Lantán(III)-oxid

Kémiai azonosítók
lantán(III)-oxid
lantán(III)-oxid
IUPAC-név	lantán(III)-oxid
Más nevek	lantán-szeszkvioxid
CAS-szám	1312-81-8
PubChem	150906
ChemSpider	2529886
RTECS szám	OE5330000
InChIKey	KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	La₂O₃
Moláris tömeg	325,809 g/mol
Megjelenés	higroszkópos fehér por
Sűrűség	6,51 g/cm³ (szilárd)
Olvadáspont	2315 °C (2588 K)
Forráspont	4200 °C (4500 K)
Oldhatóság (vízben)	oldhatatlan
Tiltott sáv	4,3 eV
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet	hexagonális, hP5
Tércsoport	P-3m1, No. 164
Veszélyek
Főbb veszélyek	irritáló
NFPA 704	0 1 0 W
R mondatok	R36/37
S mondatok	S26, S22, S37/39
Lobbanáspont	nem gyúlékony
Rokon vegyületek
Azonos kation	lantán(III)-klorid
Azonos anion	cérium(III)-oxid szkandium(III)-oxid ittrium(III)-oxid aktínium(III)-oxid
Rokon vegyületek	lantán-alumínium-oxid, LaSrCoO₄
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

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.^[1] 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.^[2] Magasabb hőmérsékleten a lantán-oxid kristályszerkezete megváltozik, C-M₂O₃ kocka alakú szerkezetet vesz fel.^[3]

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,^[4] majd egy kétlépéses folyamatot (hidrolízis, majd dehidratáció) követően lantán-oxidot kapnak.

$\mathrm {LaCl_{3}+3\ H_{2}O\rightarrow La\left(OH\right)_{3}+3\ HCl}$

$\mathrm {2\ La\left(OH\right)_{3}\rightarrow La_{2}O_{3}+3\ H_{2}O}$

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.

$\mathrm {LaCl_{3}+3\ H_{2}O+3\ NH_{3}\rightarrow La\left(OH\right)_{3}+3\ NH_{4}Cl}$

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

$\mathrm {2\ La_{2}S_{3}+3\ CO_{2}\rightarrow 2\ La_{2}O_{3}+3\ CS_{2}}$

$\mathrm {2\ La_{2}\left(SO_{4}\right)_{3}\rightarrow 2\ La_{2}O_{3}+6\ SO_{3}}$

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.^[5] Kémiai tartósságát, mechanikai erősségét.

$\mathrm {3\ B_{2}O_{3}+La_{2}O_{3}\rightarrow 2\ La\left(BO_{2}\right)_{3}}$

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.^[6] A röntgensugarakat erősítő képernyőkben is található, ezenkívül fényporok és hővezető kerámiák alkotórésze. Fényes ragyogást ad az ilyen kerámiáknak.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Lanthanum oxide című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Jegyzetek

↑ "Optical and dielectric characteristics of the rare-earth metal oxide Lu2O3," S. V. Ordin and A. I. Shelykh, Semiconductors Volume 44, Number 5 (2010), 558-563, DOI: 10.1134/S1063782610050
↑ Wells, A.F.. Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Clarendon Press, 546. o. (1984)
↑ Wyckoff, R. W.G.. Crystal Structures: Inorganic Compounds RXn, RnMX2, RnMX3. New York: Interscience Publishers (1963)
↑ Kale, S.S.; Jadhav, K.R.; Patil, P.S.; Gujar, T.P.; Lokhande, C.D. (2005). „Characterizations of spray-deposited lanthanum oxide (La2O3) thin films”. Materials Letters 59, 3007. o. DOI:10.1016/j.matlet.2005.02.091.
↑ Vinogradova, N. N.; Dmitruk, L. N.; Petrova, O. B. (2004). „Glass Transition and Crystallization of Glasses Based on Rare-Earth Borates”. Glass Physics and Chemistry 30, 1. o. DOI:10.1023/B:GPAC.0000016391.83527.44.
↑ Cao, J; Ji, H; Liu, J; Zheng, M; Chang, X; Ma, X; Zhang, A; Xu, Q (2005). „Controllable syntheses of hexagonal and lamellar mesostructured lanthanum oxide”. Materials Letters 59, 408. o. DOI:10.1016/j.matlet.2004.09.034.

Külső hivatkozások

[1] "Optical and dielectric characteristics of the rare-earth metal oxide Lu2O3," S. V. Ordin and A. I. Shelykh, Semiconductors Volume 44, Number 5 (2010), 558-563, DOI: 10.1134/S1063782610050

[2] Wells, A.F.. Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Clarendon Press, 546. o. (1984)

[3] Wyckoff, R. W.G.. Crystal Structures: Inorganic Compounds RXn, RnMX2, RnMX3. New York: Interscience Publishers (1963)

[kale-4] Kale, S.S.; Jadhav, K.R.; Patil, P.S.; Gujar, T.P.; Lokhande, C.D. (2005). „Characterizations of spray-deposited lanthanum oxide (La2O3) thin films”. Materials Letters 59, 3007. o. DOI:10.1016/j.matlet.2005.02.091.

[5] Vinogradova, N. N.; Dmitruk, L. N.; Petrova, O. B. (2004). „Glass Transition and Crystallization of Glasses Based on Rare-Earth Borates”. Glass Physics and Chemistry 30, 1. o. DOI:10.1023/B:GPAC.0000016391.83527.44.

[6] Cao, J; Ji, H; Liu, J; Zheng, M; Chang, X; Ma, X; Zhang, A; Xu, Q (2005). „Controllable syntheses of hexagonal and lamellar mesostructured lanthanum oxide”. Materials Letters 59, 408. o. DOI:10.1016/j.matlet.2004.09.034.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]