Lantano

El lantano es el primer elemento y prototipo de la serie de lantánidos. En la tabla periódica, aparece a la derecha del metal alcalinotérreo bario y a la izquierda del lantánido cerio. El lantano a menudo se considera un elemento del grupo 3, junto con el escandio, el itrio y el actinio, el congénere más pesado del lantano,[1] aunque esta clasificación es controvertida. Los 57 electrones de un átomo de lantano están dispuestos en la configuración [Xe]5d¹6s², con tres electrones de valencia fuera del núcleo del gas noble. En las reacciones químicas, el lantano casi siempre da estos tres electrones de valencia de las subcapas 5d y 6s para formar el estado de oxidación +3, el logro de la configuración estable del gas noble anterior xenón.[2] También se conocen algunos compuestos de lantano (II), pero son mucho menos estables.[3]

Entre los lantánidos, el lantano es excepcional ya que no tiene electrones 4f como un solo átomo en fase gaseosa. Por lo tanto, es solo muy débilmente paramagnético, a diferencia de los lantánidos posteriores fuertemente paramagnéticos (con la excepción de los dos últimos, iterbio y lutecio, donde la capa 4f está completamente llena).[4] Sin embargo, la capa 4f del lantano puede ocuparse parcialmente en ambientes químicos y participar en enlaces químicos, razón por la cual a veces se considera que no es un elemento del grupo 3.[5] Por ejemplo, los puntos de fusión de los lantánidos trivalentes están relacionados con el grado de hibridación de los electrones 6s, 5d y 4f (disminuyendo al aumentar la participación de 4f),[6] y el lantano tiene el segundo punto de fusión más bajo (después del cerio) entre todos los lantánidos: 920 ° C.[7] Los lantánidos se vuelven más duros a medida que se atraviesa la serie: como era de esperar, el lantano es un metal blando. El lantano tiene una resistividad relativamente alta de 615 nΩm a temperatura ambiente; en comparación, el valor del buen conductor de aluminio es de solo 26,50 nΩm.[8][9] El lantano es el menos volátil de los lantánidos.[10] Como la mayoría de los lantánidos, el lantano tiene una estructura cristalina hexagonal a temperatura ambiente. A 310 ° C, el lantano cambia a una estructura cúbica centrada en la cara, y a 865 ° C, cambia a una estructura cúbica centrada en el cuerpo.[11]

Como se esperaba de las tendencias periódicas, el lantano tiene el mayor radio atómico de los lantánidos. Por lo tanto, es el más reactivo entre ellos, se empaña con bastante rapidez en el aire, se vuelve completamente oscuro después de varias horas y puede quemarse fácilmente para formar óxido de lantano (III), La₂O₃, que es casi tan básico como el óxido de calcio.[12] Una muestra de algunos centímetros de tamaño de lantano se corroe por completo en un año como su óxido descostra fuera como el óxido del hierro, en lugar de formar un revestimiento de óxido de protección, como el aluminio, escandio e itrio.[13] El lantano reacciona con halógenos a temperatura ambiente para formar los trihaluros, y al calentarse formarán compuestos binarios con los no metales nitrógeno, carbono, azufre, fósforo, boro, selenio, silicio y arsénico.[2][3] El lantano reacciona lentamente con el agua para formar hidróxido de lantano (III), La(OH)₃.[14] En ácido sulfúrico diluido, el lantano forma fácilmente el ion tripositivo acuoso [La(H₂O)₉]³⁺: este es incoloro en solución acuosa ya que La³⁺ no tiene electrones d o f.[14] El lantano es la base más fuerte y dura entre los elementos de tierras raras, lo que se espera nuevamente por ser el más grande de ellos.[15]

Extracto del gráfico de nucleidos que muestra isótopos estables (negro) desde bario (Z = 56) hasta neodimio (Z = 60).

El lantano natural está compuesto por dos isótopos, el estable La¹³⁹ y el radioisótopo de vida larga ¹³⁸. El La¹³⁹ es de lejos el más abundante, hasta el 99,910% del lantano natural: se produce en el s-proceso (captura lenta de neutrones, que ocurre en estrellas de masa baja a media) y el proceso r (captura rápida de neutrones, que ocurre en el colapso del núcleo de las supernovas).[16] El isótopo ¹³⁸La, muy raro, es uno de los pocos núcleos impares primordiales con una vida media larga de 1,05 × 10¹¹ años. Es uno de los p-núcleos ricos en protones que no se pueden producir en los procesos s o r. El La¹³⁸, junto con el aún más raro La¹³⁸, se produce en el proceso ν, donde los neutrinos interactúan con núcleos estables.[17] Todos los demás isótopos del lantano son sintéticos: con la excepción del La¹³⁷ con una vida media de aproximadamente 60.000 años, todos ellos tienen una vida media de menos de un día y la mayoría tiene una vida media de menos de un minuto. Los isótopos La¹³⁹ y La¹⁴⁰ se producen como productos de fisión del uranio.[16]