란탄의 원자 질량은 얼마입니까? 란탄 원자의 구조. 란탄 및 그 화합물의 사용에 대해 간략하게

저자 불명

란탄(Lanthanum, La)은 주기율표 57번의 화학 원소입니다.

화학 원소 중 특별한 위치는 속성의 예외적 인 유사성으로 연결된이 "가족"이 차지합니다. 더 이상 사용되지 않는 이름은 희토류 원소(REE)입니다. 첫 번째 원자로가 가동된 후 원자로에 대한 관심이 크게 높아졌습니다. 원자로가 작동하는 동안 이러한 요소가 부산물로 생성됩니다.

이 요소는 매우 오랫동안 호기심 많은 화학자에게 숨겨져 있었고 그 이름은 lanthanum (그리스어로 "lantano" "나는 숨김", "숨겨진")을 받았습니다. 1839년 스웨덴의 화학자 Mozander에 의해 발견되었습니다. 100년 이상 동안 란탄은 산업뿐만 아니라 화학 실험실에서도 접근하기 어려운 원소였습니다. 순수한 형태로 란탄 (및 그 화합물)은 1903 년 러시아 과학자 M. S. Tsvet이 개발 한 소위 크로마토 그래피 분석이 실험실 및 산업 기업의 관행에 확고하게 들어간 후에 만 ​​얻었습니다.

가장 일반적인 용어로 이 방법의 본질은 다음과 같습니다. 시험용액은 표면에 다른 물질의 입자를 보유(흡착)하는 능력이 있는 무색 분말 또는 세립 물질을 채운 관에 통과시킨다.

혼합물에 포함된 물질은 흡수체(흡착제) 표면의 흡착 정도에 따라 튜브(컬럼)의 높이가 다른 수준에 위치합니다. 용액이 유색 물질의 혼합물로 구성된 경우(MS Tsvet은 한 번에 이러한 용액으로 작업함) 흡착성이 다르기 때문에 흡착제의 다른 부분에 유지되어 주어진 물질에 해당하는 색상으로 착색됩니다 .

따라서 혼합물의 구성 부분이 분리됩니다. 튜브의 전체 길이에 따른 흡착제의 질량은 보유 물질의 색상에 따라 다른 색상 또는 동일한 색상의 다른 음영을 갖습니다(혼합물의 구성 부분의 색상에 따라 다름). 착색 된 흡착제의 결과 열은 크로마토 그램이라고합니다 (그리스어 "크롬"-페인트, 색상 및 "그라포"-나는 씁니다). 혼합물의 구성 요소를 분리하기 위해 흡착제 컬럼을 튜브에서 조심스럽게 제거하고 색상 영역으로 나눕니다. 각 착색 영역의 구성은 기존의 화학 분석 방법에 의해 결정됩니다. 각 구역에 하나의 물질만 존재할 때 분석에 어려움이 없다는 것은 분명합니다. 그러나 대부분의 경우 유색 흡착제의 영역은 기계적으로 쉽게 분리될 정도로 서로 크게 다르지 않습니다. 일반적으로 영역은 결합되어 점차적으로 다른 영역으로 전달됩니다. 이 경우 흡착제가 들어 있는 튜브에 물질이 남아 있는 경우 특별히 선택된 용매로 세척합니다. 이 용매는 혼합물의 흡착된 성분과 다르게 관련이 있습니다. 흡착제에서 흡착된 물질을 추출하는 이 방법을 용출이라고 합니다(라틴어 "elutio"에서 - 세척). 용출은 혼합물의 구성 부분의 흡착성 차이뿐만 아니라 용해도의 차이를 사용하는 것을 가능하게 합니다.

란탄과 그 화합물은 란탄과 매우 유사한 여러 다른 원소와 매우 유사합니다.

란탄의 "친척"의 수는 알려져 있습니다. 그 중 14개가 있는데, 가장 잘 연구된 란탄(lanthanum)에서 란탄족(lanthanide family)이라는 이름으로 멘델레예프(Mendeleev) 체계의 하나의 세포로 합쳐져 하나의 그룹으로 결합됩니다.

란탄족의 화학적 성질의 큰 유사성은 란탄에서 루테튬까지, 이들 원소 원자의 전자 껍질의 특별한 구조와 관련이 있습니다. 이 특별한 구조는 원소의 서수가 증가함에 따라 원자 반경이 증가하지 않는다는 사실로 이어집니다(란탄족 압축). 이 현상은 모든 란탄족의 화학적 유사성을 설명합니다.

순수한 란탄염을 분리한 후 란탄 자체를 얻는 것은 더 이상 어렵지 않았습니다. 예를 들어, 란탄 금속은 화학적 거동이 칼슘 금속과 유사한 염화 란탄을 전기분해하여 얻었습니다. 란탄은 경도가 주석(밀도 6.2)과 비슷하고 융점은 915-925°C에 불과하지만 끓는점은 놀라울 정도로 높습니다(4515°C). 많은 활성 금속과 마찬가지로 물을 분해하고 산과 잘 반응하며 염소, 황 및 기타 준금속과 격렬하게 가열하면 일반적인 금속의 특성을 나타냅니다.

란탄은 "자체 보호"금속입니다. 건조한 공기에서는 얇은 산화물 필름으로 덮여있어 추가 산화로부터 보호합니다. 그러나 이러한 "보호"는 건조한 공기에서만 발생하며 습기는이 필름과 결합하여 강력한 기반을 형성합니다.

우리는 알루미늄과 같은 중요한 금속에 대해 여러 번 언급했으며 특히 많은 양의 열을 방출하여 연소하는 능력을 지적했습니다. 많은 다른 프로세스가 이 반응을 기반으로 합니다. 란탄에서는 산소와의 결합 반응열이 훨씬 더 큽니다. 란탄을 대량으로 얻는 방법을 배우 자마자 야금에서 알루미늄과 경쟁하기 시작했습니다. 액체 강철에서 산소를 제거하기 위해 주입되는 것은 알루미늄이 아니라 란탄인 경우가 많습니다. 이 "탈산제"는 강철 톤당 1kg만 필요합니다. 기술에서는 강철을 산소로부터 해방시키는 물질을 호출하기 때문입니다. 수백만 톤의 강철이 이미 이러한 방식으로 처리되었으며 이것이 품질을 향상시키는 탁월한 방법이라고 말합니다.

란탄족은 란탄족의 또 다른 구성원인 세륨과 대략 1:1 비율로 혼합하여 얻었다. 이 금속과 철을 혼합하여 ... "부싯돌"을 얻었습니다. 이것은 포켓 라이터에 널리 사용되었습니다. 물론 철-세륨-란탄 "부싯돌"은 규소 화합물인 천연 부싯돌과 아무 관련이 없습니다. 이 이름은 들쭉날쭉한 강철 바퀴를 문지르면 "반짝이는" 능력 때문에 합금에 주어졌습니다. 이 능력은 무해한 라이터뿐만 아니라 포탄에도 사용되었습니다. 발사체에 이 "혼합 금속"의 노즐을 제공하여 비행 중인 발사체를 관찰할 수 있는 기회를 얻었습니다. "혼합 금속"은 공중에서 날 때 불꽃을 튀깁니다. 이 경우 라이터 바퀴의 역할은 공기 자체에 의해 금속과 마찰하여 수행됩니다.

란탄 화합물은 최고의 카메라 렌즈 및 특수 보안경을 위한 유리 제조에 사용됩니다. 마그네슘과의 합금에서 란탄은 항공기 엔진 부품을 만드는 데 사용됩니다.

친숙한 식물 블루 베리가 일종의 란탄 "석출물"이며 그 재에는 최대 0.17 %의 산화 란탄이 포함되어 있습니다. 작은 카렐리언 자작나무의 재에는 많은 란탄이 있습니다.

정의

란탄주기율표의 주요 (A) 하위 그룹의 III 그룹의 여섯 번째 기간에 있습니다.

가족에 속한다 에프-집단. 금속. 명칭 - 라. 서수 - 57. 상대 원자 질량 - 138.906 a.m.u. 란탄은 희토류 금속입니다. 그들 모두는 유사한 구조를 가지므로 란탄족이라고 불리는 별도의 요소 그룹으로 분리됩니다.

란탄 원자의 전자 구조

란탄 원자는 양전하를 띤 핵(+57)으로 구성되어 있으며 그 안에 57개의 양성자와 82개의 중성자가 있고 57개의 전자가 6개의 궤도를 돌고 있습니다.

그림 1. 란탄 원자의 개략 구조.

궤도의 전자 분포는 다음과 같습니다.

57La) 2) 8) 18) 18) 9) 2 ;

1에스 2 2에스 2 2피 6 3에스 2 3피 6 3디 10 4에스 2 4피 6 4디 10 4에프 0 5에스 2 5피 6 5디 1 6에스 2 .

