57 La 镧 138.905
镧系元素 f区 第6周期

镧

La · 元素57 · 镧系元素

第一种镧系元素,也是藏在铈中36年后才被人发现的元素。

20°C时的状态 固态
原子量 138.905 u
电子排布[Xe] 5d¹ 6s²

结构

镧原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

属性表

每个条形图显示镧在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 6.162 g/cm³ 35%
熔点 1193 K 53%
沸点 3737 K 80%
比热容 0.195 J/g·K
热导率 13.4 W/m·K 35%

原子

原子半径 187 pm 74%
共价半径 207 pm
范德华半径 240 pm

电子

电负性 1.1 10%
电离能 538.4 kJ/mol 13%
电子亲和能 53.8 kJ/mol 47%

存在情况

地壳中的丰度 39 mg/kg 77%

身份

符号La
原子序数57
原子量138.9055 u
类别镧系元素
区f
晶体结构六方晶系
氧化态+2, +3
发现1839
发现者Carl Gustav Mosander

来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

镧的原子有多大?

半径187 pm——即0.187 nm,因此大约2.67百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

镧在2544 K的范围内呈液态,温度从1193 K到3737 K。

所在位置

在表中的位置

镧位于镧系元素系,印在主表格下方。

其他镧系元素

所有镧系元素

背后的故事

镧是什么,以及我们如何发现它

第一种镧系元素,也是藏在铈中36年后才被人发现的元素。

镧的发现

发现历程

1839年——最初线索

Carl Gustav Mosander是一位瑞典化学家,也是伟大的Jöns Jakob Berzelius的学生。当时他正在研究硝酸铈,注意到了一些异常现象。所谓的纯铈表现出的性质与预期并不完全一致。

分离的胜利

通过细致的分离结晶——反复溶解和重结晶化合物的艰苦过程——Mosander成功地将他认为是纯铈的物质分离成了两种不同的物质。

元素命名

Mosander从希腊词“lanthanein”中取名“lanthanum”,意为“隐藏起来”。这个名字极具预见性——镧确实已经隐藏在铈样品中数十年了!

历史背景

Mosander的发现发生在元素发现的黄金时代。同年(1839年),他还发现了铽和铒。他分离稀土元素的系统方法为理解整个镧系元素系列奠定了基础。

“这些元素仿佛在我们眼前不断增多,每一次分离都揭示出原本以为简单的物质中隐藏的新复杂性。”

—对稀土元素发现的当代描述

科学影响

Mosander发现镧具有革命性意义,因为这证明了即使是“众所周知”的元素也可能隐藏着秘密。这一发现开启了长达70年的探索,推动科学家分离和鉴定所有稀土元素,从根本上改变了人们对原子结构和周期性的认识。

Mosander的遗产

Carl Mosander发现的元素数量仅次于Glenn T. Seaborg,是所有科学家中发现元素最多的人之一。他分离稀土元素的严谨方法影响了几代化学家,并确立了Sweden在早期元素化学领域的领先地位。

用途

镧的用途

先进工业应用

镧是镧系元素系列的起始元素,在现代技术中发挥着关键作用。作为卓越的催化剂,镧化合物是石油精炼不可或缺的材料,可帮助将重质原油裂解为驱动现代社会的汽油和柴油燃料。

相机革命

高端相机镜头含有镧玻璃,按重量计含量最高可达50%!这种特殊玻璃的色散极低,这意味着它使不同颜色的光线发生几乎相同程度的偏折,从而消除了困扰低价镜头的彩虹色边缘(色差)。当你看到那些晶莹清晰的专业照片时,镧正在幕后发挥作用。

电池技术

混合动力汽车(如Toyota Prius)使用的镍氢(NiMH)电池依靠镧基合金储存氢。典型的混合动力汽车电池含有约10-15 kg的镧,使其成为这种稀土元素最大的工业用途之一。

打火石与火花产生

香烟打火机中的“打火石”实际上是含有25-50%镧的混合稀土合金。受到撞击时,镧会产生点燃燃料的明亮火花。同样的技术还用于焊接电极和舞台烟火。

先进材料

  • 用于燃料电池研究的储氢材料
  • 与铜和氧结合使用的超导材料
  • 用于节能照明的荧光材料
  • 用于电子设备的陶瓷电容器

日常应用

汽车

  • 混合动力汽车电池(Toyota Prius、Honda Insight)
  • 用于排放控制的催化转化器
  • 高性能车灯玻璃
  • 促进更清洁燃烧的燃料添加剂

