Lantano

elemento químico con número atómico 57

El lantano es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es La y su número atómico es 57.

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  Hexagonal.svg Capa electrónica 057 Lantano.svg
 
57
La
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla ampliada
La,57.jpg
Blanco plateado
Información general
Nombre, símbolo, número Lantano, La, 57
Serie química Lantánidos
Grupo, período, bloque -, 6, f
Masa atómica 138,9055 u
Configuración electrónica [Xe]5d16s2
Dureza Mohs 2,5
Electrones por nivel 2, 8, 18, 18, 9, 2 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 195 pm
Electronegatividad 1,1 (escala de Pauling)
Radio covalente 169 pm
Estado(s) de oxidación 3
Óxido base fuerte
1.ª energía de ionización 538,1 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1067 kJ/mol
3.ª energía de ionización 1850,3 kJ/mol
4.ª energía de ionización 4819 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 6146 kg/m3
Punto de fusión 1193 K (920 °C)
Punto de ebullición 3730 K (3457 °C)
Entalpía de vaporización 414 kJ/mol
Entalpía de fusión 6,2 kJ/mol
Presión de vapor 1,33 × 10-7 Pa a 1193 K
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
Calor específico 190 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 1,26·106 S/m
Conductividad térmica 13,5 W/(K·m)
Velocidad del sonido 2475 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del lantano
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
137LaSintético6 × 104 añosε0,600137Ba
138La0,09%1,05 × 1011 añosε1,737138Ba
138La0,09%1,05 × 1011 añosβ-1,044138Ce
139La99,91%Estable con 82 neutrones
Peligrosidad
SGA Inflamable
NFPA 704

NFPA 704.svg

4
0
2
W
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Es el primer elemento de la serie de los lantánidos.

HistoriaEditar

Fue descubierto por el químico sueco Carl Gustaf Mosander en el año 1839. Debe su nombre al verbo griego lanthaneîn (λανθανεῖν), que significa "escondido", ya que el metal se encontraba "escondido" en un mineral de cerio. Mosander descubrió el elemento lantano en el nitrato de cerio impuro. Se extrajo de la tierra (óxido insoluble en agua) lantana (óxido de lantano), tratándola con un ácido fuerte. (Otros elementos lantánidos fueron descubiertos en impurezas de minerales de itrio y de cerio).

CaracterísticasEditar

FísicasEditar

El lantano es el primer elemento y prototipo de la serie de lantánidos. En la tabla periódica, aparece a la derecha del metal alcalinotérreo bario y a la izquierda del lantánido cerio. El lantano a menudo se considera un elemento del grupo 3, junto con el escandio, el itrio y el actinio, el congénere más pesado del lantano,[1]​ aunque esta clasificación es controvertida. Los 57 electrones de un átomo de lantano están dispuestos en la configuración [Xe]5d16s2, con tres electrones de valencia fuera del núcleo del gas noble. En las reacciones químicas, el lantano casi siempre da estos tres electrones de valencia de las subcapas 5d y 6s para formar el estado de oxidación +3, el logro de la configuración estable del gas noble anterior xenón.[2]​ También se conocen algunos compuestos de lantano (II), pero son mucho menos estables.[3]

Entre los lantánidos, el lantano es excepcional ya que no tiene electrones 4f como un solo átomo en fase gaseosa. Por lo tanto, es solo muy débilmente paramagnético, a diferencia de los lantánidos posteriores fuertemente paramagnéticos (con la excepción de los dos últimos, iterbio y lutecio, donde la capa 4f está completamente llena).[4]​ Sin embargo, la capa 4f del lantano puede ocuparse parcialmente en ambientes químicos y participar en enlaces químicos, razón por la cual a veces se considera que no es un elemento del grupo 3.[5]​ Por ejemplo, los puntos de fusión de los lantánidos trivalentes están relacionados con el grado de hibridación de los electrones 6s, 5d y 4f (disminuyendo al aumentar la participación de 4f),[6]​ y el lantano tiene el segundo punto de fusión más bajo (después del cerio) entre todos los lantánidos: 920 ° C.[7]​ Los lantánidos se vuelven más duros a medida que se atraviesa la serie: como era de esperar, el lantano es un metal blando. El lantano tiene una resistividad relativamente alta de 615 nΩm a temperatura ambiente; en comparación, el valor del buen conductor de aluminio es de solo 26,50 nΩm.[8][9]​ El lantano es el menos volátil de los lantánidos.[10]​ Como la mayoría de los lantánidos, el lantano tiene una estructura cristalina hexagonal a temperatura ambiente. A 310 ° C, el lantano cambia a una estructura cúbica centrada en la cara, y a 865 ° C, cambia a una estructura cúbica centrada en el cuerpo.[11]

