लँथानम (La) - सखोल अभ्यास मार्गदर्शक
परिचय
लँथानम (La), मूलद्रव्य क्रमांक 57, हे एक मऊ, तन्य, चांदीसारखे-पांढरे धातूसारखे मूलद्रव्य आहे जे हवेच्या संपर्कात आल्यावर लवकर काळवंडते. हे लँथानाइड मालिकेतील आदिरूप आणि पहिले मूलद्रव्य आहे, ज्याला अनेकदा दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्य मानले जाते. त्याच्या वर्गीकरणानुसार, लँथानम पृथ्वीच्या कवचात तुलनेने भरपूर प्रमाणात आढळते. त्याचे अद्वितीय रासायनिक गुणधर्म, विशेषतः त्याची उच्च अभिक्रियाशीलता आणि स्थिर +3 ऑक्सिडेशन स्थितीची संयुगे तयार करण्याची क्षमता, यामुळे ते प्रगत ऑप्टिक्सपासून उत्प्रेरक आणि ऊर्जा साठवणुकीपर्यंत विविध आधुनिक तांत्रिक अनुप्रयोगांमध्ये महत्त्वपूर्ण ठरते.
CBSE/JEE जलद उजळणी नोट्स
- चिन्ह: La
- अणुक्रमांक: 57
- अणुवस्तुमान: 138.9055 u
- आवर्त: 6
- गण: 3 (अनेकदा f-ब्लॉक किंवा लँथानाइड मालिकेतील पहिले मूलद्रव्य मानले जाते)
- ब्लॉक: d-ब्लॉक (5d¹ इलेक्ट्रॉनमुळे), परंतु रासायनिकदृष्ट्या f-ब्लॉक मूलद्रव्यांशी संबंधित.
- संयुजा/सामान्य ऑक्सिडेशन स्थिती: +3 (सर्वात स्थिर)
- स्वरूप: चांदीसारखा-पांढरा धातू, अत्यंत अभिक्रियाशील, वर्धनीय आणि तन्य.
- वर्गीकरण: दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्य, लँथानाइड.
इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंध वर्तन
इलेक्ट्रॉन संरूपण
लँथानमचे भूस्तरीय इलेक्ट्रॉन संरूपण [Xe] 5d¹ 6s² आहे.
- शेवटच्या इलेक्ट्रॉनचे 5d उपकवचात स्थान technically लँथानमला d-ब्लॉक मूलद्रव्य म्हणून वर्गीकृत करते.
- तथापि, त्याचे रासायनिक गुणधर्म त्यानंतरच्या लँथानाइड मालिकेतील (f-ब्लॉक मूलद्रव्ये) गुणधर्मांशी खूप मिळतात, जिथे 4f उपकवच हळूहळू भरले जाते. उच्च माध्यमिक रसायनशास्त्रातील व्यावहारिक उद्देशांसाठी, त्याचा अभ्यास सामान्यतः लँथानाइड्ससोबत केला जातो.
बंध वर्तन
- प्राथमिक ऑक्सिडेशन स्थिती: लँथानम प्रामुख्याने +3 ऑक्सिडेशन स्थिती दर्शवतो. हे दोन 6s इलेक्ट्रॉन आणि एक 5d इलेक्ट्रॉन गमावून प्राप्त होते.
- आयनिक गुणधर्म: त्याच्या तुलनेने मोठ्या अणु आकारामुळे आणि कमी आयनीकरण ऊर्जांमुळे, लँथानम त्याचे संयुजा इलेक्ट्रॉन गमावून स्थिर La³⁺ आयन बनवून सहजपणे आयनिक संयुगे तयार करतो.
- सहसंयुजी रसायनशास्त्र: La³⁺ आयन उच्च सहसंयुजी संख्या दर्शवतात, विशेषतः ऑक्सिजन किंवा नायट्रोजन दाता लिगँड्ससोबत संकुल (complexes) तयार करतात.
महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया
लँथानम एक अत्यंत अभिक्रियाशील धातू आहे, विशेषतः सर्वात जास्त धनविद्युत (electropositive) मूलद्रव्यांपैकी एक म्हणून त्याच्या स्थानामुळे.
1. हवा/ऑक्सिजनसोबतची अभिक्रिया
लँथानम हवेत लवकर काळवंडते, लँथानम(III) ऑक्साईडचा थर तयार करते.