란탄 원자의 외부 에너지 준위는 원자가인 3개의 전자를 포함합니다. 바닥 상태의 에너지 다이어그램은 다음과 같은 형식을 취합니다.

란탄 원자의 원자가 전자는 4개의 양자수 세트로 특징지을 수 있습니다. N(주요 양자), 엘(궤도 함수), 밀리(자기) 및 에스(회전):

하위 수준

문제 해결의 예

실시예 1

57번 원소의 가장 중요한 점은 의심할 여지 없이 14개 란탄족 원소 중 가장 유사한 성질을 지닌 원소라는 점입니다. 란탄과 란탄족은 항상 함께 존재합니다: 광물에서, 우리가 이해하기로는, 금속에서. 1900년 파리 만국박람회에서 순수 란탄족으로 추정되는 일부 샘플이 처음으로 시연되었습니다. 그러나 레이블에 관계없이 각 샘플에는 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴이 포함된 네오디뮴 및 가장 희귀한 란타늄족(툴륨, 홀뮴, 루테튬)이 있다는 데는 의심의 여지가 없습니다. "멸종"을 제외하고 가장 희귀하고 핵 반응 요소 번호 61-프로메튬에서 재창조되었습니다. 그러나 프로메튬이 안정한 동위원소를 가진다면 희토류 원소의 모든 샘플에도 존재할 것입니다.

최근 수십 년 동안에야 과학과 기술의 발전이 인류가 각 란탄족(또는 거의 각각)의 개별적인 자질을 제공할 수 있는 수준에 도달했습니다. 가장 저렴한 희토류 제품은 란탄과 란탄족의 "천연 합금"인 미쉬메탈로 남아 있습니다. 따라서 이 이야기의 절반만 직접 57번 원소에, 나머지 절반을 희토류 "팀"에 할애하는 것이 논리적일 것입니다. 전체 *. 물론, 각각의 란탄족은 - 화학적 개체로서 - 독립적인 이야기를 할 가치가 있습니다. 여기 - 그들의 "리더"와 그들 모두에게 공통적인 것에 대해.

* 희토류 원소에는 란탄과 란탄족 외에 스칸듐과 이트륨이 포함됩니다.

란탄족이 없는 란탄

깨닫는 것이 아무리 슬프더라도 우리 이야기의 주인공은 지극히 평범한 사람입니다. 이것은 외관 (은백색, 회백색 산화 피막으로 덮여 있음)과 물리적 특성이 일반 금속입니다. 융점 920, 끓는점 3469 ° C; 강도, 경도, 전기 전도성 및 기타 특성 측면에서 란탄 금속은 항상 테이블 중간에 있습니다. 란탄은 화학적 특성에서도 일반적입니다. 건조한 공기에서는 변하지 않습니다. 산화막은 대량의 산화로부터 안정적으로 보호합니다. 그러나 공기가 습한 경우(일반적인 지상 조건에서는 거의 항상 습함) 금속 란탄은 점차적으로 수산화물로 산화됩니다. La(OH) 3 는 중간 강도의 염기로, 다시 "중간" 금속의 전형입니다.

란탄의 화학적 성질에 대해 또 무엇을 말할 수 있습니까? 산소에서 450 ° C로 가열하면 밝은 불꽃으로 연소됩니다 (이 경우 상당히 많은 열이 방출됨). 질소분위기에서 소성하면 흑색질화물이 생성된다. 염소에서 란탄은 실온에서 발화하지만 가열될 때만 브롬 및 요오드와 반응합니다. 무기산에 잘 녹고 알칼리 용액과 반응하지 않습니다. 모든 화합물에서 란탄은 3+의 원자가를 나타냅니다. 한마디로 금속은 물리적 특성과 화학적 특성 모두에서 금속과 같습니다.

아마도 란탄의 유일한 구별되는 특징은 수소와의 상호작용의 특성일 것입니다. 그들 사이의 반응은 이미 실온에서 시작되어 열 방출로 진행됩니다. 란탄이 수소를 동시에 흡수하기 때문에 다양한 조성의 수소화물이 형성됩니다.

란탄족은 또한 수소와 상호작용합니다. 그 중 하나인 세륨은 전기 진공 산업과 야금 분야에서 가스 흡수제로도 사용됩니다.

여기에서 우리는 우리 이야기의 중요한 부분 중 하나인 "란탄과 세륨"이라는 주제와 이와 관련하여 란탄의 역사에 대해 설명합니다.

자연의 유병률, 생산 규모 및 사용 범위 측면에서 란타늄은 가장 가까운 유사체인 첫 번째 란탄족보다 열등합니다. "조상"과 - 영원히 두 번째는 그의 가족에서 란탄의 위치입니다. 그리고 희토류 원소를 속성의 총합에 따라 두 개의 하위 그룹으로 나누었을 때, 란탄은 세륨을 기리기 위해 이름이 붙은 하위 그룹에 할당되었습니다. ... 그리고 란타늄은 세륨 다음에 세륨의 혼합물로 발견되었습니다. 미네랄 세라이트. 이것은 교사와 학생의 이야기, 이야기입니다.

1803년 24세의 스웨덴 화학자 Jene Jacob Berzelius는 그의 스승 Hisinger와 함께 현재는 cerite로 알려진 광물을 조사했습니다. 이 광물은 1794년 가돌린에 의해 이트륨과 매우 유사한 이트륨 토류 및 또 다른 희토류를 발견했습니다. 그들은 그것을 세륨이라고 불렀습니다. Berzelius와 거의 동시에 유명한 독일 화학자 Martin Klaproth가 세륨 지구를 발견했습니다.

Berzelius는 이미 저명한 과학자인 수년 후이 물질로 작업하기 위해 돌아 왔습니다. 1826년, 학생이자 조수이자 Berzelius의 친한 친구 중 한 명인 Karl Mozander는 세륨 지구를 조사한 결과 세륨 외에 다른 새로운 원소가 하나 더 포함되어 있다는 결론을 내렸습니다. 그러나 이 가정을 테스트하기 위해서는 많은 cerite가 필요했습니다. Mozander는 1839년에야 세륨 지구의 복잡성을 증명할 수 있었습니다.

흥미롭게도 1년 전에 화학자들에게 알려지지 않은 학생 Erdmann이 노르웨이에서 새로운 광물을 발견하고 그의 스승인 Mozander의 이름을 따서 mosanderite라고 명명했습니다. 두 개의 희토류인 세륨과 노바도 이 광물에서 분리되었습니다.

cerite와 mosanderite에서 발견된 새로운 원소는 Berzelius의 제안으로 lanthanum으로 명명되었습니다. 힌트가 있는 이름: 그리스어 λανθανειν에서 유래 - 숨기다, 잊혀지다. 세라이트에 함유된 란탄은 36년 동안 화학자들에게 성공적으로 숨겨져 왔습니다!

오랫동안 란탄은 2가이며 칼슘 및 기타 알칼리 토금속의 유사체이며 원자량은 90...94라고 믿어졌습니다. 1869년까지 이 수치의 정확성에 대해서는 의심의 여지가 없었습니다. 멘델레예프는 주기율표의 II족에 희토류 원소가 들어갈 자리가 없음을 보고 원자량 138 ... 139를 란탄에 귀속시키는 III족에 넣었습니다. 그러나 그러한 움직임의 정당성은 여전히 ​​입증되어야 했습니다. Mendeleev는 란탄의 열용량에 대한 연구에 착수했습니다. 그에 의해 얻은 값은이 요소가 3가이어야 함을 직접 나타냅니다 ...

물론 순수한 것과는 거리가 먼 금속성 란탄은 Mosander가 염화 란탄을 칼륨으로 가열하여 처음으로 얻었습니다.

오늘날 산업적 규모에서 란탄은 99% 이상의 순도로 얻어집니다. 우리는 이것이 어떻게 수행되는지 따라갈 것이지만 먼저 란탄의 주요 광물과 희토류 원소를 분리하는 가장 복잡한 과정의 첫 번째 단계에 대해 알게 될 것입니다.

광물에서 란타늄과 란탄족은 항상 서로 동반한다는 사실이 이미 언급되었습니다. 하나 또는 다른 희토류 원소의 비율이 평소보다 많은 선택적 광물이 있습니다. 그러나 다른 란탄족은 말할 것도 없고 순수한 란탄이나 순수한 세륨 광물은 없습니다. 선택적 란탄 광물의 예로는 최대 8.3%의 La 2 O 3 및 1.3%의 산화세륨만이 함유된 다비다이트(davidite)가 있습니다. 그러나 란탄은 주로 모나자이트와 바스트네사이트, 세륨 및 세륨 하위 그룹의 다른 모든 원소에서 얻습니다.

