Bảng 1.4. Một số đặc điểm của Lantan
Khối lƣợng riờng (g/cm3) 6,16 Độ dẫn điện (Hg =1) 1,54
Nhiệt độ núng chảy (oC) 920 Nhiệt dung riờng
(J.mol-1.K-1) 27,11
Nhiệt độ sụi (oC) 3464 Mật độ (g.cm-3) 6,162
Nhiệt lƣợng núng chảy
(kJ.mol-1) 6,20 Nhiệt bay hơi (kJ.mol
-1
) 402,1
1.3.3. Tớnh chất húa học của Lantan
Lantan cú cấu hỡnh electron: [Xe]5d16s2, là kim loại họat động về mặt húa học, trong nhiều hợp chất cú tớnh chất giống với Mg và Ca [6].
Khi để trong khụng khớ ẩm, La nhanh chúng bị mờ đục do tạo thành lớp hidroxit ở bề mặt. Khi cọ xỏt hay va đập, nú bốc chỏy trong khụng khớ.
La tỏc dụng với halogen ở nhiệt độ thƣờng. Khi đốt núng nú tỏc dụng với đa số cỏc phi kim nhƣ oxi, hidro, lƣu huỳnh, nitơ, cacbon, silic tạo thành La2O3, LaH3, La2S3, La2C3, LaSi3.
La tạo hợp kim với nhiều kim loại đặc biệt là kim loại chuyển tiếp (vớ dụ LaNi5) sẽ cú đặc tớnh là cú thể hấp thụ ở điều kiện thƣờng một lƣợng khớ hidro gấp đụi lƣợng hidro cú trong cựng một thể tớch của hidro lỏng hay hidro rắn. Khi đƣợc đun nhẹ, hợp kim lại giải phúng hidro. Bởi vậy, hợp kim chứa LaNi5 dựng làm bỡnh tớch trữ chứa khớ hidro dựng cho pin nhiờn liệu hidro-oxi.
Lantan tỏc dụng chậm với nƣớc nguội, nhanh với nƣớc núng giải phúng hidro, dễ tan trong axit trừ dung dịch HF, H3PO4 vỡ tạo muối khụng tan ngăn cản phản ứng tiếp tục xảy ra. Kim loại này khụng tan trong kiềm kể cả khi đun núng [10].
1.3.4. Cỏc hợp chất của Lantan
- Oxit La2O3
Là chất rắn màu trắng, khú núng chảy, bền nhiệt, cú dạng tinh thể lập phƣơng, tỉ trọng d = 6,51 g/cm3; tonc = 2208 oC; ∆Gott = -1600 kJ/mol.
La2O3 tỏc dụng với nƣớc tạo thành hidroxit và phỏt nhiệt. Tan dễ
trong axit tạo thành dung dịch chứa ion [La(H2O)n]3+, nhƣng sau khi nung sẽ mất hoạt tớnh húa học.
La2O3 khụng tỏc dụng với dung dịch kiềm nhƣng tan trong kiềm núng
chảy tạo ra lantanat NaLaO2 rất bền nhiệt và bền húa học.
Ngƣời ta điều chế La2O3 bằng cỏch nhiệt phõn hidroxit, oxalat của La ở 800 - 1200 o
C trong khụng khớ.
- Lantan (III) hidroxit (La(OH)3)
Là chất kết tủa vụ định hỡnh, phõn hủy khi đun núng, khụng tan trong nƣớc cú tớnh bazơ khỏ mạnh, tớnh bazơ nằm giữa Mg(OH)2 và Al(OH)3. Giỏ trị pH bắt đầu kết tủa La(OH)3 nằm trong khoảng 7,3 - 8,4. La(OH)3 tan trong kiềm núng chảy tạo hợp chất lantanat.
