Lanthan – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Lanthan gehört zu den Seltenen Erden. Das sind Scandium, Yttrium und die fünfzehn Lanthanoide von Lanthan bis Lutetium. Der Name täuscht, denn selten sind diese Elemente in der Erdkruste nicht: Lanthan ist dort häufiger als Blei. Selten sind nur die Lagerstätten, in denen sie sich anreichern. „Erden“ nannten die Chemiker früher schwer schmelzbare Metalloxide.

Wichtige Erze sind Monazit, ein Phosphat, und Bastnäsit, ein Fluoridcarbonat. In beiden stecken die leichten Lanthanoide beieinander, Lanthan und Cer meist am reichlichsten. Monazit enthält oft auch Thorium und ist deshalb schwach radioaktiv. Große Lagerstätten liegen in China, in den USA und in Australien.

Die Trennung der Lanthanoide ist aufwendig, weil sie sich chemisch zum Verwechseln ähneln. Fast alle bilden dreifach positive Ionen, und deren Größe ändert sich von Element zu Element nur minimal. Die Industrie arbeitet deshalb mit Verfahren, die sich in sehr vielen Stufen wiederholen, vor allem mit der Flüssig-Flüssig-Extraktion: Die Metallionen verteilen sich zwischen einer wässrigen und einer organischen Lösung jeweils ein klein wenig anders. Das Metall selbst entsteht anschließend durch Schmelzflusselektrolyse oder durch Reduktion einer Verbindung mit Calcium.

Entdeckt hat das Element im Jahr 1839 der schwedische Chemiker Carl Gustaf Mosander. Er untersuchte Cer-Verbindungen aus dem Mineral Cerit und fand darin ein weiteres, bis dahin verborgenes Oxid. Daher der Name.

Eigenschaften und Reaktionen

Lanthan steht in Periode 6 und eröffnet die Reihe der Lanthanoide, die in der Tabelle meist als eigene Zeile unter dem Hauptteil gezeigt wird. Rechts davon folgt in dieser Reihe das Cer. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 5d¹ 6s², die Elektronegativität beträgt 1,1. Das Metall hat eine Dichte von 6,15 g/cm³, schmilzt bei 918 °C und siedet bei 3464 °C. Es ist so weich, dass man es mit einem Messer schneiden kann.

Beim Lanthan ist die 4f-Unterschale noch leer. Ab dem Cer wird sie Element für Element gefüllt. Diese Elemente heißen Lanthanoide, also lanthanähnliche, weil sie sich chemisch wie das Lanthan verhalten. Dabei geschieht etwas Besonderes: Die zusätzlichen 4f-Elektronen schirmen die wachsende Kernladung nur schlecht ab, deshalb werden die Atome entlang der Reihe nicht größer, sondern kleiner. Der Atomradius sinkt von 195 pm beim Lanthan im Großen und Ganzen stetig bis zum Lutetium. Diese Lanthanoidenkontraktion erklärt, warum die Lanthanoide einander so ähnlich sind. Sie ist auch der Grund dafür, dass Hafnium unter dem Zirconium fast genauso groß ist wie dieses.

Lanthan ist unedel und reagiert lebhafter als die meisten Lanthanoide. An der Luft läuft es rasch an, mit Wasser bildet es Wasserstoff und Lanthanhydroxid, und es wird unter Öl oder Schutzgas aufbewahrt. In Verbindungen liegt es als dreifach positives Ion vor, das farblos ist, weil keine 4f-Elektronen vorhanden sind. Lanthanoxid, La₂O₃, ist ein weißer Feststoff.

Verwendung in Alltag und Technik

In der Optik macht Lanthanoxid das Glas stark lichtbrechend, ohne dass es das Licht stark in Farben aufspaltet. Mit solchem Lanthanglas kommen Kameraobjektive, Ferngläser und Brillen mit dünneren und weniger Linsen aus und zeigen weniger Farbsäume.

In Hybridautos steckt Lanthan in Nickel-Metallhydrid-Akkus. Die negative Elektrode besteht aus einer Legierung, die Wasserstoff wie ein Schwamm aufnimmt und wieder abgibt, und Lanthan ist ein Hauptbestandteil dieser Legierung.

In Raffinerien läuft das katalytische Cracken, bei dem schwere Erdölbestandteile in Benzin und Diesel gespalten werden. Die Katalysatoren sind Zeolithe, also poröse Mineralien, die mit Lanthan stabilisiert werden und dadurch Hitze und Wasserdampf besser aushalten. Das ist einer der größten Verbraucher des Metalls.

Weitere Anwendungen: Lanthancarbonat bindet bei Dialysepatienten Phosphat im Darm. Heiße Kathoden aus Lanthanhexaborid liefern in Elektronenmikroskopen einen feinen Strahl. Lanthanverbindungen zeigen nur geringe Giftigkeit.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Lanthan (La)?

Häufige Fragen