모나자이트는 무겁고 반짝이는 광물로 일반적으로 황갈색이지만 구성의 불변성이 다르지 않기 때문에 때때로 다른 색을 띠기도 합니다. 가장 정확하게는 그 구성이 (REE)PO 4 와 같은 이상한 공식으로 설명됩니다. 그것은 모나자이트가 희토류 원소(REE)의 인산염이라는 것을 의미합니다. 일반적으로 모나자이트는 50...68% REE 산화물과 22...31.5% P 2 O 5 를 포함합니다. 또한 최대 7%의 이산화지르코늄, 평균 10%의 이산화토륨 및 0.1 ... 0.3%의 우라늄을 포함합니다. 이 수치는 희토류와 원자력 산업의 경로가 왜 그렇게 밀접하게 얽혀 있는지를 명확하게 보여줍니다.

희토류 혼합금속(미시메탈)과 이들 산화물의 혼합물은 지난 세기 말부터 사용되기 시작했고 금세기 초에는 이와 관련하여 국제적 절도의 탁월한 사례가 입증되었습니다. 브라질로 화물을 배달한 독일 선박은 되돌아가 이 나라의 대서양 연안 해변과 특정 장소에서 모래로 화물창을 채웠습니다. 선장은 모래가 배를 더 안정적으로 만드는 데 필요한 밸러스트일 뿐이라고 주장했습니다. 실제로 독일 산업가의 명령에 따라 그들은 귀중한 광물 원료를 훔쳤습니다. 모나자이트가 풍부한 Espirito Santo 주의 해안 모래 ...

모나자이트 사금석은 모든 대륙의 강, 호수 및 바다 유역을 따라 분포합니다. 세기 초(1909년 데이터), 희토류 원료, 주로 모나자이트의 세계 생산량의 92%가 브라질을 차지했습니다. 10년 후, 무게 중심은 수천 킬로미터를 동쪽(또는 계산 방식에 따라 서쪽)인 인도로 이동했습니다. 1950년 이후 원자력 산업의 발전과 함께 미국은 희토류 원료의 추출과 가공에서 자본주의 국가들 중 패권국이 되었다.

물론 우리 조국과 사회주의사회의 다른 나라들은 희토류공업을 스스로 발전시키고 원자재를 스스로 찾아야 했습니다.

일반적으로 모나자이트 모래에서 란탄까지의 경로를 따라가 보겠습니다.

모래를 모나자이트라고 하지만 그 안에 모나자이트가 많지는 않습니다. 예를 들어, 미국 아이다호(Idaho)의 잘 알려진 모나자이트 사금기에서 모래 1톤에는 모나자이트가 330g만 포함되어 있습니다. 따라서 우선 모나자이트 정광이 얻어진다.

집중의 첫 번째 단계는 준설선에서 이미 진행됩니다. 모나자이트의 밀도는 4.9 ... 5.3이고 일반 모래는 평균 2.7g / cm 3입니다. 이러한 무게 차이로 중력 분리는 어렵지 않습니다. 그러나 같은 모래에는 모나자이트 외에도 다른 중광물이 있습니다. 따라서 순도 92~96%의 모나자이트 정광을 얻기 위해 중력, 자기 및 정전기 농축 방법의 복합체가 사용됩니다. 그 결과 일메나이트, 루틸, 지르콘 및 기타 귀중한 정광을 얻을 수 있습니다.

다른 광물과 마찬가지로 모나자이트는 "개방"되어야 합니다. 대부분의 경우 모나자이트 농축액은 농축 황산 *으로 처리됩니다. 생성된 희토류 원소와 토륨의 황산염은 일반 물로 침출됩니다. 용액에 들어가면 이전 단계에서 분리되지 않은 실리카와 지르콘의 일부가 침전물에 남습니다.

* 모나자이트를 여는 알칼리성 방법도 일반적입니다.

분리의 다음 단계에서는 수명이 짧은 메소토륨(라듐-228)이 추출되고 토륨 자체가 추출되며 때로는 세륨과 함께 때로는 별도로 분리됩니다. 란탄과 란탄족의 혼합물로부터 세륨을 분리하는 것은 특별히 어렵지 않습니다. 그들과 대조적으로 4+ 원자가를 나타낼 수 있고 Ce(OH) 4 수산화물 형태로 침전할 수 있지만 3가 유사체는 용액에 남아 있습니다 . 우리는 값 비싼 희토류 농축액을 가능한 한 완전히 "압출"하기 위해 이전 작업과 마찬가지로 세륨을 분리하는 작업이 반복적으로 수행된다는 점에 주목합니다.

세륨이 분리된 후 용액에는 가장 많은 란탄이 포함됩니다(중간 단계 중 하나에서 추가 분리를 용이하게 하기 위해 황산이 질산으로 대체되었기 때문에 La(NO 3) 3 질산염 형태). 이 용액에서 암모니아, 암모늄 및 질산 카드뮴을 첨가하여 란탄을 얻습니다. Cd(NO 3) 2 가 있는 경우 분리가 더 완벽합니다. 이러한 물질의 도움으로 모든 란탄족은 침전물로 이동하고 카드뮴과 란타늄만 여과액에 남습니다. 카드뮴은 황화수소로 침전되고, 침전물은 분리되며, 란탄족 불순물로부터 분별 결정화에 의해 질산 란탄 용액을 여러 번 정제한다.

궁극적으로, 일반적으로 염화 란탄 LaCl 3 가 얻어진다. 용융 염화물을 전기분해하면 최대 99.5% 순도의 란탄이 생성됩니다. 더 순수한 란탄(99.79% 이상)은 칼슘 열법으로 얻을 수 있습니다. 이것은 고전적인 전통 기술입니다.

보시다시피, 원소 란탄을 얻는 것은 복잡한 문제입니다.

란탄족의 분리(프라세오디뮴에서 루테튬으로)에는 물론 훨씬 더 많은 노력과 돈과 시간이 필요합니다. 따라서 최근 수십 년 동안 세계 여러 국가의 화학자와 기술자는 이러한 원소를 분리하기 위한 새롭고 보다 발전된 방법을 개발하기 위해 노력해 왔습니다. 추출 및 이온 교환과 같은 방법이 만들어지고 업계에 도입되었습니다. 이미 1960년대 초에 이온 교환 원리에 따라 작동하는 공장은 최대 99.9%의 순도를 가진 희토류 제품의 95% 수율을 달성했습니다.

1965년까지 우리나라의 대외 무역 조직은 99% 이상의 순도를 가진 금속 형태의 모든 란탄족 화합물을 구매자에게 제공할 수 있었습니다. 물론 프로메튬 외에도 우라늄의 핵 붕괴 산물인 이 원소의 방사성 물질도 상당히 접근할 수 있게 되었습니다.

Techsnabexport 카탈로그에는 약 300개의 화학적으로 순수한 란탄과 란탄족 화합물이 포함되어 있습니다. 이것은 소비에트 희토류 산업의 고도 발전의 증거입니다.

그러나 란탄으로 돌아갑니다.

란탄 및 그 화합물의 사용에 대해 간략하게

순수한 란탄은 합금 금속으로 거의 사용되지 않으며, 이를 위해 더 저렴하고 더 접근하기 쉬운 세륨 또는 미쉬메탈을 사용합니다. 란탄과 란타늄의 합금 효과는 거의 동일합니다.

때때로 란탄은 유기 용매에서 희토류 원소의 일부(대부분 복잡한) 화합물의 다른 용해도를 사용하여 추출하여 혼합물에서 추출된다고 위에서 언급했습니다. 그러나 57 번 원소 자체가 추출제로 사용됩니다. 용융 란탄은 액체 우라늄에서 플루토늄을 추출하는 데 사용됩니다. 여기에 원자력과 희토류 산업의 또 다른 접점이 있습니다.

란탄 산화물 La 2 O 3는 훨씬 더 널리 사용됩니다. 이 백색 무정형 분말은 물에는 용해되지 않지만 산에는 용해되며 광학 유리의 중요한 구성 요소가 되었습니다. 유명한 Kodak 회사의 사진 렌즈에는 20 ~ 40%의 La 2 O 3 가 포함되어 있습니다. 란탄의 첨가 덕분에 동일한 조리개에서 렌즈의 크기를 줄일 수 있었고 컬러 촬영의 품질을 크게 향상시킬 수 있었습니다. 2차 세계 대전 동안 란탄 안경이 현장 광학 기기에 사용된 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어 인더스타-61LZ와 같은 국내 최고의 사진용 렌즈도 란탄유리로 만들어져 있으며, 우리의 최고 아마추어 영화카메라 중 하나는 란탄이라고 합니다... 최근에는 란탄유리를 사용하여 실험실 유리제품을 만들기도 합니다. 란탄 산화물은 유리에 귀중한 광학적 특성을 부여할 뿐만 아니라 더 큰 내열성과 내산성을 제공합니다.

