란타넘 (La)

발견 과정

발견: 1839 · Carl Gustaf Mosander

In 1751, the Swedish mineralogist Axel Fredrik Cronstedt discovered a heavy mineral from the mine at Bastnäs, later named cerite. Thirty years later, the fifteen-year-old Wilhelm Hisinger, from the family owning the mine, sent a sample of it to Carl Scheele, who did not find any new elements within. In 1803, after Hisinger had become an ironmaster, he returned to the mineral with Jöns Jacob Berzelius and isolated a new oxide which they named ceria after the dwarf planet Ceres, which had been discovered two years earlier. Ceria was simultaneously independently isolated in Germany by Martin Heinrich Klaproth. Between 1839 and 1843, ceria was shown to be a mixture of oxides by the Swedish surgeon and chemist Carl Gustaf Mosander, who lived in the same house as Berzelius and studied under him: he separated out two other oxides which he named lanthana and didymia. He partially decomposed a sa

용도와 활용

란타넘은 란타넘족의 기준이자 첫번째 원소이다. 주기율표상에서 알칼리토금속인 바륨 오른쪽, 란타넘족 원소인 세륨 왼쪽에 위치하고 있다. 가끔 이 분류에 논란이 있기는 하지만 란타넘은 스칸듐, 이트륨, 그리고 방사성이 있는 악티늄과 함께3족 원소로 분류되기도 한다. 이들과 비슷하게 란타넘의 최외각전자 수는3개이다. 즉 란타넘은 대부분의 화학 반응에서3가의 양이온 형태로 반응해 비활성 기체 제논(Xe)과 같은 전자 배치를 갖는다. 몇몇2가의 양이온 형태의 란타넘 화합물이 알려져 있으나 안정성이 적다. 란타넘족에서 란타넘은 예외적으로4f궤도의 전자를 가지지 않는다. 란타넘의 전자배치는 [Xe]5d16s2로 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 악티늄(Ac)과 같이 비활성 기체 중심에 최외각 전자 세 개가 있는 전자 배치를 가지고 있다. 사실4f오비탈의 순간적인 축소와 에너지 준위의 감소(란타넘족 수축Lanthanide contraction이라고 한다)는 란타넘족 원소들의 화학에서 중요한 역할을 하는데, 이는 란타넘 다음 란타넘족 원소인 세륨(Ce)에서부터 처음 나타나기 시작한다. 그래서 란타넘은 다른 란타넘족 원소들이 가지는 강한 상자성과는 다르게 매우 약한 상자성을 띤다.(4f궤도가 가득 차있는 끝의 이터븀이나 루테튬은 예외이다) 란타넘족 원소들의 녹는점이6s, 5d, 4f전자껍질의 전자들과 관련이 있기 때문에 란타넘은 란타넘족 원소들 중 두번째로 녹는점이 낮다.(란타넘의 녹는점은920 °C이고 가장 녹는점이 낮은 란타넘족 원소는 세륨이다) 란타넘족은 주기율표의 오른쪽으로 갈수록 강도가 커지는 경향이 있다. 따라서 란타넘은 꽤 무른 금속이다. 란타넘은 실온에서615 nΩm의 비교적 높은 전기저항을 가지고 있다. 비교해보자면 아주 좋은 전도체인 알루미늄의 경우 실온에서26.5 nΩm밖에 되지 않는다

동위원소

(참조: 란타넘 동위 원소, 동위 원소 표)자연적인 란타넘은 두 가지 동위원소 형태로 존재하는데, 그 둘은 안정한139La와 반감기가 긴 방사성 동위원소인138La이다. 전체 란타넘의99.910 % 가139La이고s과정과r과정에 의해서 생성되었다. 아주 희귀한 동위원소인138La는1.05×1011의 긴 반감기를 가지는, 지구가 생성되기 전 존재했던 몇 안되는 양성자와 중성자의 개수 모두가 홀수인 동위원소이다. 138La는 더 희귀한 동위원소인180mTa처럼 원자핵에 양성자가 많은 동위원소이고 이것은s나r과정에서 생성될 수 없음을 의미한다. 그 대신 이러한 동위원소들은 ν-과정에서 생성된다. ν-과정에서는 렙톤(lepton, 경입자)의 일종인 중성미자들이 안정한 동위원소와 상호작용한다. 139La와138La를 제외한 나머지 동위원소들은 인공적이다. 인공적인 동위원소 중에60,000년의 반감기를 가지는137La를 제외한 나머지는 반감기가 하루 미만이고 대부분은 반감기가1분을 넘지 못한다. 139La와140La는 우라늄(U)의 핵분열 산물로 생성된다.