Lantaani

Fysikaaliset ominaisuudet

Lantaani on hopeinen metalli, joka on suhteellisen pehmeää. Sen kiderakenne on heksagonaalinen tiivispakkaus.

Isotoopit

Luonnollisesti esiintyvä lantaani koostuu yhdestä stabiilista isotoopista (¹³⁹La) ja yhdestä radioaktiivisesta isotoopista (¹³⁸La), joista ¹³⁹La:ta esiintyy runsaiten (99,9119 %). Lantaanille on löydetty 38 radioisotooppia, joista stabiilein on ¹³⁸La, jonka puoliintumisaika on 1,02 · 10¹¹ vuotta. Seuraavaksi pysyvin on ¹³⁷La, jonka puoliintumisaika on 60 000 vuotta. Useimpien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle 24 tuntia.

Kemialliset ominaisuudet

Lantaani on melko elektropositiivinen alkuaine. Lantaani tummentuu ilman vaikutuksesta nopeasti muodostaen suojaavan oksidikerroksen. Lantaani palaa helposti muodostaen lantaanioksidia La₂O₃. Lantaani reagoi myös halogeenien ja useimpien muiden epämetallien kanssa lämmitettäessä. Lantaani liukenee happoihin. Lantaanin tärkein hapetusaste on +III.

Yhdisteet

Lantaani muodostaa helposti hapen kanssa oksidin La₂O₃. Lantaanihydroksidia La(OH)₃ tavataan emäksisissä vesiliuoksissa. Lantaani muodostaa vesiliukoisia halidiyhdisteitä. Lantaanin erikoisuus on muodostaa tuplanitraatti, jota voidaan hyödyntää jakokiteytyksissä, kun lantanoideja pyritään erottamaan toisistaan. Vedyn kanssa reagoidessaan lantaani muodostaa lantaanidihydridiä.
Lantaani muodostaa suhteellisen heikkoja komplekseja, mikä johtuu kohtalaisen suuresta ionisäteestä. Lantaani muodostaa usein komplekseja korkeimmilla koordinaatioluvuilla (yli 6). Lantaanille on muodostettu myös organometalliyhdisteitä. Yleensä ligandina toimii syklopentadieeni ja sen johdannaiset.

Historia

Lantaanin löysi ruotsalainen kemisti Carl Gustav Mosander ceriumoksidista vuonna 1839. Lantaani nimettiin kreikan kielen λανθανω lanthanein mukaan, joka tarkoittaa pakoilla tai piilossa olemista. Lantaani eristettiin lähestulkoon puhtaassa muodossa 1923.

Esiintyminen

Tärkeimmät lähteet lantaanille ovat bastnasiitti ja monatsiitti, jotka sisältävät suurimmalta osin ceriumia. Monatsiitti on melko yleistä, mutta on yleensä sekoittunut muihin malmeihin. Bastnasiitin tärkein lähde on Sierra Nevada Yhdysvalloissa. Kiinasta on löytynyt suuria bastnasiittilähteitä. Lantaani on kohtalaisen yleistä maan kuoressa (35 ppm).

Eristys ja valmistus

Lantanoidien erottaminen tapahtuu poistamalla ensin torium liuottamalla monatsiitti natriumhydroksidilla ja erottamalla veden avulla sieltä oksidit. Laskettaessa happamuutta suolahapon avulla erottuu toriumoksidi. Radium poistetaan tästä seoksesta lisäämällä bariumkloridia ja lantanoidien sulfaattia, jolloin radium erottuu sulfaattina ja lantanoidit erottuvat klorideina. Bastnasiitista lantanoidit voidaan erottaa liuottamalla ensin se suolahappoon, jolloin kalsiumkarbonaatti poistuu. Tämän jälkeen seos voidaan käsitellä 1 200 °C:ssa hiilen ja kloorikaasun kanssa, jolloin syntyy lantanoidikloridiseos. Toinen vaihtoehto on hapettaa ilman kanssa malmi ja erottaa suolahapon avulla ceriumoksidi, jolloin jäljelle jää lantanoidikloridiseos. 
Lantaani voidaan erottaa seoksesta jakokiteytyksen avulla. Toinen mahdollisuus on käyttää erotusta, jossa hyödynnetään lantanoidien eri atomipainoja, kun käytetään nitraatti- ja tri-n-butyylifosfaattiliuoksia. Suurin pitoisuus saadaan, kun käytetään ioninvaihtomenetelmää, jossa hyödynnetään EDTA:n ammoniumsuoloja.

Käyttö

Lantaanioksidia käytetään korkealaatuisissa optisissa laseissa, koska sillä on korkea taitekerroin, mikä auttaa minimoimaan hajaheijastumia kameroiden linsseissä, kaksiteholaseissa ja mikroskoopeissa. Digitaalikameran linssissä lantaanin osuus optisessa lasissa saattaa olla jopa 30 prosenttia, minkä lisäksi lantaania saattaa olla myös linssin hajaheijastuksia estävissä pinnoitteissa.
Lantaania voidaan käyttää mischmetalleissa, joita käytetään muun muassa sytyttimissä. Lantaania käytetään yleisesti eri lejeeringeissä lisäämään materiaalin kestävyyttä ja muokattavuutta.
Lantaani-nikkeli-metalliyhdiste sopii vedyn varastointiin huoneenlämmössä ja matalassa paineessa.