Лантан и его характеристики
Общая характеристика лантана
Лантан относится к группе редкоземельных элементов, однако он, по сравнению с другими представителями этой группы более распространен в природе, так содержание лантана в земной коре составляет порядка 2,9×10-3% (масс.).
В виде простого вещества лантан представляет собой серебристо-белый (в виде порошка — серый), мягкий, пластичный пирофорный металл (рис. 1). Парамагнитен. Во влажном воздухе покрывается оксидно-гидроксидной пленкой. Пассивируется в холодной воде; не реагирует со щелочами. Сильный восстановитель; реагирует с горячей водой, разбавленными кислотами; при нагревании окисляется кислородом, азотом, хлором, серой.
Рис. 1. Лантан. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса лантана
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии лантан существует в виде одноатомных молекул La, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 138,9054.
Изотопы лантана
Известно, что в природе лантан может находиться в виде двух стабильных изотопов 139La (99,911%) и 138La(радиоактивный). Их массовые числа равны 138 и 139 соответственно. Ядро атома изотопа лантана 139La содержит пятьдесят семь протонов и восемьдесят два нейтрона, а изотопа 138La – такое число протонов и восемьдесят один нейтрон.
Существуют искусственные нестабильные изотопы лантана с массовыми числами от 117-ти до 155-ти, а также двенадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 137La с периодом полураспада равным 60 тысяч лет.
Ионы лантана
На внешнем энергетическом уровне атома лантана имеется три электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f15s25р 66s2.
В результате химического взаимодействия лантан отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
La0 -3e → La3+.
Молекула и атом лантана
В свободном состоянии лантан существует в виде одноатомных молекул La. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу лантана:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
5,61 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,10 |
|
Радиус атома, нм |
0,187 |
Примеры решения задач
| Задание | Осуществите ряд химических превращений:
La→La(OH)3→ La2O3→ LaCl3. |
| Ответ | При растворении лантана в горячей воде образуется гидроксид этого метала:
2La + 6H2O(hot)→ 2La(OH)3 + 3Н2. При нагревании до 300 – 1100oС гидроксид лантана разлагается на оксид и воду: La(OH)3→La2O3 + H2O. Оксид лантана растворяется в разбавленной соляной кислоте с образованием хлорида лантана: La2O3 + 6HCl(dilute)→ 2LaCl3 + 3H2O. |
| Задание | Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида лантана (III), если его молекулярная формула имеет вид La2O3. |
| Решение | Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. Найдем молекулярную массу оксида лантана (III): Mr(La2O3) = 2×Ar(La) + 3×Ar(O) = 2×139 + 3×16 = 278 + 48 = 326 г. Тогда, массовые доли лантана и кислорода будут равны: ω (La) = 2 × Ar (La) / Mr (La2O3) × 100%; ω (м) = 2 × 139 / 326 × 100% = 85,28%. ω (O) = 3 × Ar (O) / Mr (La2O3) × 100%; ω (O) = 3 × 16 / 326 × 100% = 14,72%. |
| Ответ | Массовая доля лантана равна 85,28%, массовая доля кислорода равна 14,72%. |
