लैंथेनम

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Lanthanum
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लैंथेनम (Lanthanum) एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक La है और परमाणु क्रमांक 57 है। यह एक नरम, तन्य, चांदी जैसा सफेद धातु है जो हवा के संपर्क में आने पर धीरे-धीरे धूमिल हो जाता है। यह लैंथेनाइड श्रृंखला का पहला और प्रोटोटाइप तत्व है, जो आवर्त सारणी में लैंथेनम और ल्यूटेशियम के बीच 15 समान तत्वों का एक समूह है। लैंथेनम को पारंपरिक रूप से दुर्लभ-मृदा तत्वों (rare-earth elements) में गिना जाता है। अधिकांश अन्य दुर्लभ-मृदा तत्वों की तरह, इसकी सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था +3 है, हालांकि +2 ऑक्सीकरण अवस्था वाले कुछ यौगिक भी ज्ञात हैं। लैंथेनम की मनुष्यों में कोई जैविक भूमिका नहीं है, लेकिन कुछ बैक्टीरिया द्वारा इसका उपयोग किया जाता है। यह मनुष्यों के लिए विशेष रूप से विषाक्त नहीं है, लेकिन कुछ रोगाणुरोधी गतिविधि प्रदर्शित करता है।

लैंथेनम आमतौर पर सीरियम और अन्य दुर्लभ-मृदा तत्वों के साथ पाया जाता है। लैंथेनम की खोज सबसे पहले स्वीडिश रसायनज्ञ कार्ल गुस्ताफ मोसांडर ने 1839 में सीरियम नाइट्रेट में एक अशुद्धि के रूप में की थी – इसलिए इसका नाम लैंथेनम पड़ा, जो प्राचीन यूनानी λανθάνειν (lanthanein) से आया है, जिसका अर्थ है 'छिपा हुआ रहना'। हालांकि इसे एक दुर्लभ-मृदा तत्व के रूप में वर्गीकृत किया गया है, लैंथेनम पृथ्वी की पपड़ी में 28वां सबसे प्रचुर तत्व है, जो सीसा (lead) से लगभग तीन गुना अधिक प्रचुर है। मोनाज़ाइट और बैस्टनेसाइट जैसे खनिजों में, लैंथेनम लैंथेनाइड सामग्री का लगभग एक चौथाई हिस्सा बनाता है।[1] इसे उन खनिजों से इतनी जटिल प्रक्रिया द्वारा निकाला जाता है कि शुद्ध लैंथेनम धातु को 1923 तक अलग नहीं किया जा सका था।

लैंथेनम यौगिकों के कई अनुप्रयोग हैं जिनमें उत्प्रेरक, कांच में योजक, स्टूडियो लाइट और प्रोजेक्टर के लिए कार्बन आर्क लैंप, लाइटर और मशालों में इग्निशन तत्व, इलेक्ट्रॉन कैथोड, सिंटिलेटर और गैस टंगस्टन आर्क वेल्डिंग इलेक्ट्रोड शामिल हैं। लैंथेनम कार्बोनेट का उपयोग फॉस्फेट बाइंडर के रूप में गुर्दे की विफलता के साथ होने वाले रक्त में फॉस्फेट के उच्च स्तर के इलाज के लिए किया जाता है।

विशेषताएं

भौतिक

लैंथेनम लैंथेनाइड श्रृंखला का पहला तत्व और प्रोटोटाइप है। आवर्त सारणी में, यह क्षारीय मृदा धातु बेरियम के दाईं ओर और लैंथेनाइड सीरियम के बाईं ओर दिखाई देता है। इस विषय पर लिखने वाले लेखकों द्वारा लैंथेनम को आम तौर पर f-ब्लॉक तत्वों में पहला माना जाता है।[2][3][4][5][6] लैंथेनम परमाणु के 57 इलेक्ट्रॉन विन्यास [Xe]5d16s2 में व्यवस्थित होते हैं, जिसमें अक्रिय गैस कोर के बाहर तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, लैंथेनम लगभग हमेशा +3 ऑक्सीकरण अवस्था बनाने के लिए 5d और 6s उपकोशों से इन तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को त्याग देता है, जिससे पूर्ववर्ती अक्रिय गैस ज़ेनॉन का स्थिर विन्यास प्राप्त हो जाता है।[7] कुछ लैंथेनम(II) यौगिक भी ज्ञात हैं, लेकिन वे आमतौर पर बहुत कम स्थिर होते हैं।[8][9] लैंथेनम मोनोऑक्साइड (LaO) कुछ तारकीय स्पेक्ट्रा में मजबूत अवशोषण बैंड उत्पन्न करता है।[10]

