Lantán(III)-oxid

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
lantán(III)-oxid
La2O3structure.jpg
lantán(III)-oxid
IUPAC-név lantán(III)-oxid
Más nevek lantán-szeszkvioxid
Kémiai azonosítók
CAS-szám 1312-81-8
PubChem 150906
ChemSpider 2529886
RTECS szám OE5330000
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
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 standard állapotára vonatkoznak.
(25 °C, 100 kPa)

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Alacsony hőmérséleten a lantán-oxid kristályszerkezete A-M2O3 hexagonális (hatszögletű). A La3+ ionok O2- 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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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_2O \rightarrow La\left(OH\right)_3 + 3\ HCl}

 \mathrm{2\ La\left(OH\right)_3 \rightarrow La_2O_3 + 3\ H_2O}

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_2O + 3\ NH_3 \rightarrow La\left(OH\right)_3 + 3\ NH_4Cl}

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

 \mathrm{2\ La_2S_3 + 3\ CO_2 \rightarrow 2\ La_2O_3 + 3\ CS_2}

 \mathrm{2\ La_2\left(SO_4\right)_3 \rightarrow 2\ La_2O_3 + 6\ SO_3}

Reakciói[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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_2O_3 + La_2O_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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 regyogást ad az ilyen kerámiáknak.

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  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 (1984) 
  3. Wyckoff, R. W.G.. Crystal Structures: Inorganic Compounds RXn, RnMX2, RnMX3. New York: Interscience Publishers (1963) 
  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.  


Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]