그것은 아마도 란탄족이없는 란탄에 대해 말할 수있는 모든 주요 사항 일 것입니다. 일부 장소에서는 "없는"원칙에서 벗어나지 않는 것이 불가능했지만 ...

란탄과 그의 팀

란타늄과 란타나이드를 스포츠 팀과 비교하는 것은 일부 사람들에게 터무니없는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 이러한 비교는 "란탄족" 또는 "화학 쌍둥이"와 같은 잘 알려진 정의보다 더 선동적이지 않습니다. 스스로 판단하십시오: lanthanum과 그의 팀은 단일 유니폼(은백색)을 가지고 있으며 하키 선수처럼 모두 보호용 탄약(산화막)을 가지고 있습니다. 그들 모두는 본질적으로 거의 동등하게 방출되지만(유사성은 매우 큽니다), 스포츠에서와 같이 여러 가지 이유로 "능력"은 다른 정도로 실현됩니다. 물론, 이것의 각 구성원은 예를 들어 가돌리늄의 강자성(ferromagnetism)과 같이 자신이 가장 좋아하는 "페인트"와 "트릭"을 명령합니다.

그리고 화학적 특성면에서 란탄족은 여전히 ​​쌍둥이가 아닙니다. 그렇지 않으면 분리할 수 없습니다. 좋은 스포츠 팀에서와 같이 그들은 메인과 특히 개인에서 통합됩니다. 참가자 수는 다른 게임의 플레이어 수가 다르며 14는 정상 범위 내에 있습니다 ...

사실, 이 "팀"에 거의 50명의 후보자가 추천되었던 때가 있었습니다. 발견된 란탄 유사 원소의 수는 엄청난 속도로 증가했습니다. N.A. 교수가 편집한 내용에서 Figurov의 잘못 발견된 요소 목록에는 가장 많은 잘못된 란탄족이 포함되어 있습니다. Mozander, Lecoq de Boisbaudran, Auer von Welsbach, Crookes, Urbain과 같은 주요 과학자들도 실수를 피하지 않았습니다.

주기율표의 엄격한 순서에서 벗어나는 란탄과 그 팀의 속성의 비주기성은 멘델레예프에게 문제를 일으켰습니다. 그러나 시간이 지나면 모든 것이 해결되었습니다. 테이블의 주요 부분에서 란탄족을 제거하자고 처음 제안한 사람은 프라하 대학의 Bohuslav Frantsevich Brauner 교수였습니다.

"당신은 B.F.와 같은 "희토류"에 대한 전문가가 되어야 합니다. Brauner는 많은 초기 관계의 독창성과 유사성뿐만 아니라 천연 재료 자체를 얻는 것의 어려움으로 인해 검증이 어려운 이 복잡하고 어렵고 아직 거의 완성되지 않은 주제를 이해하기 위해 "Mendeleev는 다음과 같이 썼습니다. 1902.

“희토류 원소의 계통도와 주기율표에서의 위치와 관련하여 스칸듐, 이트륨 및 란탄은 원자량과 부피로부터 다음과 같이 III족의 짝수 행에 있다고 가정하는 것이 안전합니다. 산화물의 ... 희토류의 다른 원소는 원자량 측면에서 서로 뒤따르는 시스템에서 주기성 그룹 또는 노드를 형성할 것입니다. 이것은 Mendeleev's Fundamentals of Chemistry의 끝에서 두 번째(1903) 평생 판을 위해 작성된 기사 "희토류의 요소"에서 Brauner가 한 말입니다.

원자핵의 전하라는 주기율표의 기초에 새롭고 물리적으로 더 정확한 기준이 적용된 후에야 "시스템의 매듭"을 푸는 것이 마침내 가능했습니다. 그런 다음 란탄과 탄탈 사이에 15개의 원소만 들어갈 수 있고 후자는 지르코늄과 유사해야 한다는 것이 분명해졌습니다. 이 원소인 하프늄은 1923년 Coster와 Hevosi에 의해 발견되었습니다.

마지막 (원자 번호로) 란탄족 원소인 루테튬은 1907년에 더 일찍 발견되었습니다.

원자의 전자 껍질 구조에서 란탄과 란탄족의 공통 특성에 대한 이유를 찾는 것은 자연스러운 일입니다.

양자 역학의 법칙에 따르면 전자는 궤도가 아닌 핵 주위를 돌 수 있습니다. 그들은 레이어에 분산되어있는 것 같습니다 - 껍질. 이 껍질의 용량, 그 안에있는 최대 전자 수는 다음 공식에 의해 결정됩니다. 네 = 2N 2, 어디 네는 전자의 수이고, N코어에서 세는 쉘의 번호입니다. 첫 번째 껍질은 두 개의 전자만 가질 수 있고 두 번째 껍질은 8개, 세 번째 껍질은 18개, 네 번째 껍질은 32개, 이런 식으로 계속됩니다.

이미 주기율표의 네 번째 기간에 스칸듐으로 시작하여 "다음" 전자는 외부 네 번째 층으로 떨어지지 않고 이전 층으로 떨어집니다. 그렇기 때문에 원자번호 12번부터 30번까지의 원소의 성질 ​​차이는 가벼운 원소의 성질 ​​차이만큼 크지 않습니다. 다섯 번째 기간에도 비슷한 그림이 관찰됩니다. 그리고 여기에서 이트륨으로 시작하여 새로운 전자가 다섯 번째가 아니라 끝에서 두 번째 네 번째 껍질을 채우고 소위 전이 금속의 또 다른 시리즈가 형성됩니다.

쌀. 삼.희토류 원소의 원자량 곡선. 원자가 2+를 나타내는 요소에 의해 형성된 두 개의 극대가 있습니다. 대조적으로, 4가일 수 있는 원소는 최소한의 원자 부피를 갖는다

이 유추를 여섯 번째 기간으로 옮기면 란타늄(스칸듐과 이트륨의 유사체)으로 시작하여 여기에서도 같은 일이 일어날 것이라고 가정하는 것이 논리적일 것입니다. 그러나 전자는 우리의 논리를 무시하고 공석이 있기 때문에 끝에서 두 번째가 아니라 외부에서 세 번째 껍질을 채 웁니다. 공식에 따르면 네 = 2N 2, 핵에서 네 번째인 이 껍질에는 32개의 전자가 있을 수 있습니다. 이것은 드문 예외를 제외하고 다음 란탄족의 "새로운" 전자를 얻는 곳입니다. 그리고 원소의 화학적 성질은 주로 외부 전자 껍질의 구조에 의해 결정되기 때문에 란타나이드의 성질은 전이 금속의 성질보다 훨씬 더 가까운 것으로 판명되었습니다.

III족 원소에 적합하기 때문에 란탄족은 일반적으로 3가입니다. 그러나 그들 중 일부는 또 다른 원자가를 나타낼 수도 있습니다. 세륨, 프라세오디뮴 및 테르븀 - 4+; 사마륨, 유로퓸 및 이테르븀 - 2+.

란탄족의 변칙적인 원자가는 독일 화학자 빌헬름 클렘(Wilhelm Klemm)이 조사하고 설명했습니다. X-선 스펙트럼에서 그는 결정과 원자 부피의 주요 매개변수를 결정했습니다. 원자 부피 곡선은 최대값(유로퓸, 이테르븀)을 명확하게 보여주고 덜 뚜렷하게 최소값(세륨, 테르븀)을 보여줍니다. 프라세오디뮴과 사마륨도 그다지 많지는 않지만 부드럽게 떨어지는 곡선으로 정의되는 계열에서 떨어집니다. 따라서 첫 번째는 소량의 세륨과 테르븀에 "끌어당긴다", 두 번째는 큰 유로퓸과 이테르븀에 "끌어당긴다". 더 큰 원자 부피를 가진 요소는 전자를 더 단단히 고정하므로 3가 또는 2가입니다. 반대로 "소량" 원자에서는 "내부" 전자 중 하나가 껍질에 단단히 둘러싸여 있지 않으므로 세륨, 프라세오디뮴 및 테르븀의 원자는 4가가 될 수 있습니다.

Klemm의 작품에서 희토류 원소를 세륨과 이트륨이라는 두 가지 하위 그룹으로 오랫동안 분류하는 것에 대한 물리적 정당화가 주어졌습니다. 첫 번째는 세륨에서 가돌리늄까지의 란타늄과 란탄족을 포함하고, 두 번째는 이트륨과 테르븀에서 루테튬까지의 란타늄족을 포함합니다. 이 두 그룹의 요소 간의 차이는 란탄족의 주요 네 번째 껍질을 채우는 전자의 스핀 방향입니다.