लैंथेनाइड्स के बीच, लैंथेनम असाधारण है क्योंकि एक एकल गैस-चरण परमाणु के रूप में इसमें कोई 4f इलेक्ट्रॉन नहीं होता है। (एक्टिनाइड्स के बीच, एक्टिनियम, जो लैंथेनम का भारी सजातीय तत्व है, उसमें भी एक एकल गैस-चरण परमाणु के रूप में कोई 5f इलेक्ट्रॉन नहीं होता है; और न ही इसके उत्तराधिकारी थोरियम में।)[11] इस प्रकार यह केवल बहुत कमजोर रूप से अनुचुंबकीय (paramagnetic) है, जो बाद के दृढ़ता से अनुचुंबकीय लैंथेनाइड्स (अंतिम दो, यिट्टरबियम और ल्यूटेशियम के अपवादों के साथ, जहां 4f कोश पूरी तरह से भरा होता है) के विपरीत है।[12] हालांकि, लैंथेनम का 4f कोश रासायनिक वातावरण में आंशिक रूप से भर सकता है और रासायनिक बंधन में भाग ले सकता है।[13][14] उदाहरण के लिए, त्रिसंयोजक लैंथेनाइड्स (यूरोपियम और यिट्टरबियम को छोड़कर सभी) के गलनांक 6s, 5d और 4f इलेक्ट्रॉनों के संकरण की सीमा से संबंधित हैं (4f भागीदारी बढ़ने के साथ कम होते हैं),[15] और लैंथेनम का गलनांक उनमें दूसरा सबसे कम है: 920 °C। (यूरोपियम और यिट्टरबियम के गलनांक कम होते हैं क्योंकि वे तीन के बजाय प्रति परमाणु लगभग दो इलेक्ट्रॉनों को विस्थानीकृत करते हैं।)[16] f-ऑर्बिटल्स की यह रासायनिक उपलब्धता इसके असामान्य जमीनी-अवस्था विन्यास के बावजूद f-ब्लॉक में लैंथेनम के स्थान को उचित ठहराती है[17][18] (जो केवल मजबूत अंतर-इलेक्ट्रॉनिक प्रतिकर्षण का परिणाम है, जिससे 4f कोश को भरना कम लाभदायक हो जाता है, क्योंकि यह छोटा है और कोर इलेक्ट्रॉनों के करीब है)।[19]

जैसे-जैसे श्रृंखला आगे बढ़ती है, लैंथेनाइड्स कठोर होते जाते हैं: जैसा कि अपेक्षित था, लैंथेनम एक नरम धातु है। कमरे के तापमान पर लैंथेनम की प्रतिरोधकता (resistivity) 615 nΩm अपेक्षाकृत अधिक है; तुलना के लिए, अच्छे संवाहक एल्यूमीनियम का मान केवल 26.50 nΩm है।[20][21] लैंथेनम लैंथेनाइड्स में सबसे कम वाष्पशील है।[22] अधिकांश लैंथेनाइड्स की तरह, लैंथेनम की कमरे के तापमान पर हेक्सागोनल क्रिस्टल संरचना (α-La) होती है। 310 °C पर, लैंथेनम फलक-केंद्रित घन (face-centered cubic) संरचना (β-La) में बदल जाता है, और 865 °C पर, यह काय-केंद्रित घन (body-centered cubic) संरचना (γ-La) में बदल जाता है।[21]

रासायनिक

आवर्त प्रवृत्तियों (periodic trends) से अपेक्षित रूप से, लैंथेनम की परमाणु त्रिज्या लैंथेनाइड्स में सबसे बड़ी है। इसलिए, यह उनमें सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील है, जो हवा में काफी तेजी से धूमिल हो जाता है, कई घंटों के बाद पूरी तरह से काला हो जाता है और लैंथेनम(III) ऑक्साइड, La2O3 बनाने के लिए आसानी से जल सकता है, जो कैल्शियम ऑक्साइड जितना ही क्षारीय (basic) है।[23] सेंटीमीटर के आकार का लैंथेनम का नमूना एक वर्ष में पूरी तरह से खराब हो जाएगा क्योंकि इसका ऑक्साइड लोहे की जंग की तरह झड़ जाता है, बजाय एल्यूमीनियम, स्कैंडियम, यिट्रियम और ल्यूटेशियम की तरह एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड कोटिंग बनाने के।[24] लैंथेनम कमरे के तापमान पर हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया करके ट्राईहैलाइड बनाता है, और गर्म करने पर अधातुओं नाइट्रोजन, कार्बन, सल्फर, फास्फोरस, बोरॉन, सेलेनियम, सिलिकॉन और आर्सेनिक के साथ बाइनरी यौगिक बनाता है।[7][8] लैंथेनम पानी के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करके लैंथेनम(III) हाइड्रॉक्साइड, La(OH)3 बनाता है।[25] तनु सल्फ्यूरिक एसिड में, लैंथेनम आसानी से जलयोजित ट्राइपॉजिटिव आयन [La(H2O)9]3+ बनाता है: यह जलीय घोल में रंगहीन होता है क्योंकि La3+ में कोई d या f इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं।[25] लैंथेनम दुर्लभ मृदा तत्वों के बीच सबसे मजबूत और सबसे कठोर क्षार है, जो फिर से इसके सबसे बड़े होने के कारण अपेक्षित है।[26]

