Lanthanum

Il lantanio, numero atomico 57 e simbolo La, è un metallo bianco-argenteo, tenero e duttile. Si ossida lentamente all'aria. Come primo elemento della serie dei lantanidi, funge da prototipo per quel gruppo di 15 elementi simili, ed è tradizionalmente classificato come elemento delle terre rare. Il suo stato di ossidazione più comune è +3, sebbene esistano alcuni composti con stato +2. Il lantanio non ha un ruolo biologico negli esseri umani, ma alcuni batteri lo utilizzano; non è molto tossico per l'uomo, ma mostra una certa attività antimicrobica. Questo elemento si trova tipicamente insieme al cerio e ad altri elementi delle terre rare. Il chimico svedese Carl Gustaf Mosander identificò per primo il lantanio nel 1839 come impurità nel nitrato di cerio, denominandolo dal greco antico lanthanein, che significa "giacere nascosto". Nonostante la sua classificazione tra le terre rare, il lantanio è il 28° elemento più abbondante nella crosta terrestre, quasi tre volte più abbondante del piombo. In minerali come la monazite e la bastnasite, costituisce circa un quarto del contenuto di lantanidi. La sua estrazione da questi minerali richiede un processo così complesso che il lantanio metallico puro non fu isolato fino al 1923. I composti del lantanio servono a molti scopi: come catalizzatori, additivi per il vetro, lampade ad arco di carbonio per luci da studio e proiettori, elementi di accensione in accendini e torce, catodi per elettroni, scintillatori ed elettrodi per saldatura ad arco di tungsteno con gas. Il carbonato di lantanio è usato come legante del fosfato per trattare alti livelli di fosfato nel sangue associati a insufficienza renale. Il lantanio si trova a destra del bario e a sinistra del cerio nella tavola periodica, ed è generalmente considerato il primo elemento del blocco f. I suoi 57 elettroni sono disposti come [Xe]5d¹6s², con tre elettroni di valenza al di fuori del nocciolo di gas nobile. Nelle reazioni chimiche, cede quasi sempre questi tre elettroni per formare lo stato di ossidazione +3, raggiungendo la configurazione stabile dello xeno. Esistono alcuni composti con stato +2, ma sono solitamente molto meno stabili. Il monossido di lantanio (LaO) produce forti bande di assorbimento in alcuni spettri stellari. Tra i lantanidi, il lantanio è insolito perché il suo singolo atomo in fase gassosa non ha elettroni 4f. (Analogamente, l'attinio e il torio mancano di elettroni 5f come atomi in fase gassosa.) Di conseguenza, è solo debolmente paramagnetico, a differenza dei lantanidi successivi fortemente paramagnetici (tranne l'itterbio e il lutezio, i cui gusci 4f sono pieni). Tuttavia, in ambienti chimici, il guscio 4f del lantanio può diventare parzialmente occupato e partecipare ai legami. Ad esempio, i punti di fusione dei lantanidi trivalenti (esclusi europio e itterbio) sono correlati a quanto ibridano gli elettroni 6s, 5d e 4f: una maggiore partecipazione 4f abbassa il punto di fusione. Il lantanio ha il secondo punto di fusione più basso tra loro, a 920 °C. (Europio e itterbio fondono ancora più in basso perché delocalizzano circa due elettroni per atomo invece di tre.) Questa disponibilità chimica degli orbitali f giustifica il posizionamento del lantanio nel blocco f, nonostante la sua anomala configurazione dello stato fondamentale (che deriva da una forte repulsione interelettronica che rende meno favorevole occupare il piccolo guscio 4f vicino al nucleo). Con il progredire della serie dei lantanidi, i metalli diventano più duri; il lantanio, come previsto, è tenero. Ha un'alta resistività elettrica di 615 nΩm a temperatura ambiente, rispetto ai 26,50 nΩm dell'alluminio. Il lantanio è il meno volatile dei lantanidi. A temperatura ambiente, ha una struttura cristallina esagonale (α-La). A 310 °C, passa a cubica a facce centrate (β-La), e a 865 °C, a cubica a corpo centrato (γ-La). Seguendo le tendenze periodiche, il lantanio ha il raggio atomico più grande tra i lantanidi, rendendolo il più reattivo. Si ossida piuttosto rapidamente all'aria, diventando completamente scuro dopo diverse ore, e può facilmente bruciare per formare ossido di lantanio(III) (La₂O₃), che è quasi altrettanto basico dell'ossido di calcio. Un campione di un centimetro si corrode completamente in un anno perché il suo ossido si sfalda come la ruggine del ferro, invece di formare un rivestimento protettivo come alluminio, scandio, ittrio o lutezio. A temperatura ambiente, il lantanio reagisce con gli alogeni per formare trialogenuri e, riscaldando, forma composti binari con azoto, carbonio, zolfo, fosforo, boro, selenio, silicio e arsenico. Reagisce lentamente con l'acqua per produrre idrossido di lantanio(III) (La(OH)₃). In acido solforico diluito, forma prontamente lo ione tripositivo acquoso incolore [La(H₂O)₉]³⁺, che non ha elettroni d o f. Il lantanio è la base più forte e dura tra gli elementi delle terre rare, come previsto dalle sue grandi dimensioni. Esistono alcuni composti di lantanio(II), ma sono molto meno stabili. Pertanto, nella denominazione ufficiale dei composti del lantanio, il suo numero di ossidazione deve essere sempre menzionato. Il lantanio presente in natura è costituito da due isotopi: il ¹³⁹La stabile e il radioisotopo primordiale a vita lunga ¹³⁸La. Il ¹³⁹La è di gran lunga il più abbondante, costituendo il 99,911% del lantanio naturale; è prodotto nel processo-s (cattura lenta di neutroni).