauweißen oder gelblichen Pulver. An der Luft entzündet sich Lanthan bei etwa 400°C. In fein verteilten Zustand ist das Metall pyrophor, also entzündet es sich von selbst. Abfälle und Nebenprodukte mit Lanthaniden und ihren Verbindungen müssen deshalb immer in einem brandsicheren Behälter gelagert und entsorgt werden. Mit kaltem Wasser reagiert Lanthan kaum sichtbar, in Verbindung mit heißem Wasser oder mit verdünnten Säuren erfolgt eine heftige exotherme Reaktion unter Wasserstoffbildung. Alle Lanthanoide besitzen ähnliche Eigenschaften. Je höher die Ordnungszahl ist, desto höher ist auch ihre Dichte und ihre Tendenz zur Komplexbildung.

Verwendung

Aufgrund der hohen Reaktionsfähigkeit mit Schwefel und nichtmetallischen Verunreinigungen wird das Element in der Metallurgie als Legierungshilfsmittel zur Beseitigung dieser Verunreinigungen eingesetzt. Ebenfalls bewirkt es als Legierungszusatz eine bessere Oxidationsbeständigkeit und reduziert die Härte und Temperaturempfindlichkeit von Molybdän.
 
Pyrophore Werkstoffe für Zündsteine enthalten 20 bis 50 Gewichtsprozent Lanthan.
 
In Verbindung mit Cobalt, Eisen, Mangan und Strontium dient es als Kathode für Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Weiterhin findet es Verwendung als Wasserstoffspeicher in Nickel-Metallhydrid-Akkus.
 
Lanthanoxid bewirkt in optischem Glas einen hohen Brechungsindex und eine geringe Dispersion. Diese Gläser kommen in optischen Geräten, wie Linsen, Kameras, Teleskopen, oder auch Brillen zum Einsatz. Weiterhin dient Lanthan als Bestandteil von Glaspoliermitteln.
 
In Geschirr, wie etwa Weingläsern und in der Glasur von Porzellan und Emaille ersetzt Lanthanoxid giftigere Bleiverbindungen. Außerdem erhöht es die chemische Beständigkeit gegen Laugen. Das Geschirr wird „spülmaschinenfest“. Lanthanoxid ist ebenfalls ein Katalysatorzusatz beim Fluid Catalytic Cracking in der Raffinerie zur Erdölverarbeitung.
 
Lanthancarbonat wird in der Medizin eingesetzt um den Phosphatspiegel bei Dialysepatienten zu sen

Herstellung

Der Grundrohstoff zur Herstellung von Lanthan ist der Monazitsand oder Bastnäsit. Aus einem Kilogramm Monazitsand können ca. 220 Gramm Cer, 120 Gramm Lanthan, 100 Gramm Neodym, 30 Gramm Praseodym und weiterere Lanthanoide gewonnen werden. Das Erz wird nun angereichert und mit konzentrierter Schwefelsäure aufgeschlossen. Die erhaltenen Sulfate werden mit Oxalsäure in Eiswasser als Oxalate ausgefällt und durch Glühen in Oxide umgewandelt. Die Abtrennung des Lanthan(III)-oxids erfolgt durch Ionenaustausch und Komplexbildung. Mit steigender Ordnungszahl, vom Lanthan bis Ytterbium, nimmt die Tendenz zur Komplexbildung zu. Diese Eigenschaft kann bei der Abtrennung ausgenutzt werden.  

Nach der aufwendigen Abtrennung anderer Lanthanbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Lanthanfluorid umgesetzt. Anschließend wird es mit Zugabe von Calcium oder Magnesium unter Bildung von Calciumfluorid zu Lanthan reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und weiterer Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Toxikologie

Lanthan und auch Lanthan(III)-oxid haben nur ein sehr geringes toxisches Potential. Das Freisetzen und Einatmen von feinen Stäuben, ist aber auf jeden Fall zu vermeiden. Die Stäube sind sehr reaktionsfähig und reagieren mit der Feuchtigkeit in den Schleimhäuten zu dem ätzenden und giftigen Lanthanhydroxid. Das pulverisierte Metall, die Oxide sowie Hydroxide reizen Augen und Schleimhäute. Die löslichen Verbindungen reichern sich in der Leber und in den Knochen an. Da die Lanthanoide meist nur in geringen Mengen inhaliert werden liegen für eine toxikologische Beurteilung bish heute zu wenig Daten vor.