कुछ लैंथेनम(II) यौगिक भी ज्ञात हैं, लेकिन वे बहुत कम स्थिर हैं।[8] इसलिए, लैंथेनम के यौगिकों का आधिकारिक नामकरण करते समय हमेशा इसकी ऑक्सीकरण संख्या का उल्लेख किया जाना चाहिए।

समस्थानिक

न्यूक्लाइड्स का चार्ट का अंश जो बेरियम () से नियोडिमियम () तक स्थिर समस्थानिक (काले) दिखाता है

प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला लैंथेनम दो समस्थानिकों से बना है, स्थिर 139La और आदिम दीर्घकालिक रेडियोआइसोटोप 138La। 139La अब तक का सबसे प्रचुर समस्थानिक है, जो प्राकृतिक लैंथेनम का 99.911% बनाता है: यह s-प्रक्रिया (धीमा न्यूट्रॉन कैप्चर, जो निम्न से मध्यम-द्रव्यमान वाले सितारों में होता है) और r-प्रक्रिया (तेजी से न्यूट्रॉन कैप्चर, जो कोर-कोलैप्स सुपरनोवा में होता है) में निर्मित होता है। यह लैंथेनम का एकमात्र स्थिर समस्थानिक है। बहुत दुर्लभ समस्थानिक 138La कुछ आदिम विषम-विषम नाभिकों (odd–odd nuclei) में से एक है, जिसकी अर्ध-आयु 1.03×11 वर्ष है। यह प्रोटॉन-समृद्ध p-न्यूक्लाइड्स में से एक है जिसे s- या r- प्रक्रियाओं में उत्पादित नहीं किया जा सकता है। 138La, और भी दुर्लभ 180mTa के साथ, ν-प्रक्रिया में निर्मित होता है, जहां न्यूट्रिनो स्थिर नाभिकों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।[27] अन्य सभी लैंथेनम समस्थानिक सिंथेटिक रेडियोआइसोटोप हैं: 137La के अपवाद के साथ, जिसकी अर्ध-आयु लगभग 60,000 वर्ष है, उन सभी की अर्ध-आयु दो दिनों से कम है, और अधिकांश की अर्ध-आयु एक मिनट से कम है। समस्थानिक 139La और 140La यूरेनियम के विखंडन उत्पाद के रूप में होते हैं।

यौगिक

लैंथेनम ऑक्साइड एक सफेद ठोस है जिसे इसके घटक तत्वों की सीधी प्रतिक्रिया द्वारा तैयार किया जा सकता है। La3+ आयन के बड़े आकार के कारण, La2O3 एक हेक्सागोनल 7-समन्वय संरचना अपनाता है जो उच्च तापमान पर स्कैंडियम ऑक्साइड (Sc2O3) और यिट्रियम ऑक्साइड (Y2O3) की 6-समन्वय संरचना में बदल जाती है। जब यह पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो लैंथेनम हाइड्रॉक्साइड बनता है:[28] प्रतिक्रिया में बहुत अधिक गर्मी निकलती है और फुसफुसाहट की आवाज सुनाई देती है। लैंथेनम हाइड्रॉक्साइड वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके बुनियादी कार्बोनेट बनाएगा।[29]

लैंथेनम फ्लोराइड पानी में अघुलनशील है और La3+ की उपस्थिति के लिए गुणात्मक परीक्षण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। भारी हैलाइड्स सभी बहुत घुलनशील प्रस्वेदी (deliquescent) यौगिक हैं। निर्जल हैलाइड्स उनके तत्वों की सीधी प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित किए जाते हैं, क्योंकि हाइड्रेट्स को गर्म करने से हाइड्रोलिसिस होता है: उदाहरण के लिए, जलयोजित LaCl3 को गर्म करने से LaOCl उत्पन्न होता है।[29]

लैंथेनम हाइड्रोजन के साथ एक्सोथर्मिक रूप से प्रतिक्रिया करके डाइहाइड्राइड LaH2 उत्पन्न करता है, जो कैल्शियम फ्लोराइड संरचना वाला एक काला, पायरोफोरिक, भंगुर, संवाहक यौगिक है।[30] यह एक गैर-स्टोइकोमेट्रिक यौगिक है, और हाइड्रोजन का आगे अवशोषण संभव है, विद्युत चालकता के नुकसान के साथ, जब तक कि अधिक नमक जैसा LaH3 प्राप्त नहीं हो जाता। LaI2 और LaI की तरह, LaH2 संभवतः एक इलेक्ट्राइड यौगिक है।[29]

La3+ की बड़ी आयनिक त्रिज्या और महान इलेक्ट्रोपोसिटिविटी के कारण, इसके बंधन में बहुत अधिक सहसंयोजक योगदान नहीं है और इसलिए इसकी समन्वय रसायन विज्ञान (coordination chemistry) सीमित है, जैसे यिट्रियम और अन्य लैंथेनाइड्स।[31] लैंथेनम ऑक्सालेट क्षार-धातु ऑक्सालेट समाधानों में बहुत अधिक नहीं घुलता है, और [La(acac)3(H2O)2] लगभग 500 °C पर विघटित हो जाता है। ऑक्सीजन लैंथेनम परिसरों में सबसे आम दाता परमाणु है, जो ज्यादातर आयनिक होते हैं और अक्सर 6 : 8 से अधिक उच्च समन्वय संख्या रखते हैं, जो वर्ग एंटीप्रिज्मैटिक और डोडेकाडेल्टाहेड्रल संरचनाएं बनाते हैं। ये उच्च-समन्वय प्रजातियां, La2(SO4)3· 9(H2O) जैसे कीलेटिंग लिगेंड के उपयोग के साथ समन्वय संख्या 12 तक पहुंचती हैं, अक्सर स्टीरियो-रासायनिक कारकों के कारण समरूपता की कम डिग्री रखती हैं।[31]