스핀(전자의 적절한 운동량 모멘트)은 전자가 같은 부호를 갖기 때문입니다. 후자에서 전자의 절반은 한 부호의 스핀을 갖고 나머지 절반은 스핀을 갖습니다.

그러나 양자 역학의 도움으로만 설명할 수 있는 이상 현상에 대해서는 충분합니다. 패턴으로 돌아가 보겠습니다.

란탄족의 경우 패턴이 때때로 비논리적으로 보입니다. 이것의 예는 란탄족 수축입니다.

란타나이드 압축은 노르웨이의 지구화학자 Goldschmidt가 발견한 란탄에서 루테튬에 이르는 희토류 원소의 3가 이온 크기가 자연적으로 감소하는 데 붙여진 이름입니다. 모든 것이 정반대인 것처럼 보일 것입니다. 세륨 원자의 핵에는 란탄 원자의 핵보다 양성자가 하나 더 있습니다. 프라세오디뮴 핵은 세륨 핵보다 큽니다. 따라서 핵 주위를 도는 전자의 수도 증가한다. 그리고 우리가 일반적으로 다이어그램에 그려지는 것처럼 원자를 상상한다면 - 보이지 않는 전자의 길쭉한 궤도, 다양한 크기의 궤도로 둘러싸인 작은 디스크 형태로, 분명히 전자의 이익은 원자의 크기를 다음과 같이 증가시켜야 합니다. 전체. 또는 개수가 같지 않을 수 있는 외부 전자를 버리면 란탄과 그 팀의 3가 이온 크기에서 동일한 규칙성이 관찰되어야 합니다.

실제 상황은 란탄족 압축 다이어그램으로 설명됩니다. 3가 란탄 이온의 반지름은 1.22Å이고 동일한 루테튬 이온은 0.99Å에 불과합니다. 모든 것이 논리적이지는 않지만 그 반대입니다. 그러나 양자역학 없이도 란탄족 압축 현상의 물리적 의미의 바닥에 도달하는 것은 어렵지 않으며, 전자기학의 기본 법칙을 상기하는 것만으로도 충분합니다.

핵의 전하와 그 주위의 전자의 수는 병렬로 증가합니다. 반대 전하 사이의 인력도 커집니다. 무거운 핵은 전자를 더 강하게 끌어당기고 궤도를 단축시킵니다. 그리고 란탄족 원자의 깊은 궤도는 전자로 가장 포화되어 있기 때문에 전기 인력은 훨씬 더 강한 효과를 나타냅니다.

이온 반경의 근접성과 화학적 특성의 공통성은 광물에서 란탄족이 함께 존재하는 주요 원인입니다.

희토류 광물 정보

그 중 주요인 모나자이트가 위에 설명되어 있습니다. 두 번째로 중요한 희토류 광물인 바스트내사이트(bastnäsite)는 여러 면에서 유사합니다. Bastnäsite는 또한 무겁고 광택이 있으며 색상이 일정하지 않습니다(대부분 밝은 노란색). 그러나 화학적으로는 란탄과 란타나이드의 함량이 높다는 것만으로 모나자이트와 관련이 있습니다. 모나자이트가 인산염인 경우 바스트네사이트는 희토류의 플루오로카보네이트이며, 그 구성은 일반적으로 (La, Ce)FCO 3 로 작성됩니다. 그러나 종종 발생하는 것처럼 미네랄 공식은 그 구성을 완전히 반영하지 않습니다. 이 경우 bastnäsite에서 36.9 ... 40.5%의 세륨 산화물과 란탄, 프라세오디뮴 및 네오디뮴의 거의 동일한 산화물(총)을 나타냅니다. 그러나 물론 다른 란탄족도 포함합니다.

바스트나사이트와 모나자이트 외에도 몇 가지 더 많은 희토류 광물이 실제로 사용되지만 특히 가돌리나이트는 세륨 하위 그룹의 REE 산화물이 최대 32%이고 이트륨이 22 ... 50%인 가돌리나이트입니다. 일부 국가에서는 로파라이트와 인회석의 복합 가공 과정에서 희토류 금속이 추출됩니다.

쌀. 4.지각에 있는 란타나이드의 상대적 함량. 패턴: 짝수는 홀수보다 더 일반적입니다.

총 70여종의 고유한 희토류 광물과 200여종의 광물이 더 알려져 있으며 이들 원소가 불순물로 포함되어 있다. 이것은 "희귀한" 지구가 그다지 희귀하지 않다는 것을 나타내며, 스칸듐, 이트륨 및 란타늄과 란타늄족에 대한 이 오래된 일반적인 이름은 과거에 대한 찬사에 불과합니다. 그것들은 희귀하지 않습니다. 지구에는 납보다 더 많은 세륨이 있으며, 가장 희귀한 희토류는 수은보다 지각에서 훨씬 더 흔합니다. 그것은 이러한 요소들의 분산과 그것들을 서로 분리하는 어려움에 관한 것입니다. 그러나 물론 란탄족은 자연계에 균등하게 분포되어 있지 않습니다. 짝수 원자 번호를 가진 요소는 홀수 이웃보다 훨씬 더 일반적입니다. 물론 이러한 상황은 희토류 금속의 생산 규모와 가격에 영향을 미칩니다. 가장 접근하기 어려운 란타늄족 - 테르븀, 툴륨, 루테튬(모두 홀수 원자번호를 가진 란타늄족이라는 점에 유의) -은 금과 백금보다 더 비쌉니다. 그리고 순도 99% 이상의 세륨 가격은 킬로그램당 55루블에 불과합니다(1970년 데이터). 비교를 위해, 우리는 1kg의 mischmetal 비용이 6 ... 7 루블이고 페로 세륨 (철 10 %, 희토류 원소 90 %, 주로 세륨) - 단 5라고 지적합니다. 희토류 원소의 사용 규모는 원칙적으로 가격에 비례합니다 ...

실제로 란탄족

1970년 가을, 소련 과학 아카데미의 광물학, 지구화학 및 희소 원소의 결정 화학 연구소의 과학 위원회는 다소 특이한 의제를 가진 확장 회의를 위해 모였습니다. 희토류 원소의 가능성은 "농업 문제에 비추어" 논의되었습니다.

살아있는 유기체에 대한 이러한 요소의 영향에 대한 질문은 우연히 발생하지 않았습니다. 한편 희토류는 농화학에서 가장 중요한 광물인 인산염과 인회석의 구성 성분에 불순물로 포함되는 경우가 많다고 알려져 있다. 한편, 란탄 및 그 유사체의 생화학적 지표로 작용할 수 있는 식물이 확인되었습니다. 예를 들어, 남부 히코리 호두 잎의 재에서 희토류 원소의 최대 2.5%. 이러한 요소의 농도 증가는 사탕무와 루핀에서도 발견되었습니다. 툰드라 토양의 희토류 원소 함량은 거의 0.5%에 이릅니다.

이러한 공통 요소가 식물의 발달에 영향을 미치지 않을 가능성은 거의 없으며, 진화 사다리의 다른 단계에 있는 유기체도 가능합니다. 1930년대 중반 소련 과학자 A.A. Drobkov는 다양한 식물에 대한 희토류의 영향을 연구했습니다. 그는 완두콩, 순무 및 기타 작물을 실험하고 붕소, 망간의 유무에 관계없이 희토류를 도입했습니다. 실험 결과에 따르면 희토류는 식물의 정상적인 발달에 필요합니다 ... 그러나 이러한 요소가 상대적으로 접근하기 전에 25 년이 지났습니다. 란탄과 그의 팀의 생물학적 역할에 대한 최종 답은 아직 나오지 않았습니다.

이러한 의미에서 야금학자들은 농약학자들을 크게 앞질렀습니다. 철강 산업에서 지난 수십 년 동안 가장 중요한 사건 중 하나는 란탄과 그의 팀과 관련이 있습니다.

연성 철은 일반적으로 마그네슘으로 변성하여 얻습니다. 이 첨가제의 물리적 의미는 주철에 플레이크 흑연 형태의 탄소가 2 ... 4.5 % 포함되어 주철에 주요 기술적 단점 인 취성을 부여한다는 것을 기억하면 명확해질 것입니다. 마그네슘을 첨가하면 흑연이 금속에 더 고르게 분포된 구형 또는 구형 형태로 변합니다. 결과적으로 구조가 크게 개선되고 주철의 기계적 특성이 향상됩니다. 그러나 주철과 마그네슘을 합금하려면 추가 비용이 필요합니다. 반응이 매우 격렬하고 용융 금속이 모든 방향으로 튀기 때문에 이 공정을 위한 특수 챔버를 구축해야 했습니다.

