镧

金属元素

镧（Lanthanum），是元素周期表第六周期的镧系元素。元素符号La，原子序数57，相对原子质量138.9055。较软的银白色金属，有六方的a相和立方的β相。相对密度为6.145（a），6.17（β），熔点921℃，沸点3464℃。电阻率57x10-8Ω·m（25℃）。镧是活泼金属，在空气中失去光泽，表面生成白色氧化镧。在空气中加热能燃烧，生成氧化物和氮化物；在氢气中加热生成氢化物；与水反应放出氢气，易溶于酸。主要氧化态为+3。重要化合物有氧化镧、氢氧化镧、硫氧化镧、卤氧化镧和卤化镧等。

研究简史

1839年，瑞典化学家莫桑德尔从不纯的硝酸铈中意外提取到一种新的稀土氧化物，并将其命名为氧化镧，从而发现了镧这种新元素。

1923年，相对纯净的金属镧被提纯出来。

理化性质

物理性质

金属镧是一种银白色的金属，质较软易切割。新鲜截面呈银灰色，在空气中易被氧化。有三种晶型，α型，六方晶系，β型，面心立方堆积，350℃稳定存在，密度=6.19g/cm3；γ型，＞868℃稳定存在，密度=5.98g/cm3。避免与酸、氧化物、卤素、硫磺接触。遇热、明火、氧化剂等物质接触有引起燃烧危险。一般封存于固体石蜡或浸于煤油中易受无机酸的侵蚀。

化学性质

镧属于f区元素，但外围电子排布为[Xe]5d16s2，并没有填充f轨道。这是因为f轨道的能量和空间伸展范围当核电荷增加超过57时都会突然地减小。举例来说，一个4f电子与核的结合能从La的-0.95eV降至Nd的-5eV。于是La原子的f轨道仍然空着，并采取了5d16s2的基态构型，到60Nd时4f轨道的能量已低于5d，因而采取了4f46s2的基态构型。正是由于原子序数超过57时有效核电荷迅速增加，使4f轨道的能量降低并允许占据这些轨道，才形成了La后的14个镧系元素。金属镧的化学性质活泼，易溶于稀酸。在空气中易氧化，新鲜的表面遇空气迅速变暗；加热能燃烧，生成氧化物和氮化物。在氢气中加热生成氢化物，在热水中反应强烈并放出氢气。镧存在于独居石砂和氟碳铈镧矿中。镧可直接与碳、氮、硼、硒、硅、磷、硫、卤素等反应；镧的化合物呈反磁性。高纯氧化镧可用于制造精密透镜；镧镍合金可做储氢材料，六硼化镧广泛用作大功率电子发射阴极。

金属镧在空气中会慢慢失去光泽。镧可以在空气中迅速燃烧，生成氧化镧（Ⅲ）（La2O3）。

银白色的金属镧的电负性相当低，能与冷水发生反应，并与热水迅速反应，生成氢氧化镧和氢气。

金属镧可以与所有的卤素单质发生反应，生成三卤化物。金属镧可与氟气（F2）、氯气（Cl2）、溴单质（Br2）、碘单质（I2）反应生成氟化镧（Ⅲ）（LaF3）、氯化镧（Ⅲ）（LaCl3）、溴化镧（Ⅲ）（LaBr3）和碘化镧（Ⅲ）（LaI3）。

金属镧可以迅速溶于硫酸中，生成含有水合La（Ⅲ）离子的溶液和氢气（H2）。La3+(aq)极有可能是以配离子La(H2O)93+的形式存在的。

镧离子与其他稀土一样会发生水解。稀土离子的水解反应与稀土浓度有很大的关系，La水解时，当La3+从0.1→→1.0mol/L，除水解出La(OH)+外，还会进一步发生复杂的水解反应生成La2(OH)5+、La5(OH)96+和La6(OH)108+。

制备方法

把镧同其他元素分离，并得到纯净的金属镧比较困难，这在很大程度上取决于它在自然界的存在形式。在自然界中有多种稀土矿，其中以磷钇矿、独居石和氟碳铈矿最为重要；前两种矿物都是正磷酸盐矿LnPO4（Ln表示除非常稀少的钷以外所有镧系元素组成的集合），而氟碳铈矿则是由氟化物和碳酸盐形式的复盐矿LnCO3F。原子序数为偶数的镧系元素比较常见。上述矿物中最常见的镧系元素主要依次为铈、镧、钕和镨。独居石中还含有锕系元素钍和过渡金属钇。钍及其衰变产物有放射性，这使其变得更加难以处理。