लैंथेनम रसायन विज्ञान में तत्व के इलेक्ट्रॉन विन्यास के कारण π-बॉन्डिंग शामिल नहीं होती है: इस प्रकार इसका ऑर्गेनोमेटेलिक रसायन विज्ञान काफी सीमित है। सबसे अच्छी तरह से वर्णित ऑर्गेनोलैंथेनम यौगिक साइक्लोपेंटाडिएनिल कॉम्प्लेक्स La(C5H5)3 हैं, जो टेट्राहाइड्रोफ्यूरान में निर्जल LaCl3 के साथ NaC5H5 की प्रतिक्रिया करके उत्पादित किया जाता है, और इसके मिथाइल-प्रतिस्थापित डेरिवेटिव हैं।[32]

इतिहास

कार्ल गुस्ताफ मोसांडर, वह वैज्ञानिक जिसने लैंथेनम के साथ-साथ टर्बियम और अरबियम की खोज की

1751 में, स्वीडिश खनिज विज्ञानी एक्सल फ्रेडरिक क्रोनस्टेड ने बैस्टनास की खदान से एक भारी खनिज की खोज की, जिसे बाद में सेराइट नाम दिया गया। तीस साल बाद, खदान के मालिक परिवार के पंद्रह वर्षीय विल्हेम हिसिंगर ने इसका एक नमूना कार्ल शीले को भेजा, जिन्हें इसमें कोई नया तत्व नहीं मिला। 1803 में, हिसिंगर के आयरनमास्टर बनने के बाद, उन्होंने जोन्स जैकब बर्ज़ेलियस के साथ खनिज पर फिर से काम किया और एक नया ऑक्साइड अलग किया जिसे उन्होंने बौने ग्रह सेरेस के नाम पर सेरिया नाम दिया, जिसे दो साल पहले खोजा गया था।[33] सेरिया को जर्मनी में मार्टिन हेनरिक क्लैप्रोथ द्वारा स्वतंत्र रूप से अलग किया गया था।[34] 1839 और 1843 के बीच, स्वीडिश सर्जन और रसायनज्ञ कार्ल गुस्ताफ मोसांडर द्वारा सेरिया को ऑक्साइड का मिश्रण दिखाया गया था, जो बर्ज़ेलियस के साथ एक ही घर में रहते थे और उनके अधीन अध्ययन करते थे: उन्होंने दो अन्य ऑक्साइड अलग किए जिन्हें उन्होंने लैंथेना और डिडिमिया नाम दिया।[35][36] उन्होंने सीरियम नाइट्रेट के एक नमूने को हवा में भूनकर और फिर परिणामी ऑक्साइड को तनु नाइट्रिक एसिड के साथ उपचारित करके आंशिक रूप से विघटित किया।[note 1][38] उसी वर्ष, कारोलिंस्का इंस्टीट्यूट के एक छात्र एक्सल एर्डमैन ने नॉर्वेजियन फ्योर्ड में स्थित लावेन द्वीप के एक नए खनिज में लैंथेनम की खोज की।

अंत में, मोसांडर ने अपनी देरी की व्याख्या करते हुए कहा कि उन्होंने सीरियम से एक दूसरा तत्व निकाला है, और इसे उन्होंने डिडिमियम कहा। हालांकि उन्हें इसका एहसास नहीं था, डिडिमियम भी एक मिश्रण था, और 1885 में इसे प्रासियोडिमियम और नियोडिमियम में अलग कर दिया गया था।

चूंकि लैंथेनम के गुण सीरियम के गुणों से केवल थोड़े ही भिन्न थे, और इसके लवणों में इसके साथ पाए जाते थे, इसलिए उन्होंने इसका नाम प्राचीन यूनानी λανθάνειν [lanthanein] (अर्थात् छिपा हुआ रहना) से रखा।[34] अपेक्षाकृत शुद्ध लैंथेनम धातु को पहली बार 1923 में अलग किया गया था।[39]