희토류 금속은 유사한 방식으로 주철에 작용합니다. 산화물 불순물을 "제거"하고, 황을 결합 및 제거하고, 흑연을 구상 형태로 전환하는 데 기여합니다. 그리고 동시에 특별한 챔버가 필요하지 않습니다. 반응은 침착하게 진행됩니다. 그리고 결과는?

주철 1톤당 페로세륨-마그네슘 합금 4kg(0.4%)만 ​​투입, 주철 강도 2배! 이러한 주철은 특히 크랭크샤프트의 제조에서 강철 대신에 많은 경우에 사용될 수 있습니다. 뿐만 아니라 연성 철은 주강보다 20~25% 저렴하고 단조강보다 3~4배 저렴합니다. 주철 샤프트 저널의 내마모성은 강철 샤프트 저널의 내마모성보다 2-3배 높은 것으로 나타났습니다. 연성 철 크랭크 샤프트는 이미 디젤 기관차 및 기타 중장비에 사용됩니다.

희토류 원소(미쉬메탈 및 페로세륨 형태)도 다양한 등급의 강철에 첨가됩니다. 모든 경우에 이 첨가제는 강력한 탈산제, 우수한 탈기제 및 탈황제 역할을 합니다. 어떤 경우에는 희토류가 합금 ... 합금강입니다. 니켈-크롬 강은 압연이 어렵습니다. 이러한 강에 도입된 0.03%의 미쉬메탈만이 연성을 크게 증가시킵니다. 이것은 압연, 단조품 제조 및 금속 절단을 용이하게 합니다.

희토류 원소는 또한 경합금의 구성에 도입됩니다. 예를 들어, 11% 미시메탈을 함유한 내열성 알루미늄 합금으로 알려져 있습니다. 란타늄, 세륨, 네오디뮴 및 프라세오디뮴의 첨가제는 마그네슘 합금의 연화점을 3배 이상 높이는 동시에 내식성을 높이는 것을 가능하게 했습니다. 그 후 희토류 원소가 포함된 마그네슘 합금은 초음속 항공기 부품 및 인공 지구 인공위성 쉘 제조에 사용되기 시작했습니다.

희토류 첨가제는 구리, 크롬, 바나듐, 티타늄과 같은 다른 중요한 금속의 특성을 향상시킵니다. 야금 학자들이 매년 희토류 금속을 점점 더 많이 사용하는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

Lanthanum 및 그 유사체는 현대 기술의 다른 영역에서 응용 프로그램을 찾았습니다. 화학 및 석유 산업에서 이들(및 그 화합물)은 효과적인 촉매로 작용하고 유리 산업에서는 염료 및 유리 고유의 특성을 부여하는 물질로 작용합니다. 원자력 공학 및 관련 산업에서 란탄족의 사용은 다양합니다. 그러나 나중에 각 란탄족에 대한 섹션에서 더 자세히 설명합니다. 우리는 인공적으로 생성된 프로메튬도 응용이 가능하다는 점만 지적할 것입니다. 프로메튬-147의 붕괴 에너지는 원자 전기 배터리에 사용됩니다. 한마디로 희토류 실업의 시대는 이미 오래전에 돌이킬 수 없이 끝났다.

그러나 주기율표의 "매듭"과 관련된 모든 문제가 이미 해결되었다고 가정해서는 안 됩니다. 오늘날 "희토류"에 대한 Dmitry Ivanovich Mendeleev의 말은 특히 관련이 있습니다. "최근 몇 년 동안 많은 새로운 것들이 여기에 축적되었습니다." ... 그러나 아마추어 만이 모든 것과 모든 것이 알려졌으며 희귀 한 것으로 간주 할 수 있습니다. 지구 주체는 스스로를 소진했습니다. 반대로 전문가들은 란탄과 그 팀에 대한 지식이 이제 막 시작되었으며 이러한 요소가 과학계를 두 번 이상 놀라게 할 것이라고 확신합니다. 그리고 아마도 과학적일 뿐만 아니라.

원자로 독

천연 란탄은 질량수가 138과 139인 두 개의 동위원소로 구성되며 첫 번째(분율은 0.089%)는 방사성입니다. 반감기가 3.2·10 11년인 K-capture에 의해 붕괴된다. 동위원소 란탄-139는 안정적입니다. 그건 그렇고, 그것은 우라늄의 붕괴 동안 원자로에서 형성됩니다 (모든 파편 질량의 6.3 %). 이 동위 원소는 열 중성자를 매우 적극적으로 포착하기 때문에 원자로 독으로 간주되며 이는 란탄족의 특징이기도 합니다. 란탄의 인공 동위원소 중에서 가장 흥미로운 것은 반감기가 40.22시간인 란탄-140입니다. 이 동위 원소는 란탄과 란탄족의 분리 과정 연구에서 방사성 추적자로 사용됩니다.

세 가지 중 어느 것입니까?

란탄 다음의 원소를 희토류, 란타나이드 또는 란타나이드라고 합니다. 이 이름 중 가장 적절한 것은? "희토류"라는 용어는 18세기에 등장했습니다. 이제 그것은 스칸듐, 이트륨, 란탄 및 그 유사체의 산화물에 기인합니다. 원래 이 용어는 더 넓은 의미를 가지고 있었습니다. "지구"는 일반적으로 금속의 모든 내화 산화물이라고 합니다. 원자 번호가 57에서 71까지인 원소에 대해서는 이것이 사실입니다. La 2 O 3 의 녹는점은 약 2600°C입니다. 순수한 형태의 이러한 "땅" 중 많은 부분이 오늘날까지 희귀합니다. 그러나 지각의 희토류 원소의 희소성에 대해서는 말할 필요도 없습니다 ...

"란탄족"이라는 용어는 다음 14개의 원소가 란탄 다음에 온다는 것을 보여주기 위해 도입되었습니다. 그러나 동등한 성공으로 불소는 산소화물 (또는 산화물)이라고 부를 수 있습니다. 또한 산소와 염소 - 황화물을 따릅니다. 그러나 화학은 "황화물", "인화물", "수소화물"의 개념에 오랫동안 투자했습니다. 염화물 등등 다른 의미. 따라서 "란탄족"이라는 용어는 대부분의 과학자들에 의해 실패한 것으로 간주되며 점점 덜 사용됩니다.

"Lanthanides"- 더 정당화됩니다. 끝 "oid"는 유사성을 나타냅니다. "Lanthanides"는 "란탄과 같은"을 의미합니다. 분명히이 용어는 14 가지 요소 - 란탄 유사체를 지정하는 데 사용해야합니다.

"새로운 이야기"

란탄족과 란탄족의 역사에서 두 시기로 구분할 수 있으며 특히 발견과 분쟁이 풍부합니다. 그 중 첫 번째는 19세기 말까지 거슬러 올라갑니다. 란탄족이 너무 자주 발견되고 "폐쇄"되어 결국에는 흥미롭지 않게 되었습니다... 두 번째 격동의 시기는 20세기의 50년대였습니다. 원자력 기술의 발전은 희토류 원료의 대량 확보에 도움이 되었고 이 분야의 새로운 연구를 자극했습니다. 희토류 원소는 혼합물이 아니라 각각의 고유한 성질을 이용하여 따로 구하여 사용하는 경향이 있었습니다. 15년 동안(1944년부터 1958년까지) 란탄족에 관한 과학 출판물의 수가 7.6배 증가했으며 일부 개별 원소(예: 홀뮴의 경우 24배, 툴륨의 경우 45배)가 증가한 것은 우연이 아닙니다. !

전분으로 가장

란탄의 화합물 중 하나인 염기성 아세테이트는 요오드가 첨가될 때 전분처럼 행동합니다. 흰색 젤은 밝은 파란색을 나타냅니다. 분석가는 때때로 이 속성을 사용하여 혼합물과 용액에서 란탄을 발견합니다.

공식적으로만 2가

모든 화합물에서 란탄은 동일한 원자가(3+)를 나타내는 것으로 확인되었습니다. 그러나 회색-검정 이수소화물 LaH 2 와 황화황화물 LaS의 존재를 어떻게 설명할 수 있습니까? LaH 2 는 LaH 3 형성 반응의 비교적 안정적인 중간체이며 란탄은 두 수소화물 모두에서 3가인 것으로 밝혀졌습니다. 이수소화물 분자는 La-La 금속 결합을 포함합니다. 황화물을 사용하면 모든 것이 훨씬 더 간단하게 설명됩니다. 이 물질은 전기 전도성이 높기 때문에 La 3+ 이온과 자유 전자가 있음을 나타냅니다. 그런데 LaH 2 도 전류가 잘 통하는 반면 LaH 3 는 반도체입니다.

