Ossido di lantanio
L'ossido di lantanio (La2O3), noto anche come lantania in ambito chimico-fisico e di scienza dei materiali,[1][2] è un composto inorganico contenente il lantanio, un elemento delle terre rare, e l'ossigeno. È utilizzato in alcuni materiali ferroelettrici, come componente di materiali ottici, ed è una materia prima per alcuni catalizzatori.
L'ossido di lantanio è un solido bianco inodore, insolubile in acqua, ma solubile in acido diluito. A seconda del pH del composto, si possono ottenere diverse strutture cristallineTemplate:Senza fonte. L'ossido di lantanio è igroscopico; esposto all'aria, assorbe l'umidità nel tempo e si converte in idrossido di lantanio. L'ossido di lantanio ha proprietà semiconduttive di tipo p e una banda proibita di circa 5,8 eV[3]. La sua resistività media a temperatura ambiente è di 10 kΩ·cm, che diminuisce con l'aumento della temperatura. L'ossido di lantanio ha l'energia reticolare più bassa degli ossidi di terre rare, con costante dielettrica molto alta, circa uguale a 27.
Struttura
A basse temperature, l'ossido di lantanio ha una struttura cristallina esagonale A-M2O3. Gli atomi di metallo La3+ sono circondati da un gruppo di 7 atomi coordinati di O2-; gli ioni di ossigeno hanno una forma ottaedrica attorno all'atomo di metallo e c'è uno ione di ossigeno sopra una delle facce ottaedriche[4] D'altra parte, ad alte temperature l'ossido di lantanio si converte in una struttura cristallina cubica C-M2O3. Lo ione La3+ è circondato da sei ioni O2− in una configurazione esagonale[5].
Elementi ottenuti dall'ossido di lantanio
Diversi elementi sono stati scoperti come conseguenza di lunghe analisi e decomposizione del minerale gadolinite (conosciuto anche come ytterbite)Template:Senza fonte. Man mano che il minerale veniva analizzato progressivamente, al residuo veniva prima assegnata l'etichetta ceria, poi ossido di lantanio e successivamente ittria, erbia e terbia. In ordine di data scoperta, l'elenco degli elementi comprende cerio, lantanio, erbio, terbio, ittrio, itterbio, olmio, tulio, scandio, praseodimio, neodimio e disprosio. Molti di questi nuovi elementi furono scoperti o isolati da Carl Gustav Mosander negli anni 1830 e 1840.
Sintesi
L'ossido di lantanio può essere cristallizzato in diversi polimorfi.
Per produrre ossido di lantanio esagonale, una soluzione 0,1 M di cloruro di lantanio(III) (LaCl3) viene spruzzata su un substrato preriscaldato, solitamente costituito da calcogenuri metallici[6]. Il processo può essere suddiviso in due fasi: idrolisi seguita da disidratazione:
Un percorso alternativo per ottenere ossido di lantanio esagonale prevede la precipitazione di idrossido di lantanio (La(OH)3) nominale da una soluzione acquosa utilizzando una combinazione di 2,5% di ammoniaca (NH3) e il tensioattivo laurilsolfato di sodio seguita da riscaldamento e agitazione per 24 ore a 80 °C:
Altri percorsi includono:
Reazioni
L'ossido di lantanio viene utilizzato come additivo per sviluppare alcuni materiali ferroelettrici, come il titanato di bismuto (Bi4Ti3O12) (BLT) drogato con lantanio. L'ossido di lantanio è utilizzato nei materiali ottici; spesso i vetri ottici sono drogati con ossido di lantanio per migliorare l'indice di rifrazione del vetro, la durata chimica e la resistenza meccanica:
Quando questa reazione 1:3 viene miscelata in un composito di vetro, l'alto peso molecolare del lantanio provoca un aumento della miscela omogenea del fuso che porta ad un punto di fusione più basso[7]. L'aggiunta di ossido di lantanio al vetro fuso porta ad una temperatura di transizione vetrosa più elevata da 658 °C a 679 °C.
Usi e applicazioni
L'ossido di lantanio viene utilizzato per realizzare vetri ottici, ai quali questo ossido conferisce maggiore densità, indice di rifrazione e durezza. Insieme agli ossidi di tungsteno, tantalio e torio, l'ossido di lantanio migliora la resistenza del vetro all'attacco degli alcali. È anche un ingrediente per la produzione di materiali piezoelettrici e termoelettrici. I convertitori di gas di scarico delle automobili contengono ossido di lantanio[8] L'ossido di lantanio è anche utilizzato negli schermi di intensificazione dell'imaging a raggi X, nei fosfori e nelle ceramiche dielettriche e conduttive. Emana un bagliore luminoso.
L'ossido di lantanio è stato esaminato per l'accoppiamento ossidativo del metano.[9].
I film di ossido di lantanio possono essere depositati con molti metodi diversi, tra cui la deposizione chimica da vapore, la deposizione di strati atomici, l'ossidazione termica e la polverizzazione catodica. Le deposizioni di questi film si verificano in un intervallo di temperatura di 250–450 °C. I film policristallini si formano a 350 °C[6].
Gli elettrodi di tungsteno-ossido di lantanio stanno sostituendo gli elettrodi di tungsteno toriato nella saldatura TIG a causa di problemi di sicurezza con la radioattività del torio.