Lantán(III)-oxid

Sablon:Chembox A lantán-oxid (lantán(III)-oxid vagy lantán-trioxid) a lantán és oxigén áltat alkotott kémiai vegyület, képlete La₂O₃. Ferroelektromos anyagok fejlesztéséhez használják fel, ezenkívül optikai tulajdonságai miatt is alkalmazzák.

Tulajdonságai

A ritkaföldfém-oxidok között a lantán-oxid tiltott sávja nagy, 4,3 eV; bár nem a legnagyobb: a lutécium-oxidé 5,5 eV. Rácsenergiája a legalacsonyabb, dielektromos állandója pedig nagyon magas (ε = 27). A lantán-oxid széleskörűen felhasznált anyag az iparban és a kutatólaborokban egyaránt. Szobahőmérsékleten szagtalan, fehér, szilárd anyag, vízben nem, de híg savakban jól oldódik. A vegyület pH-jától függően különböző kristályszerkezetei ismertek. Higroszkópos anyag; a levegő nedvességtartalmát gyorsan megkötve lantán-hidroxiddá (La(OH)₃) alakul. A lantán-oxid p típusú félvezető, ellenállása a hőmérséklet növekedésével csökken. Átlagos, standard körülmények között ellenállása 10 kΩ·cm

Szerkezete

Alacsony hőmérsékleten a lantán-oxid kristályszerkezete A-M₂O₃ hexagonális (hatszögletű). A La³⁺ ionok O^2- ionokkal vannak körülvéve, amelyek oktaéderes alakban helyezkednek el. Magasabb hőmérsékleten a lantán-oxid kristályszerkezete megváltozik, C-M₂O₃ kocka alakú szerkezetet vesz fel.

A lantanából kinyerhető elemek

Számos elemet a gadolinit ércből hosszadalmas folyamatok során nyertek ki, fedeztek fel. Fokozatosan, különböző módokon elemezték az ércet, a megmaradó anyagoknak a céria és lantana nevet adták, később az ittriát, erbiát és a terbiát is ettől az érctől különítették el. Különböző elemek vegyületeit tartalmazzák, kivonható belőlük ⁵⁸Ce, ⁵⁷La, ⁶⁸Er, ⁶⁵Tb, ³⁹Y, ⁷⁰Yb, ⁶⁷Ho, ⁶⁹Tm, ²¹Sc, ⁵⁹Pr, ⁶⁰Nd és ⁶⁶Dy. Ezek közül számos elemet G. Mosander izolált az 1830-as és 1840-es években.

Szintézise

A lantán-oxid számos polimorfhoz hasonló módon kristályosodik. A hexagonális lantán-oxid gyártása abból indul ki, hogy lantán(III)-klorid (LaCl₃) oldatát előmelegített (általában fém-kalkogenidből készült) felületre permetezik, majd egy kétlépéses folyamatot (hidrolízis, majd dehidratáció) követően lantán-oxidot kapnak.

$\mathrm{L}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{L}\mathrm{a}{\left(OH\right)}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$\mathrm{2}\mathrm{L}\mathrm{a}{\left(OH\right)}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{L}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

A lantán-oxid gyártásának elsődleges módja a lantán-hidroxid csapadékként való leválasztása egy oldatból 2,5% ammónia és a felületaktív nátrium-dodecil-szulfát hozzáadásával. Ezt az elegyet 24 órán keresztül állandó keverés mellett 80 °C-on tartják.

$\mathrm{L}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{L}\mathrm{a}{\left(OH\right)}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Egyéb módon lantán-szulfidból (szén-dioxiddal) vagy lantán-szulfátból (hevítéssel) is előállítható:

$\mathrm{2}\mathrm{L}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{S}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{L}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{2}\mathrm{L}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}{\left(S{O}_4\right)}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{L}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Reakciói

A lantán-oxidot a ferroelektromos anyagok fejlesztésére használják, például a lantánnal dúsított BLT-hez (Bi₄Ti₃O₁₂). Optikai felhasználásra is alkalmas, a szemüvegekhez is gyakran adnak lantán-oxidot. A volfrám-, tantál- és tórium-oxidokkal együtt növelik az üveg törésmutatóját, keménységét és sűrűségét. Kémiai tartósságát, mechanikai erősségét.

$\mathrm{3}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{L}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{L}\mathrm{a}{\left(B{O}_2\right)}_{\mathrm{3}}$

Ha ezt a 3:1 arányú reakciót egy üvegkompozithoz hozzákeverjük, a lantán nagy molekulatömege miatt lecsökken a keverék olvadáspontja. Az olvadt üveghez való lantán-oxid keverés megnöveli a folyékony üveg átalakulásának hőmérsékletét 658-679 °C-ra.

Felhasználásai

Az üveg lúgokkal szembeni ellenállóképességét is lehet lantán-oxiddal fokozni. A lantán-oxid a piezoelektronikai és a termoelektronikai ipar kellékeinek része. Autókban a kipufogógáz-átalakító katalizátorok is tartalmaznak lantán-oxidot. A röntgensugarakat erősítő képernyőkben is található, ezenkívül fényporok és hővezető kerámiák alkotórésze. Fényes ragyogást ad az ilyen kerámiáknak.

Külső hivatkozások

• http://www.rsc.org/periodic-table/element/57/lanthanum
• External MSDS 1
• External MSDS 2