란탄 - 57

란탄(La) 희토류 금속, 원자 번호 57, 원자 질량 138.91, 융점 920°C 및 밀도 6.16g/cm3.
그들은 오랫동안 그것을 열 수 없었고 그 이름을 얻었습니다 ( "lantan", 그리스어 "나는 숨어 있습니다"). 오랫동안 란탄은 실험실과 산업계에서 구하기 어려웠습니다. 순수한 형태로 그와 그의 화합물은 크로마토그래피를 사용하여 1903년에만 얻어졌습니다. 먼저 란탄염을 분리한 다음 순수한 형태의 란탄 자체를 분리했습니다. 금속 란탄은 금속 칼슘과 매우 유사합니다. 그 경도는 주석과 비슷하며 물을 분해하고 산과 반응하며 가열하면 염소 및 유황과 반응합니다. 개방된 건조한 공기에서 산화되고 산화물의 박막인 금속 몸체를 산화로부터 보호합니다.

란타넘 획득.

희토류 금속 - 란탄

자연계에서 란탄은 주로 모나자이트(monazite)와 바스트네사이트(bastnäsite)라는 광물에서 발견됩니다. 미네랄 로파라이트(loparite)와 인회석(apatite)에도 존재합니다. 이러한 광물에는 다른 REM도 포함되어 있어 순수한 란탄을 분리하기 어렵습니다. 산업계에서 상용 제품으로 란탄은 최대 99%의 순도로 생산되며, 이를 더 높은 순도로 가져옵니다.
모나자이트는 다양한 화학 성분으로 인해 자연에서 다양한 색상으로 발견되는 중광물입니다. 그것은 최대 68%의 다양한 REM 산화물, 최대 7%의 지르코늄, 최대 10%의 이산화토륨 및 일부 비율의 우라늄을 포함합니다. 일반적으로 사금 형태의 모나자이트는 다양한 대륙의 바다, 호수 및 강 기슭에서 발견됩니다. 광물 추출 후 순도 92-96%까지 농축액을 얻어야 합니다. 이를 위해 중력, 자기 및 정전기 방법에 의해 거친 분쇄, 미세 분쇄 및 농축 과정이 적용됩니다. 이 경우 다른 정광도 얻습니다(일메나이트, 금홍석, 지르코늄).
그런 다음, 생성된 모나자이트 농축물을 황산(때로는 알칼리)으로 처리합니다. 생성된 REM 황산염은 물로 침출되어 용액이 되고 실리카와 일부 지르콘이 침전물에 남습니다. 처리의 다음 단계에서 라듐 228과 토륨과 세륨이 분리됩니다. 세륨의 분리 후, 란탄은 LaCl3 염화물의 형태로 용액에 남아 있습니다. 그런 다음 용융물에서 전기분해를 거쳐 최대 99.5%의 순도로 분리됩니다. 99.8%까지 더 순수한 란탄을 얻기 위해 칼슘 열처리 방법이 사용됩니다. 희토류 금속을 분리하는 다른 방법(추출 및 이온 교환)이 있으며, 이 방법을 사용하면 얻은 란탄의 순도를 최대 99.9%까지 달성할 수 있습니다.
보다 최근에는 세륨과 함께 란탄이 얻어졌습니다. 이 혼합물에서 그것들은 1:1의 비율이었고, 이 혼합물은 발화 특성을 가졌으며 이는 추적 발사체의 생산에 사용되었습니다. 란탄은 과인산염과 인회석의 생산에서 얻을 수 있으며, 우리 나라에서 그 매장량은 고갈되지 않습니다.

란타넘의 적용.

현대 사회에서 새로운 재료를 만들 때 란탄을 비롯한 희토류 금속의 중요성을 과대 평가하기는 어렵습니다.
에너지.원자력은 핵연료의 첨가제로 다량의 란탄을 소모한다. 또한 플루토늄을 생산하는 데 사용됩니다. 풍력 에너지 산업은 풍력 터빈 발전기용 란탄으로 만든 강력한 자석을 사용합니다.
석유 산업.란탄은 오일 분해 공정에서 촉매로 사용됩니다.
인광체.란탄은 형광등 생산, 평면 스크린 및 모니터 생산, 음극선관 장치용으로 사용됩니다. 현재 형광체 생산은 특히 고순도 금속 및 LaCeT, LaP와 같은 복합 화합물 형태의 REM 및 란탄 소비를 위한 세계 최대 산업이 되고 있습니다.
전자제품.컴퓨터용 마이크로칩 및 메모리 장치 생산, LED 디스플레이 생산.
합금 및 세라믹.소위 야금에서 합금을 합금하고 정제하는 데 사용됩니다. 미시 금속(세륨 45-50%, 란타늄 22-35%, 네오디뮴 15-17% 및 철 5% 이하 및 규소 0.1-0.3%를 포함하는 기타 REM의 합금), 순수한 금속을 얻기 위한 매우 중요한 구성 요소, 내열성 및 내화학성 합금을 얻기 위한 합자. 크롬 - 니켈 강의 구성에 도입 된 란타늄과 세륨의 혼합물은 연성을 크게 증가시켜 10 배의 압연을 촉진하고 금속 손실을 크게 줄입니다. 고순도 내화 금속을 얻는 것은 합금에 란탄 및 세륨과의 혼합물을 도입하지 않고는 불가능합니다. 알루미늄 및 마그네슘에 란탄 및 세륨과의 혼합물을 첨가하면 기계적 및 화학적 특성이 크게 향상됩니다. 란탄을 이용한 전기전자세라믹 생산은 선진국 시장에서 중요한 산업이 되고 있다.
우주와 항공.위성 및 우주선 선체의 구조 재료 제조. 이러한 재료는 엄청난 하중, 온도 및 압력 강하를 견딥니다. 항공기의 가스터빈 엔진에는 란탄을 함유한 REM 합금 미세합금이 사용됩니다.
자동차 산업연료 촉매 생산, 신세대 배터리 생산, 하이브리드 자동차용 엔진 생산.
레이저 및 광전자공학.광학 렌즈 제조.
기타.의학에서 진단 장치를 만들고 농업을 위한 새로운 유형의 비료를 만듭니다. 환경 친화적인 산업을 위한 필터 생성.

소개

1. 영수증

2. 속성

3. 신청

4. 생물학적 역할

결론

소개

화학 원소인 란탄은 36년 동안 발견되지 않았습니다. 1803년, 24세의 스웨덴 화학자 Jöns Jakob Berzelius는 현재 세라이트로 알려진 광물을 조사했습니다. 이트륨 흙과 이트륨과 매우 유사한 또 다른 희토류가 이 광물에서 발견되었습니다. 그들은 그것을 세륨이라고 불렀습니다. 1826년 Carl Mozander는 세륨 흙을 조사하여 세륨 외에 다른 새로운 원소를 하나 더 포함하고 있다는 이질적인 지구라는 결론을 내렸습니다. Mozander는 1839년에야 세륨 토류의 복잡성을 증명할 수 있었습니다. 그는 더 많은 양의 세라이트를 마음대로 사용할 수 있을 때 새로운 원소를 분리할 수 있었습니다.

1. 영수증

물론 순수한 것과는 거리가 먼 금속성 란탄은 Mosander가 염화 란탄을 칼륨으로 가열하여 처음으로 얻었습니다. 오늘날 산업적 규모에서 란탄은 99% 이상의 순도로 얻어집니다. 주로 모나자이트(monazite)와 바스트네사이트(bastnäsite)뿐만 아니라 세륨 및 세륨 하위 그룹의 다른 모든 원소에서 추출됩니다.

모자나이트는 무겁고 반짝이는 광물로 일반적으로 황갈색이지만 구성이 다르지 않기 때문에 때때로 다른 색을 띠기도 합니다. 가장 정확하게는, 그 구성이 다음과 같은 이상한 공식으로 설명됩니다. (REE)RO4: 이것은 모나자이트가 희토류 원소(REE)의 인산염임을 의미합니다. 일반적으로 모날라이트 50-68% REE 산화물 및 22-31.5% P2O5. 또한 최대 7%의 이산화지르코늄, 평균 10%의 이산화토륨 및 0.1-0.3%의 우라늄을 함유하고 있습니다. 이 수치는 우리 시대에 희토류와 원자력 산업의 경로가 밀접하게 얽혀 있는 이유를 명확하게 보여줍니다. 모나자이트 사금석은 모든 대륙의 강, 호수 및 바다 유역을 따라 분포합니다. 세기 초(1909년 데이터), 희토류 원료, 주로 모나자이트의 세계 생산량의 92%가 브라질에서 나왔습니다. 1950년 이후 원자력 산업의 발전과 함께 미국은 희토류 원료의 추출과 가공에서 자본주의 국가들 중 패권국이 되었다.

순도 92-96%의 모나자이트 농축물을 얻기 위해 중력, 자기 및 정전기 농축 방법의 복합체가 사용됩니다. 그 결과 일메나이트, 루틸, 지르콘 및 기타 귀중한 정광을 얻을 수 있습니다.

