Lantan, sembolü La ve atom numarası 57 olan kimyasal bir elementtir. Havaya maruz kaldığında yavaş yavaş kararan yumuşak, sünek, gümüşi beyaz bir metaldir. Periyodik tabloda lantan ve lutesyum ile ilişkili 15 elementten oluşan bir grup olan lantanit serisinin adıdır, lantan ilk ve prototiptir. Lantan tipik olarak nadir toprak elementi olarak kabul edilir.
Diğer nadir toprak elementlerinin çoğunda olduğu gibi, yaygın oksidasyon durumu +3 iken, bazı bileşikler +2 oksidasyon durumuna sahiptir. Lantan insanlarda biyolojik bir rol oynamaz, ancak bazı mikroorganizmalar için önemlidir. Bazı antibakteriyel özellikler sergilemesine rağmen insanlar için özellikle tehlikeli değildir.
Lantan genellikle seryum ve diğer nadir toprak elementleriyle birlikte bulunur. 1839 yılında İsveçli bilim adamı Carl Gustaf Mosander, seryum nitratta bir safsızlık olarak lantanı keşfetti. Bu isim, Antik Yunanca’da ‘gizlenmek’ anlamına gelen λαvθάνειν (lanthanein) kelimesinden gelmektedir.
Nadir toprak elementi olarak kategorize edilmesine rağmen, lantan yerkabuğunda en bol bulunan 28. elementtir ve kurşundan üç kat daha fazladır. Lantan, monazit ve bastnasit gibi minerallerdeki lantanit konsantrasyonunun yaklaşık %25’ini oluşturur. Bu minerallerden 1923 yılına kadar saf lantan metali vermeyen sofistike bir teknik kullanılarak üretilmiştir.
Lantan Elementinin Kullanım Alanları
Lantan bileşikleri katalizörler, cam katkı maddeleri, stüdyo ışıkları ve projektörler için karbon ark lambaları, çakmak ve meşale ateşleme bileşenleri, elektron katotları, sintilatörler, gaz tungsten ark kaynağı elektrotları ve daha fazlası dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır. Lantan karbonat, böbrek yetmezliği nedeniyle kanda aşırı fosfat seviyeleri olduğunda fosfat bağlayıcı olarak kullanılır.
Lantan Elementinin Fiziksel Özellikleri
Lantan, lantanit serisinin ilk elementi ve prototipidir. Periyodik tabloda toprak alkali metal baryumun sağında ve lantanit seryumun solunda yer alır. Lantan, konu üzerine yazan yazarlar tarafından genellikle f-blok elementlerinin ilki olarak kabul edilir.
Lantan atomları 57 elektrona sahiptir ve [Xe]5d16s2 konfigürasyonunda, asal gaz çekirdeğinin dışında üç değerlik elektronu ile düzenlenir. Kimyasal süreçlerde, lantan genellikle her zaman 5d ve 6s alt kabuklarından bu üç değerlik elektronunu vererek +3 oksidasyon durumunu oluşturur ve önceki soy gaz ksenonun kararlı konfigürasyonunu elde eder.
Bazı lantan(II) bileşikleri de bilinmektedir, ancak bunlar tipik olarak çok daha az kararlıdır. Lantan monoksit (LaO) bazı yıldız spektrumlarında yüksek soğurma bantlarına sahiptir.
Lantan, lantanitler arasında tek bir gaz fazı atomunda 4f elektronuna sahip olmaması bakımından benzersizdir.
Sonuç olarak, aşırı derecede paramanyetik olan sonraki lantanitlerin aksine sadece hafif paramanyetiktir. Bununla birlikte, lantanın 4f kabuğu kimyasal ortamlarda kısmen dolabilir ve kimyasal bağ yapabilir.
Örneğin lantan, 6s, 5d ve 4f elektronlarının hibridizasyon seviyesi nedeniyle 920 °C ile üç değerlikli lantanitler arasında ikinci en düşük erime noktasına sahiptir.
F orbitallerinin kimyasal kullanılabilirliği, alışılmadık temel durum yapısına rağmen lantanın f bloğuna dahil edilmesini açıklar.
Lantanitler seri ilerledikçe sertleşir; lantan beklendiği gibi yumuşak bir metaldir. Oda sıcaklığında lantan, iyi iletken alüminyumun 26,50 nΩm değerine kıyasla 615 nΩm gibi nispeten yüksek bir dirence sahiptir. Lantan, lantanitler arasında en düşük uçuculuğa sahiptir. Ortam sıcaklığında lantan, diğer lantanitlere benzer şekilde altıgen bir kristal yapı (α-La) sergiler. Lantan 310 °C’de yüz merkezli kübik bir yapı (β-La) ve 865 °C’de gövde merkezli kübik bir yapı (γ-La) oluşturur.
Lantan Elementinin Kimyasal Özellikleri
Lantan, periyodik eğilimlere göre beklendiği gibi lantanitler arasında en yüksek atom yarıçapına sahiptir. Sonuç olarak, grubun en reaktif olanıdır, havada hızla kararır ve birkaç saat içinde tamamen kararır. Ayrıca neredeyse kalsiyum oksit kadar bazik olan lantan(III) oksit, La2O3 üretmek için kolayca yakılabilir. Bir santimetre büyüklüğünde bir lantan örneği bir yıl içinde tamamen aşınacaktır çünkü oksidi alüminyum, skandiyum, itriyum veya lutesyum gibi koruyucu bir oksit tabakası üretmek yerine demir pası gibi dökülür.