घटना और उत्पादन

लैंथेनम पृथ्वी की पपड़ी का 39 mg/kg बनाता है,[40][41] जो 41.5 mg/kg पर नियोडिमियम और 66.5 mg/kg पर सीरियम के पीछे है। तथाकथित "दुर्लभ-मृदा धातुओं" में से होने के बावजूद, लैंथेनम बिल्कुल भी दुर्लभ नहीं है, लेकिन इसे ऐतिहासिक रूप से ऐसा नाम दिया गया है क्योंकि यह चूना (lime) और पेरीक्लेस (magnesia) जैसी "सामान्य मृदा" की तुलना में दुर्लभ है, और उस समय जब इसे पहचाना गया था, केवल कुछ ही जमा ज्ञात थे। लैंथेनम को "दुर्लभ-मृदा" धातु भी माना जाता है क्योंकि इसे निकालने की प्रक्रिया कठिन, समय लेने वाली और महंगी है।[8] लैंथेनम दुर्लभ-मृदा खनिजों में पाया जाने वाला प्रमुख लैंथेनाइड शायद ही कभी होता है, और उनके रासायनिक सूत्रों में यह आमतौर पर सीरियम से पहले आता है। La-प्रमुख खनिजों के दुर्लभ उदाहरण मोनाज़ाइट-(La) और लैंथेनाइट-(La) हैं।[42]

मोनाज़ाइट रेत से लैंथेनम का उत्पादन

La3+ आयन सीरियम समूह के शुरुआती लैंथेनाइड्स (जो समैरियम और यूरोपियम तक हैं) के समान आकार का होता है जो आवर्त सारणी में तुरंत बाद आते हैं, और इसलिए यह फॉस्फेट, सिलिकेट और कार्बोनेट खनिजों में उनके साथ होता है, जैसे मोनाज़ाइट (M^{III}PO4) और बैस्टनेसाइट (M^{III}CO3F), जहां M स्कैंडियम और रेडियोधर्मी प्रोमेथियम (ज्यादातर Ce, La, और Y) को छोड़कर सभी दुर्लभ-मृदा धातुओं को संदर्भित करता है।[43] बैस्टनेसाइट में आमतौर पर थोरियम और भारी लैंथेनाइड्स की कमी होती है, और इससे हल्के लैंथेनाइड्स का शुद्धिकरण कम जटिल होता है। अयस्क को कुचलने और पीसने के बाद, इसे पहले गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ उपचारित किया जाता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड, हाइड्रोजन फ्लोराइड और सिलिकॉन टेट्राफ्लोराइड निकलता है: उत्पाद को फिर सुखाया जाता है और पानी के साथ लीच किया जाता है, जिससे लैंथेनम सहित शुरुआती लैंथेनाइड आयन घोल में रह जाते हैं।[44]

मोनाज़ाइट के लिए प्रक्रिया, जिसमें आमतौर पर थोरियम के साथ-साथ सभी दुर्लभ मृदाएं होती हैं, अधिक जटिल है। मोनाज़ाइट, अपने चुंबकीय गुणों के कारण, बार-बार विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण द्वारा अलग किया जा सकता है। पृथक्करण के बाद, इसे दुर्लभ मृदाओं के पानी में घुलनशील सल्फेट्स का उत्पादन करने के लिए गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ उपचारित किया जाता है। अम्लीय फिल्ट्रेट्स को सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ pH 3–4 तक आंशिक रूप से बेअसर किया जाता है। थोरियम हाइड्रॉक्साइड के रूप में घोल से अवक्षेपित हो जाता है और हटा दिया जाता है। उसके बाद, घोल को दुर्लभ मृदाओं को उनके अघुलनशील ऑक्सालेट में बदलने के लिए अमोनियम ऑक्सालेट के साथ उपचारित किया जाता है। ऑक्सालेट्स को एनीलिंग द्वारा ऑक्साइड में बदल दिया जाता है। ऑक्साइड को नाइट्रिक एसिड में घोला जाता है जो मुख्य घटकों में से एक, सीरियम को बाहर करता है, जिसका ऑक्साइड HNO3 में अघुलनशील होता है। लैंथेनम को क्रिस्टलीकरण द्वारा अमोनियम नाइट्रेट के साथ एक डबल नमक के रूप में अलग किया जाता है। यह नमक अन्य दुर्लभ-मृदा डबल लवणों की तुलना में अपेक्षाकृत कम घुलनशील है और इसलिए अवशेषों में रहता है।[8] कुछ अवशेषों को संभालते समय सावधानी बरतनी चाहिए क्योंकि उनमें 232Th की बेटी 228Ra होती है, जो एक मजबूत गामा उत्सर्जक है। लैंथेनम निकालना अपेक्षाकृत आसान है, क्योंकि इसका केवल एक पड़ोसी लैंथेनाइड – सीरियम है, जिसे +4 अवस्था में ऑक्सीकृत होने की क्षमता का उपयोग करके हटाया जा सकता है; उसके बाद, लैंथेनम को La(NO3)3· 2 NH4NO3· 4 H2O के आंशिक क्रिस्टलीकरण की ऐतिहासिक विधि द्वारा, या जब उच्च शुद्धता वांछित हो तो आयन-विनिमय तकनीकों द्वारा अलग किया जा सकता है।[44]

लैंथेनम धातु को उसके ऑक्साइड से अमोनियम क्लोराइड या फ्लोराइड और हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के साथ 300–400 °C पर गर्म करके क्लोराइड या फ्लोराइड का उत्पादन किया जाता है:[8]