다른 광물과 마찬가지로 모나자이트는 "개방"되어야 합니다. 대부분의 경우 모나자이트 농축물은 농축 황산으로 처리됩니다(모나자이트를 여는 알칼리성 방법도 널리 보급되었습니다). 생성된 희토류 원소와 토륨의 황산염은 냉수로 침출됩니다. 용액에 들어가면 이전 단계에서 분리되지 않은 실리카와 지르콘의 일부가 침전물에 남습니다.

다음 단계에서 수명이 짧은 메소토륨(라듐 - 228)이 분리된 다음 토륨 자체가 분리됩니다. 때로는 세륨과 함께, 때로는 별도로 분리됩니다. 세륨이 분리된 후 대부분의 란탄은 용액에 남아 있으며 일반적으로 LaCl3 염화물의 형태로 얻어진다. 용융 염화물을 전기분해하면 순도가 최대 99.5%인 란탄이 생성됩니다. 훨씬 더 순수한 란탄 - 99.79% 이상은 칼슘 열법으로 얻을 수 있습니다. 이것은 고전적이고 전통적인 기술입니다. 보시다시피, 원소 란탄을 얻는 것은 복잡한 문제입니다.

란탄족의 분리(프라세오디뮴에서 루테튬으로)에는 물론 훨씬 더 많은 노력과 돈과 시간이 필요합니다. 따라서 지난 10년 동안 세계 여러 국가의 화학자와 기술자는 이러한 원소를 분리하기 위한 새롭고 보다 발전된 방법을 개발하기 위해 노력해 왔습니다. 추출 및 이온 교환과 같은 방법이 만들어지고 업계에 도입되었습니다. 이미 1960년대 초에 이온 교환 원리에 따라 작동하는 공장은 최대 99.9%의 순도를 가진 희토류 제품의 95% 수율을 달성했습니다.

2. 속성

란탄의 물리적 특성

LANTAN (그리스어 lanthano에서 - 숨기기, 위도 Lanthanum) La, chem. 요소 III gr. 주기적 시스템, 원자 번호 57, 원자 질량 138.9055; 희토류 원소에 속합니다. 천연 란타늄은 139La(99.911%)와 방사성 138La(0.089%)의 두 동위 원소로 구성됩니다.

원자 번호
모습	부드럽고 가단성이 있으며 점성이 있는 은백색 금속
원자 속성
원자 질량(몰 질량)	138.9055 ㄱ. 전자(g/mol)
원자 반경
이온화 에너지(첫 번째 전자)	541.1(5.61) kJ/mol(eV)
전자 구성
열역학적 특성
밀도
비열	0.197 J/(K 몰)
열 전도성	13.4W/(m·K)
녹는 온도
녹는 열	8.5kJ/몰
끓는 온도
증발열	402kJ/몰
몰 부피	22.5cm3/mol
화학적 특성
공유 반경
이온 반경	101.(+3e) 오후 6시
전기 음성도
전극 전위
산화 상태	7, 6, 4, 3, 2, 0, -1
수정 세포
격자 구조	육각형
격자 기간
c/a 비율
온도 안녕

화학적 특성

화학적 특성면에서 란탄은 평범하지만 매우 내화물입니다. 건조한 공기에서는 변하지 않습니다. 산화막은 대량의 산화로부터 안정적으로 보호합니다. 그러나 공기가 습한 경우(일반적인 지상 조건에서는 거의 항상 습함) 금속 란탄은 점차적으로 수산화물로 산화됩니다. 산소에서 450 ° C로 가열하면 밝은 불꽃으로 연소됩니다 (이 경우 상당히 많은 열이 방출됨). 질소분위기에서 소성하면 흑색질화물이 생성된다. 염소에서 란탄은 실온에서 발화하지만 가열될 때만 브롬 및 요오드와 반응합니다. 무기산에 잘 녹고 알칼리 용액과 반응하지 않습니다. 모든 화합물에서 란탄은 3+의 원자가를 나타냅니다.

수소 및 란탄과의 반응은 이미 실온에서 시작되어 열 방출로 진행됩니다. 란탄이 수소를 동시에 흡수하기 때문에 다양한 조성의 수소화물이 형성됩니다.

3. 신청

유리 생산

란탄 산화물(5~40%)은 광학 유리(란탄 유리)를 녹이는 데, 영화 및 사진 장비에 사용되는 렌즈 및 프리즘을 제조하는 데 사용되며 천문학적인 목적으로도 사용됩니다.

세라믹 전기히터 생산

칼슘, 스트론튬, 마그네슘으로 도핑된 란탄 크롬철광은 고온로 히터의 생산에 사용됩니다(융점 Ї 2453 ° C, 작동 온도 - 산소 분위기에서 약 1780도). 온도가 증가함에 따라 란타늄 크로마이트의 전기 저항이 급격히 감소합니다. 란탄크롬산염의 열팽창 계수는 매우 낮으며 이는 전기 히터의 내구성을 미리 결정합니다.

고온 초전도

란탄 산화물은 란탄, 이트륨, 바륨, 스트론튬, 구리 등의 산화물을 기반으로 한 고온 초전도체의 합성에 사용됩니다.

금속열

때때로 란탄은 희소 원소를 줄이기 위해 금속 열처리에 사용됩니다.

특수 유리 코팅

란탄 화합물을 기반으로 실내 온도를 5-7도 낮추는 창 유리 코팅이 생성됩니다.

열전재료

란탄 모노텔루라이드는 매우 높은 열 기전력(834μV/K)을 가지며 고효율의 열전 발전기에 사용됩니다.

금속 수소화물 수소 축전지 생산

란탄니켈수소화물은 자동차용 고용량 수소저장소(금속수소수소저장소)로 널리 사용되고 있다.

원자력 에너지

고순도 금속 란탄은 원자력 산업, 특히 플루토늄을 추출하기 위한 핵연료 재처리 기술에서 절대적으로 매우 중요합니다. 용융 란탄은 금속 플루토늄을 불순물로 함유한 용융 금속 우라늄에 혼합됩니다. 용융된 란탄은 대량의 우라늄에서 플루토늄 동위원소를 합금으로 완전히 추출하고 우라늄과 섞이지 않고 우라늄 위에 떠 있습니다. 결과 합금은 화학 기술에 의해 배수되고 처리됩니다. 란탄은 핵무기 생산의 "어깨"를 지탱하고 있다고 주장할 수 있습니다.

전자제품

최근에는 전도성이 높은 란탄몰리브데이트에 대한 관심이 크게 증가하고 있다.

전자현미경

전자현미경에 LaB 6(육붕화란탄) 음극을 사용하면 전류 밀도를 6배 증가시켜 해상도를 높이는 동시에 텅스텐에 비해 음극 수명을 5배(최대 500시간) 늘릴 수 있습니다. 음극.

화학 전류 소스

고체 전해질을 사용하는 배터리 분야의 생산 및 연구는 산업 및 전자 분야에서 큰 관심을 받고 있습니다. 이 분야에서 란탄 플루오라이드는 전해질로서 매우 중요하게 되었고 란탄 금속을 양극으로 사용하여 음극은 일반적으로 비스무트, 납 또는 구리 플루오라이드입니다. 이러한 전류 소스의 매력적인 측면은 부피, 에너지 저장 기간, 강도 및 내구성 측면에서 매우 높은 비에너지 강도입니다. 이와 관련하여 많은 주요 전문가들은 배터리를 다른 유형의 배터리에 대한 대안으로 보고 있습니다.

4. 생물학적 역할

염화란탄 금속 화학

1930년대 중반, 소련 과학자 A. A. Drobkov는 희토류 금속이 다양한 식물에 미치는 영향을 연구했습니다. 그는 완두콩, 순무 및 기타 작물을 실험하고 붕소, 망간 유무에 관계없이 희토류 금속을 도입했습니다. 실험 결과 희토류 금속이 식물의 정상적인 발달에 필요하다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 이러한 요소가 상대적으로 쉽게 접근할 수 있게 되기까지 25년이 지났습니다. 란탄의 생물학적 역할에 대한 최종 답은 아직 나오지 않았습니다.

의학에서 탄산 란탄은 음식에서 인산염의 흡수를 방지하는 약물로 고인산혈증에 사용됩니다.

결론

내 초록에서 나는 란탄의 물리적, 화학적 특성뿐만 아니라 란탄이 어디에 사용되는지, 어떤 산업 및 의학에서 사용되는지 조사했습니다.

서지

1. Arefieva "생태 화학", 2006

2. 겔프만 "화학", 2004

3. Nekrasov "일반 화학", 2007

4. Knyazev "무기 화학", 2004

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BD

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