在很多时候并不需要把各种金属都分离开，但是如果需要那么做，其过程会非常复杂。分离时用硫酸（H2SO4）、盐酸（HCl）和氢氧化钠（NaOH）把稀土金属以盐的形式浸取出来。分离纯化这些盐时，常用的方法包括选择性配位技术、萃取技术和离子交换树脂。

用金属钙还原LaF3，可以得到纯净的镧。

该反应也可以用其他卤化镧，但在所选用的反应条件下（在氩气中加热至高于金属熔点50℃），生成的氟化钙会比其他卤化钙更易于处理。可在真空条件下把过量的钙从混合反应物中除去。也可以由水合氯化镧经脱水后，用金属钙还原，或由无水氯化镧经熔融后电解而制得。

应用领域

工业用途

镧元素在电子技术领域有广泛应用。它被用作电池正极材料，特别是镧镍氢电池和镧钴氧电池。此外，镧元素也被用作电视和显示器的磷光粉，提供红色和粉红色的荧光。

镧元素在燃料电池中被用作阳极催化剂。它可以增加燃料电池的效率和稳定性，使其能够更高效地将化学能转化为电能。

镧元素在环境保护领域有着重要的应用。它被用作废水处理剂，可以有效去除重金属离子和其他有害物质。此外，镧元素也被用作汽车尾气净化系统中的催化剂，可以将有害气体转化为无害物质。

镧元素的化合物可以用于制备光学玻璃，如镧玻璃。这种玻璃具有高折射率和低散射性能，因此被广泛应用于光学仪器、摄影镜头和激光设备。

多年来，人们已将铅添加到玻璃中以增加玻璃的折射率，从而产生超亮的晶体效果。随着折射率的升高，光在材料中传播的速度变慢，并且从空气进入玻璃时，光的弯曲程度也会增加。镧在提高折射率且不会过多分散光的方面要比铅好得多，现已被广泛用于相机和望远镜的镜头中。此外，三氧化二镧（La2O3）还改善了玻璃的耐碱性，从而可用于制造特殊光学玻璃。

镧元素在钢铁冶金中有重要作用。它被用作添加剂来改变钢的性能，提高其耐温性和耐腐蚀性。此外，镧元素还可以作为稀土合金的成分，用于制备高强度和高温合金。

医疗用途

镧元素的化合物在医药领域也有应用。例如，镧元素可以用于制备造影剂，在医学影像学中用于增强组织和器官的可见度。此外，镧元素还被用作某些药物的成分，具有抗炎和抗氧化的特性。

分布情况

镧主要存在于独居石砂和氟碳铈矿中，独居石砂中含有所有稀土元素，还含有钙和钍，通常以磷酸盐形式存在。

安全措施

环境危害

金属镧的粉末有引起火灾和爆炸的危险。

健康危害

虽然早先的证据表明，镧的毒性似乎有限，但是镧的所有化合物都有剧毒，镧盐会损害肝脏。一般进入组织的镧主要累积在肝脏，特别是经消化道摄入的镧首先在肝脏中累积，然后经血液向其他脏器转移。大量研究表明，镧对肝脏存在伤害。硝酸镧灌胃染毒后，可见肝细胞基质内线粒体肿胀、空泡化，嵴减少或消失。同时，镧对心脏和肾脏也存在一定的伤害。

储存运输

储存方法

加入密封的储藏器内，储存在阴凉、干燥的地方。确保工作间有良好的通风设施。远离火源、水源，避免与湿气接触。切勿与氧化物，酸性物质保存在一起。必须保存于石蜡或矿物油中。

运输方法

运输车辆应配备相应型号、数量的消防器材和泄漏应急处理设备。严禁携带氧化剂和食用化学品运输。货车的排气管需要配备阻燃剂。罐车运输时，应安装地面链条。为了减少振动产生的静电，可在罐内安装孔式隔膜。禁止装卸易产生火花的机械设备和工具。夏季要在早晚运输。在运输过程中，应防止日晒、雨淋和高温。中途停留时应远离火源、热源和高温区域。