La2O3 + 6 NH4Cl → 2 LaCl3 + 6 NH3 + 3 H2O

इसके बाद वैक्यूम या आर्गन वातावरण में क्षार या क्षारीय-पृथ्वी धातुओं के साथ कमी की जाती है:[8]

LaCl3 + 3 Li → La + 3 LiCl

इसके अलावा, शुद्ध लैंथेनम का उत्पादन उच्च तापमान पर निर्जल LaCl3 और NaCl या KCl के पिघले हुए मिश्रण के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा किया जा सकता है।[8]

अनुप्रयोग

लैंथेनम का पहला ऐतिहासिक अनुप्रयोग गैस लालटेन मेंटल में था। कार्ल ऑअर वॉन वेल्सबैक ने लैंथेनम ऑक्साइड और ज़िरकोनियम ऑक्साइड के मिश्रण का उपयोग किया, जिसे उन्होंने एक्टिनोफोर कहा और 1886 में पेटेंट कराया। मूल मेंटल ने हरे रंग की रोशनी दी और बहुत सफल नहीं थे, और उनकी पहली कंपनी, जिसने 1887 में एटज़र्सडॉर्फ में एक कारखाना स्थापित किया, 1889 में विफल हो गई।[45]

लैंथेनम के आधुनिक उपयोगों में शामिल हैं:

LaB6 हॉट कैथोड
  • निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी के एनोडिक पदार्थ के रूप में उपयोग की जाने वाली एक सामग्री La(Ni3.6Mn0.4Al0.3Co0.7) है। अन्य लैंथेनाइड्स को निकालने की उच्च लागत के कारण, शुद्ध लैंथेनम के बजाय 50% से अधिक लैंथेनम वाले मिशमेटल (mischmetal) का उपयोग किया जाता है। यह यौगिक AB5 प्रकार का एक इंटरमेटेलिक घटक है।[46][47] NiMH बैटरी अमेरिका में बेचे जाने वाले टोयोटा प्रियस (Toyota Prius) के कई मॉडलों में पाई जा सकती हैं। इन बड़ी निकेल-मेटल हाइड्राइड बैटरी के उत्पादन के लिए भारी मात्रा में लैंथेनम की आवश्यकता होती है। 2008 टोयोटा प्रियस NiMH बैटरी को 10 to लैंथेनम की आवश्यकता होती है।
  • हाइड्रोजन स्पंज मिश्र धातुओं में लैंथेनम हो सकता है। ये मिश्र धातुएं प्रतिवर्ती सोखना (reversible adsorption) प्रक्रिया में अपने स्वयं के आयतन का 400 गुना तक हाइड्रोजन गैस संग्रहीत करने में सक्षम हैं। ऐसा करने पर हर बार ऊष्मीय ऊर्जा निकलती है; इसलिए इन मिश्र धातुओं में ऊर्जा संरक्षण प्रणालियों में संभावनाएं हैं।[21][48]
  • मिशमेटल, लाइटर फ्लिंट में उपयोग की जाने वाली एक पायरोफोरिक मिश्र धातु, में 25% से 45% लैंथेनम होता है।[49]
  • लैंथेनम ऑक्साइड और बोराइड का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक वैक्यूम ट्यूब में हॉट कैथोड सामग्री के रूप में किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन की मजबूत उत्सर्जन क्षमता होती है। LaB6 के क्रिस्टल का उपयोग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और हॉल-इफेक्ट थ्रस्टर के लिए उच्च-चमक, विस्तारित-जीवन, थर्मिओनिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन स्रोतों में किया जाता है।[50]
  • लैंथेनम ट्राइफ्लोराइड (LaF3) ZBLAN नामक एक भारी फ्लोराइड ग्लास का एक आवश्यक घटक है। इस ग्लास में इन्फ्रारेड रेंज में बेहतर संप्रेषण (transmittance) होता है और इसलिए इसका उपयोग फाइबर-ऑप्टिकल संचार प्रणालियों के लिए किया जाता है।[51]
  • सीरियम-डोप्ड लैंथेनम ब्रोमाइड और लैंथेनम क्लोराइड हाल के अकार्बनिक सिंटिलेटर (scintillators) हैं, जिनमें उच्च प्रकाश प्राप्ति, सर्वोत्तम ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन और तेज़ प्रतिक्रिया का संयोजन होता है। उनकी उच्च प्राप्ति बेहतर ऊर्जा रिज़ॉल्यूशन में बदल जाती है; इसके अलावा, प्रकाश आउटपुट बहुत स्थिर है और तापमान की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला पर काफी अधिक है, जो इसे उच्च-तापमान अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाता है। ये सिंटिलेटर पहले से ही न्यूट्रॉन या गामा किरणों के डिटेक्टरों में व्यावसायिक रूप से व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।[52]
  • कार्बन आर्क लैंप प्रकाश की गुणवत्ता में सुधार के लिए दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के मिश्रण का उपयोग करते हैं। इस अनुप्रयोग ने, विशेष रूप से मोशन पिक्चर उद्योग द्वारा स्टूडियो लाइटिंग और प्रोजेक्शन के लिए, कार्बन आर्क लैंप के चरणबद्ध तरीके से बंद होने तक उत्पादित दुर्लभ-पृथ्वी यौगिकों का लगभग 25% उपभोग किया।[21][53]
  • लैंथेनम(III) ऑक्साइड (La2O3) कांच के क्षार प्रतिरोध में सुधार करता है और विशेष ऑप्टिकल ग्लास बनाने में उपयोग किया जाता है, जैसे कि इन्फ्रारेड-अवशोषित करने वाला ग्लास, साथ ही कैमरा और टेलीस्कोप के लेंस, क्योंकि दुर्लभ-पृथ्वी ग्लास का अपवर्तनांक (refractive index) उच्च और फैलाव (dispersion) कम होता है।[21] लैंथेनम ऑक्साइड का उपयोग सिलिकॉन नाइट्राइड और ज़िरकोनियम डाइबोराइड के लिक्विड-फेज सिंटरिंग के दौरान ग्रेन-ग्रोथ एडिटिव के रूप में भी किया जाता है।[54]
  • स्टील में मिलाई गई लैंथेनम की थोड़ी मात्रा इसकी आघातवर्धनीयता (malleability), प्रभाव के प्रति प्रतिरोध और तन्यता (ductility) में सुधार करती है, जबकि मोलिब्डेनम में लैंथेनम मिलाने से इसकी कठोरता और तापमान भिन्नता के प्रति संवेदनशीलता कम हो जाती है।[21]
  • शैवाल को खिलाने वाले फॉस्फेट को हटाने के लिए कई पूल उत्पादों में लैंथेनम की थोड़ी मात्रा मौजूद होती है।[55]
  • टंगस्टन में लैंथेनम ऑक्साइड एडिटिव का उपयोग गैस टंगस्टन आर्क वेल्डिंग इलेक्ट्रोड में रेडियोधर्मी थोरियम के विकल्प के रूप में किया जाता है।[56][57]
  • लैंथेनम और अन्य दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के विभिन्न यौगिक (ऑक्साइड, क्लोराइड, ट्राइफ्लेट्स, आदि) विभिन्न उत्प्रेरण के घटक हैं, जैसे कि पेट्रोलियम क्रैकिंग उत्प्रेरक।[58]
  • लैंथेनम-बेरियम रेडियोमेट्रिक डेटिंग का उपयोग चट्टानों और अयस्कों की आयु का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है, हालांकि इस तकनीक की लोकप्रियता सीमित है।[59]
  • लैंथेनम कार्बोनेट को एंड-स्टेज किडनी रोग में देखे जाने वाले हाइपरफॉस्फेटेमिया के मामलों में अतिरिक्त फॉस्फेट को अवशोषित करने के लिए एक दवा (फॉस््रेनोल, शायर फार्मास्यूटिकल्स) के रूप में अनुमोदित किया गया था।[60]
  • लैंथेनम फ्लोराइड का उपयोग फॉस्फर लैंप कोटिंग्स में किया जाता है। यूरोपियम फ्लोराइड के साथ मिश्रित, इसे फ्लोराइड चयनात्मक इलेक्ट्रोड की क्रिस्टल झिल्ली में भी लगाया जाता है।[8]
  • हॉर्सरैडिश पेरोक्सीडेज की तरह, लैंथेनम का उपयोग आणविक जीव विज्ञान में इलेक्ट्रॉन-सघन ट्रेसर के रूप में किया जाता है।[61]
  • लैंथेनम-संशोधित बेंटोनाइट (या फॉसलॉक) का उपयोग झील उपचार में पानी से फॉस्फेट निकालने के लिए किया जाता है।[62]
  • लैंथेनम टेलुराइड (La3Te4) को रेडियोआइसोटोप पावर सिस्टम (परमाणु ऊर्जा संयंत्र) के क्षेत्र में लागू करने पर विचार किया जा रहा है क्योंकि इसमें महत्वपूर्ण रूपांतरण क्षमताएं हैं। खंड में परिवर्तित तत्व और समस्थानिक सामग्री के साथ ही प्रतिक्रिया नहीं करेंगे, इस प्रकार बिजली संयंत्र की सुरक्षा को कोई नुकसान नहीं होगा। हालांकि आयोडीन, जो ट्रांसम्यूटेशन के दौरान उत्पन्न हो सकता है, के La3Te4 खंड के साथ प्रतिक्रिया करने का संदेह है, लेकिन आयोडीन की मात्रा इतनी कम है कि यह बिजली प्रणाली के लिए कोई खतरा पैदा नहीं करती है।[63]

जैविक भूमिका

मनुष्यों में लैंथेनम की कोई ज्ञात जैविक भूमिका नहीं है। मौखिक प्रशासन के बाद तत्व बहुत खराब तरीके से अवशोषित होता है और जब इसे इंजेक्ट किया जाता है तो इसका उन्मूलन बहुत धीमा होता है। लैंथेनम कार्बोनेट (फॉस््रेनोल) को एंड स्टेज रीनल डिजीज के मामलों में अतिरिक्त फॉस्फेट को अवशोषित करने के लिए एक फॉस्फेट बाइंडर के रूप में अनुमोदित किया गया था।[60]