QuímicasEditar

Como se esperaba de las tendencias periódicas, el lantano tiene el mayor radio atómico de los lantánidos. Por lo tanto, es el más reactivo entre ellos, se empaña con bastante rapidez en el aire, se vuelve completamente oscuro después de varias horas y puede quemarse fácilmente para formar óxido de lantano (III), La2O3, que es casi tan básico como el óxido de calcio.[12]​ Una muestra de algunos centímetros de tamaño de lantano se corroe por completo en un año como su óxido descostra fuera como el óxido del hierro, en lugar de formar un revestimiento de óxido de protección, como el aluminio, escandio e itrio.[13]​ El lantano reacciona con halógenos a temperatura ambiente para formar los trihaluros, y al calentarse formarán compuestos binarios con los no metales nitrógeno, carbono, azufre, fósforo, boro, selenio, silicio y arsénico.[2][3]​ El lantano reacciona lentamente con el agua para formar hidróxido de lantano (III), La(OH)3.[14]​ En ácido sulfúrico diluido, el lantano forma fácilmente el ion tripositivo acuoso [La(H2O)9]3+: este es incoloro en solución acuosa ya que La3+ no tiene electrones d o f.[14]​ El lantano es la base más fuerte y dura entre los elementos de tierras raras, lo que se espera nuevamente por ser el más grande de ellos.[15]

IsótoposEditar

 
Extracto del gráfico de nucleidos que muestra isótopos estables (negro) desde bario (Z = 56) hasta neodimio (Z = 60).

El lantano natural está compuesto por dos isótopos, el estable La139 y el radioisótopo de vida larga 138. El La139 es de lejos el más abundante, hasta el 99,910% del lantano natural: se produce en el s-proceso (captura lenta de neutrones, que ocurre en estrellas de masa baja a media) y el proceso r (captura rápida de neutrones, que ocurre en el colapso del núcleo de las supernovas).[16]​ El isótopo 138La, muy raro, es uno de los pocos núcleos impares primordiales con una vida media larga de 1,05 × 1011 años. Es uno de los p-núcleos ricos en protones que no se pueden producir en los procesos s o r. El La138, junto con el aún más raro La138, se produce en el proceso ν, donde los neutrinos interactúan con núcleos estables.[17]​ Todos los demás isótopos del lantano son sintéticos: con la excepción del La137 con una vida media de aproximadamente 60.000 años, todos ellos tienen una vida media de menos de un día y la mayoría tiene una vida media de menos de un minuto. Los isótopos La139 y La140 se producen como productos de fisión del uranio.[16]

Métodos de obtención y químicaEditar

El lantano, como las otras tierras raras, existe solo en minerales a causa de su reactividad química.

Mediante reducción del fluoruro de lantano anhidro con calcio:

2LaF3 + 3Ca → 3CaF2 + 2La

La temperatura de solidificación del lantano es 900°C.

Aplicaciones especialesEditar

  • Aleado con cerio, neodimio, praseodimio, gadolinio e iterbio forma la aleación llamada mischmetal, utilizada para fabricar piedras de encendedor.
  • El óxido de lantano confiere al vidrio resistencia a las bases y se emplea para la fabricación de vidrios ópticos especiales.
  • Se están produciendo esponjas de hidrógeno con aleaciones que contienen lantano. Dichas aleaciones admiten hasta 400 veces su volumen de gas y el proceso es reversible. Cada vez que toman gas se libera energía calorífica, por lo que tienen la posibilidad de convertirse en sistemas de conservación de energía.
  • Es utilizado como componente de las pantallas intensificadoras de las unidades de rayos X.
  • El carbonato de lantano es utilizado en el tratamiento de la insuficiencia Renal Crónica por su capacidad de formar complejos insolubles con fosfatos, reduciendo así la hiperfosfemia.