Lantan oda sıcaklığında halojenlerle etkileşime girerek trihalidler oluşturur ve bunlar ısıtıldığında ametal azot, karbon, kükürt, fosfor, bor, selenyum, silikon ve arsenik ile ikili bileşikler oluşturur.
Lantan yavaşça su ile etkileşime girerek lantan(III) hidroksit, La(OH)3 üretir. Seyreltik sülfürik asitte lantan hızla suda çözünmüş tripozitif iyon [La(H2O)9]3+ oluşturur.
La3+ ‘ün d veya f elektronu yoktur, bu nedenle sulu çözeltide renksizdir. Lantan, büyüklüğü göz önüne alındığında bekleneceği gibi, tüm nadir toprak elementleri arasında en güçlü ve en sert tabana sahiptir.
Bazı lantan (II) bileşikleri mevcuttur, ancak bunlar çok daha az kararlıdır.[16] Sonuç olarak, lantan bileşikleri yasal olarak tanımlanırken oksidasyon numarası her zaman belirtilmelidir.
Nüklit tablosu baryumdan (Z = 56) neodimyuma (Z = 60) kadar kararlı izotopları (siyah) göstermektedir.
Lantan doğal olarak iki izotop halinde bulunur: kararlı 139La ve ilkel uzun ömürlü radyoaktif 138La.
139La en bol bulunanıdır ve doğal lantanın %99,910’unu oluşturur. S-süreci ve r-süreci (çekirdek çökmesi süpernovalarında meydana gelen hızlı nötron yakalama) yoluyla yaratılır. Lantanın tek kararlı izotopudur.
Nadir izotop 138La, 1.05×1011 yıl gibi uzun bir yarı ömre sahip birkaç ilkel tek küsur çekirdekten biridir. S veya r süreçleri yoluyla yaratılamayan proton zengini p çekirdeklerinden biridir. Kararlı çekirdeklerle etkileşime giren nötrinoları içeren v-süreci 138La ve çok daha nadir olan 180mTa’yı üretir.
Yarılanma ömrü yaklaşık 60.000 yıl olan 137La hariç, diğer tüm lantan izotopları sentetiktir. Hepsinin yarı ömrü iki günden azdır ve çoğunun yarı ömrü bir dakikadan azdır. 139La ve 140La izotopları uranyum fisyon ürünleridir.
Lantan Elementinin Bileşikleri
Lantan oksit, kendisini oluşturan elementlerin doğrudan etkileşimi yoluyla oluşabilen beyaz bir katıdır. La3+ iyonunun büyük boyutu nedeniyle La2O3, yüksek sıcaklıklarda skandiyum oksit (Sc2O3) ve itriyum oksitin (Y2O3) 6 koordinatlı yapısına geçiş yapan altıgen 7 koordinatlı bir yapıya sahiptir. Su ile birleştiğinde lantan hidroksit oluşur: Reaksiyon çok fazla ısı üretir ve tıslama sesi çıkarır.
Lantan hidroksit, bazik karbonat üretmek için ortamdaki karbondioksit ile reaksiyona girecektir.
Lantan florür suda çözünmez ve La3+ varlığını test etmek için kullanılabilir. Daha ağır halojenürlerin hepsi yüksek oranda çözünebilen, suda çözünen kimyasallardır. Hidratların ısıtılması hidrolizi teşvik eder, bu da susuz halojenürlerin oluşumuyla sonuçlanır. Örneğin, hidratlı LaCl3 ısıtıldığında LaOCl elde edilir.
Lantan ekzotermik olarak hidrojenle birleşerek kalsiyum florür yapısına sahip koyu renkli, piroforik, kırılgan, iletken bir kimyasal olan LaH2 dihidrürünü oluşturur. Bu stokiyometrik olmayan bir bileşiktir ve daha tuz benzeri LaH3 elde edilene kadar elektrik iletkenliğinde karşılık gelen bir azalma ile daha fazla hidrojen emilimi mümkündür.
LaI2 ve LaI gibi, LaH2 de büyük olasılıkla bir elektrid molekülüdür.
La3+’ün geniş iyonik yarıçapı ve yüksek elektropozitifliği nedeniyle, bağına çok az kovalent girdi vardır, bu nedenle itriyum ve diğer lantanitlere benzer şekilde sınırlı bir koordinasyon kimyasına sahiptir.
Lantan oksalat, alkali metal oksalat çözeltilerinde kolayca çözünmez ve [La(acac)3(H2O)2] 500 °C’de ayrışır.
Oksijen, tipik olarak iyonik olan ve sıklıkla 6’dan büyük koordinasyon sayılarına sahip olan lantan komplekslerinde en yaygın donör elementtir, 8 en belirgin olanıdır ve kare antiprizmatik ve dodekadeltahedral yapılar oluşturur.
La2(SO4)3·9H2O gibi yüksek koordinatlı türler, şelatlama ligandları ile 12 koordinasyon sayısına ulaşabilir. Bununla birlikte, stereokimyasal hususlar nedeniyle sıklıkla düşük simetriye sahiptirler.
Lantanın elektron konfigürasyonu π bağını engelleyerek organometalik kimyasını sınırlar.
En iyi çalışılmış organolantan bileşikleri, susuz LaCl3 ile NaC5H5‘in tetrahidrofuran içinde birleştirilmesiyle oluşan siklopentadienil kompleksi La(C5H5)3 ve metil sübstitüe türevlerini içerir.
Kaynak: Wikipedia