जबकि लैंथेनम का कई रिसेप्टर्स और आयन चैनलों पर औषधीय प्रभाव होता है, GABA रिसेप्टर के लिए इसकी विशिष्टता ट्राइवलेंट धनायनों के बीच अद्वितीय है। लैंथेनम GABA रिसेप्टर पर उसी मॉड्यूलेटरी साइट पर कार्य करता है जैसे जिंक, जो एक ज्ञात नकारात्मक एलोस्टेरिक मॉड्यूलेटर है। लैंथेनम धनायन La3+ देशी और पुनः संयोजक GABA रिसेप्टर्स पर एक सकारात्मक एलोस्टेरिक मॉड्यूलेटर है, जो सबयूनिट कॉन्फ़िगरेशन पर निर्भर तरीके से ओपन चैनल समय को बढ़ाता है और डीसेंसिटाइजेशन को कम करता है।[64]

लैंथेनम मेथानोट्रोफिक बैक्टीरिया Methylacidiphilum fumariolicum SolV के मेथनॉल डिहाइड्रोजनेज के लिए एक कोफ़ैक्टर है, हालांकि लैंथेनाइड्स की महान रासायनिक समानता का मतलब है कि इसे बिना किसी दुष्प्रभाव के सीरियम, प्रासियोडिमियम या नियोडिमियम के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, और छोटे समैरियम, यूरोपियम या गैडोलीनियम के साथ धीमी वृद्धि के अलावा कोई दुष्प्रभाव नहीं होता है।[65]

सावधानियां

ज्ञानसन्दूक
Container only yes
Hazards
Ghspictograms GHS02
Ghssignalword Danger
Hphrases 260
Pphrases 422[66]
Nfpa-h 0
Nfpa-f 4
Nfpa-r 2
Nfpa-s w

लैंथेनम का कोई ज्ञात जैविक प्रभाव नहीं है।[67]:274 दो मामलों में कार्बन आर्क लाइट के संपर्क में आने से फेफड़ों के ऊतकों में लैंथेनम और अन्य दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के पाए जाने की पुष्टि हुई।[68][69] मौखिक लैंथेनम कार्बोनेट का उपयोग आहार संबंधी फॉस्फोरस को रोककर हाइपरफॉस्फेटेमिया के इलाज के लिए किया जाता है।[67]:275[70]

कीमतें

लैंथेनम ऑक्साइड 99% (FOB चीन में USD/Mt) के एक (मीट्रिक) टन [1000 किग्रा] की कीमत इंस्टीट्यूट ऑफ रेयर अर्थ्स एलिमेंट्स एंड स्ट्रैटेजिक मेटल्स (IREESM) द्वारा 2001 की शुरुआत से सितंबर 2010 तक की अधिकांश अवधि के लिए $2,000 से कम (2008 में अल्पकालिक रूप से $10,000 पर) दी गई है; यह 2011 के मध्य में तेजी से बढ़कर $140,000 हो गई और 2012 की शुरुआत तक उतनी ही तेजी से गिरकर $38,000 पर आ गई।[71] पिछले छह महीनों (अप्रैल-सितंबर 2022) के लिए औसत कीमत IREESM द्वारा इस प्रकार दी गई है: लैंथेनम ऑक्साइड - 99.9%min FOB चीन - 1308 EUR/mt और लैंथेनम धातु - 99%min FOB चीन - 3706 EUR/mt के लिए।[72]

नोट्स

  1. ↑ From 1839a:
    "L'oxide de cérium, extrait de la cérite par la procédé ordinaire, contient à peu près les deux cinquièmes de son poids de l'oxide du nouveau métal qui ne change que peu les propriétés du cérium, et qui s'y tient pour ainsi dire caché. Cette raison a engagé M. Mosander à donner au nouveau métal le nom de Lantane."
    [ सेराइट से सामान्य प्रक्रिया द्वारा निकाला गया सीरियम का ऑक्साइड, नए धातु के ऑक्साइड के अपने वजन का लगभग दो-पांचवां हिस्सा होता है, जो सीरियम के गुणों से थोड़ा ही भिन्न होता है, और जो इसमें एक तरह से "छिपा" रहता है। इस कारण ने श्री मोसांडर को नई धातु को लैंटन नाम देने के लिए प्रेरित किया। ][37]

संदर्भ

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ग्रंथसूची

  • CITEREFGreenwoodEarnshaw1984

अतिरिक्त पठन

  • Callow, R.J.. (1967). "The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium". Pergamon Press.
  • (2005). "Extractive Metallurgy of Rare Earths". CRC Press.
  • (1959). "Nouveau Traité de Chimie Minérale". VII Scandium, Yttrium, Elements des Terres Rares, Actinium. Masson & Cie.
  • Vickery, R.C.. (1953). "Chemistry of the Lanthanons". Butterworths.

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Lanthanum" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Lanthanum यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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