PrecaucionesEditar

 
Lantano
 
Fórmula molecular ?
Identificadores
Número CAS 7439-91-0[18]
ChEBI 33336
ChemSpider 22369
PubChem 23926
UNII 6I3K30563S
Propiedades físicas
Masa molar 138,90547 g/mol

El lantano tiene un nivel de toxicidad de bajo a moderado y debe manipularse con cuidado. La inyección de soluciones de lantano produce hiperglucemia, hipotensión arterial, degeneración del bazo y alteraciones hepáticas.[cita requerida] La aplicación en luz de arco de carbono llevó a la exposición de las personas a óxidos y fluoruros de elementos de tierras raras, que a veces conducen a neumoconiosis.[19][20]​ Como el ión La3+ es de tamaño similar al ión Ca2+, a veces se utiliza como un sustituto fácil de rastrear de este último en estudios médicos.[21]​ Se sabe que el lantano, como los otros lantánidos, afecta el metabolismo humano, reduce los niveles de colesterol, la presión arterial, el apetito y el riesgo de coagulación sanguínea. Cuando se inyecta en el cerebro, actúa como analgésico, de manera similar a la morfina y otros opiáceos, aunque aún se desconoce el mecanismo detrás de esto.[21]

ReferenciasEditar

  1. Greenwood and Earnshaw, p. 1102
  2. a b Greenwood and Earnshaw, p. 1106
  3. a b Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. pp. 444-446. ISBN 978-0-07-049439-8. Consultado el 6 de junio de 2009. 
  4. Cullity, B. D. and Graham, C. D. (2011) Introduction to Magnetic Materials, John Wiley & Sons, ISBN 9781118211496
  5. Wittig, Jörg (1973). «The pressure variable in solid state physics: What about 4f-band superconductors?». En H. J. Queisser, ed. Festkörper Probleme: Plenary Lectures of the Divisions Semiconductor Physics, Surface Physics, Low Temperature Physics, High Polymers, Thermodynamics and Statistical Mechanics, of the German Physical Society, Münster, March 19–24, 1973. Advances in Solid State Physics 13. Berlin, Heidelberg: Springer. pp. 375-396. ISBN 978-3-528-08019-8. doi:10.1007/BFb0108579. 
  6. Gschneidner Jr., Karl A. (2016). «282. Systematics». En Jean-Claude G. Bünzli; Vitalij K. Pecharsky, eds. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths 50. pp. 12-16. ISBN 978-0-444-63851-9. 
  7. Krishnamurthy, Nagaiyar and Gupta, Chiranjib Kumar (2004) Extractive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, ISBN 0-415-33340-7
  8. Greenwood and Earnshaw, p. 1429
  9. Lide, David R. (2005). CRC handbook of chemistry and physics (86th ed., 2005-2006 edición). CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. OCLC 61108810. Consultado el 3 de abril de 2021. 
  10. The Radiochemistry of the Rare Earths, Scandium, Yttrium, and Actinium
  11. Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas CRC
  12. Greenwood and Earnshaw, p. 1105–7
  13. «Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test». Consultado el 8 de agosto de 2009. 
  14. a b «Chemical reactions of Lanthanum». Webelements. Consultado el 6 de junio de 2009. 
  15. Greenwood and Earnshaw, p. 1434
  16. a b Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties», Nuclear Physics A 729: 3-128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
  17. Woosley, S. E.; Hartmann, D. H.; Hoffman, R. D.; Haxton, W. C. (1990). «The ν-process». The Astrophysical Journal 356: 272-301. doi:10.1086/168839. 
  18. Número CAS
  19. Dufresne, A.; Krier, G.; Muller, J.; Case, B.; Perrault, G. (1994). «Lanthanide particles in the lung of a printer». Science of the Total Environment 151 (3): 249-252. Bibcode:1994ScTEn.151..249D. PMID 8085148. doi:10.1016/0048-9697(94)90474-X. 
  20. Waring, P. M.; Watling, R. J. (1990). «Rare earth deposits in a deceased movie projectionist. A new case of rare earth pneumoconiosis». The Medical Journal of Australia 153 (11–12): 726-30. PMID 2247001. S2CID 24985591. doi:10.5694/j.1326-5377.1990.tb126334.x. 
  21. a b Emsley, John (2011). Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. Oxford University Press. pp. 266-77. ISBN 9780199605637. 

Véase tambiénEditar

Enlaces externosEditar