- Cỏc muối của lantan
Muối của La giống nhiều với muối Ca. Cỏc muối clorua, nitrat, sunfat tan trong nƣớc; cỏc muối florua, cacbonat, photphat, oxalat khụng tan. Cỏc muối tan khi kết tinh đều ở dạng hidrat nhƣ LaBr3.6H2O, La(NO3)3.6H2O; cỏc muối này bị thủy phõn một phần trong dung dịch nƣớc.
+ Lantan halogenua LaX3
Là những chất ở dạng tinh thể cú cấu tạo ion. Nhiệt độ núng chảy, nhiệt độ sụi đều cao và giảm xuống từ bromua đến iodua. LaF3 khan khụng tan trong nƣớc cũn cỏc halogenua khỏc hỳt ẩm và chảy rửa khi để trong khụng khớ ẩm. Đƣợc nghiờn cứu nhiều hơn cả là triclorua và triflorua. LaCl3 khan cú khả năng hấp thụ khớ NH3 tạo nờn amoniacat.
+ Lantan sunfat La2(SO4)3
Tan trong nƣớc, khi kết tinh từ dung dịch ở dạng hidrat La2(SO4)3.8H2O. Khi đun núng ở 600 – 650 o
C, cỏc hidrat mất nƣớc biến thành muối khan.
La2(SO4)3 dễ tạo muối kộp với muối sunfat kim loại kiềm hay amoni.
Cỏc muối kộp này khụng tan trong dung dịch bóo hũa muối sunfat kim loại kiềm hay amoni, khỏc với muối sunfat kộp của đất hiếm nhúm ytri tan nhiều. Sự khỏc nhau về độ tan của muối sunfat kộp đƣợc dựng để phõn chia sơ bộ đất hiếm thành hai nhúm.
+ Lantan nitrat La(NO3)3
Dễ tan trong nƣớc khi kết tinh từ dung dịch ở dạng hidrat. Nhƣng hidrat này hỳt ẩm và dễ chảy rửa trong khụng khớ. Khi đun núng chậm trong khụng khớ, hidrat mất nƣớc biến thành muối bazơ khụng tan trong nƣớc và cuối cựng biến thành oxit. La(NO3)3 đƣợc điều chế bằng cỏch hũa tan oxit, hidroxit hay cacbonat của La trong dung dịch HNO3.
+ Lantan cacbonat La2(CO3)3
Là chất ở dạng kết tủa, thực tế khụng tan trong nƣớc nguội nhƣng khi đun núng nú chuyển thành cacbonat bazơ:
La2(CO3)3 + H2O → 2La(OH)CO3 + CO2
La2(CO3)3 đƣợc dựng làm chất đầu để điều chế cỏc oxit hay hợp chất khỏc nhau của La.
1.4. GIỚI THIỆU VỀ XERI VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA XERI 1.4.1. Trạng thỏi tự nhiờn và phƣơng phỏp điều chế 1.4.1. Trạng thỏi tự nhiờn và phƣơng phỏp điều chế
Mặc dự xeri thuộc nhúm cỏc nguyờn tố gọi chung là kim loại đất hiếm nhƣng trờn thực tế nú cũn phổ biến hơn chỡ. Xeri cú sẵn ở lƣợng tƣơng đối lớn (68 mg/L trong vỏ trỏi đất). Nú đƣợc sử dụng trong một số hợp kim của kim loại đất hiếm.
Xeri cú thể dễ dàng phỏt hiện trong cỏc hỗn hợp đất hiếm bằng thử nghiệm định tớnh rất nhạy; bổ sung amoniac và peroxit hidro vào dung dịch cỏc hỗn hợp nhúm lantan sẽ sinh ra màu nõu sẫm đặc trƣng nếu cú mặt xeri.
1.4.2. Vị trớ và tớnh chất vật lý của Xeri
Xeri nằm ở ụ thứ 58 của bảng tuần hoàn cú nguyờn tử lƣợng là 140,116 đvC. Xeri là kim loại trắng bạc (dạng bột màu đen) nặng, dẻo, thuận từ [17].