光学与摄影

  • 专业相机镜头(Canon、Nikon长焦镜头)
  • 望远镜反射镜和镜头
  • 双筒望远镜和显微镜光学元件
  • 虚拟现实头戴设备镜头

照明技术

  • 用于电影放映机的碳弧灯照明
  • 摄影棚照明设备
  • 节能荧光灯
  • LED荧光粉涂层

工具与设备

  • 一次性香烟打火机
  • 焊接电极涂层
  • 火花塞材料
  • 实验室设备

来源

自然存在

地壳中含量为39 mg/kg · 比77%的元素更丰富

自然分布

尽管被称为“稀土”,镧在地壳中的丰度实际上是铅的三倍!“稀”这一称呼源于从自然状态中分离和提纯这些元素极其困难。

丰度统计

  • 地壳:39 ppm
  • 排名:丰度最高的第28种元素
  • 海水:3.4 × 10⁻⁶ ppm
  • 宇宙:极其稀少,通过恒星核合成形成

主要矿物来源

氟碳铈矿

化学式:(Ce,La)CO₃F
La含量:25-35%
主要矿床:Mountain Pass(California)、Bayan Obo(China)

独居石

化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
La含量:15-25%
主要矿床:Australia、India、Brazil、South Africa

全球分布

  • China:占世界产量的85%(Inner Mongolia)
  • United States:Mountain Pass矿(最近重新开放)
  • Australia:Mount Weld矿床
  • India:Kerala和Tamil Nadu海滩砂
  • Brazil:Minas Gerais州矿床

地质形成

镧通过碱性火成岩和碳酸岩中的分离结晶形成。它会在岩浆作用晚期过程和风化产物中富集,通常与氟化物和碳酸盐矿物共生。

处理

安全

安全信息

中等危险等级

镧及其化合物通常被认为具有中等危险性,安全操作时需要采取特定的预防措施。

呼吸系统注意事项

吸入风险:镧尘可能引起呼吸道刺激和潜在的肺损伤。长期接触细颗粒可能导致尘肺(肺部瘢痕)。

  • 处理粉末时使用适当的防尘口罩(最低N95)
  • 确保工作区域通风良好
  • 避免通过研磨或切割产生空气传播的粉尘

眼睛和皮肤接触

  • 眼睛接触:可能引起刺激和角膜损伤
  • 皮肤接触:敏感人群可能患皮炎
  • 所需个人防护装备:安全眼镜和耐化学品手套

急救措施

吸入

立即将受害者转移到新鲜空气处。如果呼吸困难持续,请就医。

眼睛接触

用清水冲洗15分钟。如果隐形眼镜容易取出,请将其取下。请就医。

皮肤接触

用肥皂和水清洗受影响部位。脱去受污染的衣物。

摄入

用水漱口。不要催吐。立即就医。

储存要求

  • 储存在阴凉、干燥处,远离强酸
  • 保持容器密封,防止氧化
  • 与不相容材料(强氧化剂)分开存放
  • 化合物使用耐腐蚀容器

环境注意事项

镧化合物不应排入水道,因为它们可能在水生生物体内生物蓄积。应通过有资质的危险废物处理设施处置废物。

快速解答

镧:常见问题

镧是什么?

镧(符号La)是元素周期表中的第57号元素,属于6周期的镧系元素。 第一种镧系元素,也是藏在铈中36年后才被人发现的元素。 在室温下为固态。

镧的电子排布是什么?

镧的基态电子排布为[Xe] 5d¹ 6s²,共有6个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 18, 9, 2。

镧的熔点和沸点是多少?

镧在1193 K(919.9 °C)熔化,在3737 K(3463.9 °C)沸腾。

镧的原子量是多少?

镧的标准原子量为138.905 u。这是其自然存在的同位素的加权平均值,因此通常不是整数。

镧的密度是多少?

镧的密度为6.162 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³,因此镧块约重6.2倍。

镧的电负性是多少?

镧的鲍林电负性为1.1。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 如此低的数值意味着,它很容易失去最外层电子,形成正离子。

谁发现了镧,是在什么时候?

镧由Carl Gustav Mosander于1839年发现。 它以希腊语 lanthanein,“隐藏起来”命名。

镧在地球上有多常见?

镧约占地壳的39 mg/kg——不常见,但并不稀有。