4La(s) + 3O₂(g) → 2La₂O₃(s)
2. पाण्यासोबतची अभिक्रिया
लँथानम थंड पाण्यासोबत हळू आणि गरम पाण्यासोबत अधिक वेगाने अभिक्रिया करून लँथानम(III) हायड्रॉक्साईड आणि हायड्रोजन वायू तयार करते.
2La(s) + 6H₂O(l) → 2La(OH)₃(aq) + 3H₂(g)
3. आम्लांसोबतची अभिक्रिया
लँथानम सौम्य आम्लांमध्ये (हायड्रोफ्लोरिक आम्ल वगळता, कारण अविद्राव्य LaF₃ तयार होते) सहज विरघळते आणि लँथानम(III) क्षार (salts) आणि हायड्रोजन वायू तयार करते.
2La(s) + 6HCl(aq) → 2LaCl₃(aq) + 3H₂(g)
4. हॅलोजनसोबतची अभिक्रिया
लँथानम सर्व हॅलोजनसोबत जोरदारपणे अभिक्रिया करून लँथानम(III) हॅलाईड्स तयार करते.
2La(s) + 3Cl₂(g) → 2LaCl₃(s)
5. नायट्रोजनसोबतची अभिक्रिया
उच्च तापमानावर, लँथानम नायट्रोजनसोबत अभिक्रिया करून लँथानम नायट्राइड तयार करते.
2La(s) + N₂(g) → 2LaN(s)
औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व
औद्योगिक महत्त्व
- उत्प्रेरक: लँथानम संयुगे, विशेषतः La₂O₃, पेट्रोलियम शुद्धीकरणात (उदा. फ्लुइड उत्प्रेरक क्रॅकिंग - FCC उत्प्रेरक) आणि ऑटोमोटिव्ह उत्प्रेरक कन्व्हर्टरमध्ये मोठ्या प्रमाणावर उत्प्रेरक म्हणून वापरले जातात.
- ऑप्टिकल काच: लँथानम ऑक्साईड ऑप्टिकल काचेमध्ये मिसळले जाते जेणेकरून त्याचा अपवर्तनांक सुधारावा आणि क्रोमॅटिक डिस्पर्शन कमी व्हावे, ज्यामुळे ते उच्च-गुणवत्तेच्या कॅमेरा लेन्स, टेलिस्कोप लेन्स आणि नाईट व्हिजन उपकरणांसाठी आवश्यक ठरते.
- मिशमेटल: विविध दुर्मिळ मृदा मूलद्रव्यांचे मिश्रण, ज्यात लँथानम प्रमुख घटक (25%) आहे, त्याच्या पायरोफोरिक गुणधर्मांमुळे लाइटरच्या दगडांमध्ये वापरले जाते.
- हायड्रोजन साठवणूक: लँथानम-निकेल मिश्रधातू (उदा. LaNi₅) हायड्रोजन साठवणूक तंत्रज्ञानात वापरले जातात, जे हायड्रोजन कार्यक्षमतेने शोषून घेतात आणि मुक्त करतात.
- बॅटरी: लँथानम हे निकेल-मेटल हायड्राइड (NiMH) रिचार्जेबल बॅटरीजच्या नकारात्मक इलेक्ट्रोड्समधील एक प्रमुख घटक आहे, जे सामान्यतः हायब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनांमध्ये आढळतात.
- मेडिकल इमेजिंग: लँथानम संयुगे काही मेडिकल इमेजिंग अनुप्रयोगांमध्ये, विशेषतः एक्स-रे साठी कॉन्ट्रास्ट एजंट म्हणून वापरले जातात.
जैविक महत्त्व
- अनावश्यक मूलद्रव्य: लँथानमचे मानवामध्ये किंवा इतर जीवांमध्ये कोणतेही आवश्यक जैविक कार्य ज्ञात नाही.
- कॅल्शियम चॅनेल ब्लॉकर: Ca²⁺ च्या समान आयनिक त्रिज्या आणि चार्जमुळे, La³⁺ आयन जैविक प्रणालींमध्ये कॅल्शियम चॅनेल ब्लॉकर म्हणून कार्य करू शकतात, ज्याचा काही संशोधनात उपयोग केला जातो.
- कमी विषारीपणा: सामान्यतः कमी तीव्र विषारीपणा असलेले मानले जात असले तरी, दीर्घकाळ संपर्कात राहिल्यास काही लँथानम संयुगे शरीरात जमा होऊ शकतात.