Λανθάνιο: να το κόβεις με το μαχαίρι!

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο λανθάνιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μια άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Πέρασαν ένας αιώνας και μισός από τότε που ανακαλύφθηκε το στοιχείο αυτό και ώσπου να αρχίσει να βρίσκει εμπορικές εφαρμογές. Σήμερα όμως είναι περιζήτητο και μάλιστα η ζήτησή του παρουσιάζει αυξητικές τάσεις. Μία από τις βασικές του χρήσεις είναι με τη μορφή οξειδίου που εμπλουτίζει το γυαλί.

Το γυαλί είναι ένα άμορφο στερεό υλικό. Δηλαδή τα άτομα που το αποτελούν δεν είναι τοποθετημένα έτσι ώστε να δημιουργούν ένα κανονικό πλέγμα με ίδιες αποστάσεις μεταξύ τους, να υπάρχουν συγκεκριμένες συμμετρίες και να μπορείς να διακρίνεις άξονες. Αυτά που λέγονται ότι συμπεριφέρεται σαν να είναι ένα πολύ παχύρρευστο υγρό δεν στέκουν. Ούτε ότι υπάρχει κενό ανάμεσα στα μόρια και από εκεί περνάει το φως, οπότε έτσι να εξηγείται και η διαφάνειά του. Τα άμορφα στερεά δημιουργούνται αν φέρεις τα συστατικά του υλικά σε θερμοκρασία τήξης όλων, να γίνουν δηλαδή όλα μαζί μια υγρή μάζα και μετά αμέσως να ψυχθεί ακαριαία. Ενα φωτόνιο λοιπόν που έρχεται σε επαφή με ένα στερεό σώμα έχει τρεις δυνατότητες: να απορροφηθεί η ενέργειά του από ένα ηλεκτρόνιο, να μην απορροφηθεί και να εκπεμφθεί ένα άλλο φωτόνιο ίσης ενέργειας και τέλος να περάσει μέσα από το στερεό χωρίς αλλοίωση διότι δεν υπήρξε αλληλεπίδραση με κάποιο από τα ηλεκτρόνια. Αυτή η τελευταία είναι η περίπτωση του γυαλιού. Το ηλεκτρόνιο θα απορροφήσει την ενέργεια του φωτονίου μόνο αν αυτή έχει ακριβώς τέτοια τιμή, ούτε μικρότερη αλλά ούτε και μεγαλύτερη, ώστε να μπορεί να κάνει ένα άλμα και να μπει σε διαφορετική τροχιά. Τα φωτόνια του ορατού φωτός δεν έχουν τέτοια ενέργεια σε σχέση με τα ηλεκτρόνια του γυαλιού και έτσι περνούν αδιατάρακτα. Αυτή την απρόσκοπτη διέλευση τη λέμε με άλλα λόγια διαφάνεια. Οταν ανακατεύεται το μείγμα για το συνηθισμένο γυαλί με οξείδια διαφόρων στοιχείων αλλάζει κάποιες ιδιότητες όπως π.χ. το να μην επιτρέπει σε φωτόνια στην περιοχή του υπεριώδους να το διαπερνούν. Και στην περίπτωση των φακών στις οπτικές εφαρμογές θέλουμε όχι μόνο να περνούν οι ακτίνες του φωτός, δηλαδή δέσμες αποτελούμενες από πολλά φωτόνια, αλλά και να «σπάζει» η ευθύγραμμη πορεία τους, δηλαδή περνώντας από το γυαλί να διαθλώνται. Οσο πιο πολύ διαθλώνται τόσο καλύτερα. Ετσι, ενώ στο συνηθισμένο γυαλί ο δείκτης διάθλασης είναι περίπου 1,5, γυαλί με λανθάνιο φθάνει να έχει δείκτη διάθλασης 1,68 ως 1,88.

Το λανθάνιο είναι μέλος μιας οικογένειας με 15 μέλη που ονομάζονται λανθανίδες. Εχουν πολλές ιδιότητες κοινές και αυτό έκανε τους χημικούς του 19ου αιώνα να φτύσουν αίμα για να ξεχωρίσουν τα στοιχεία της οικογένειας μεταξύ τους. Τον Ιανουάριο του 1839 ο Σουηδός Καρλ Γκούσταφ Μουσάντερ προσπαθώντας από νιτρικό δημήτριο να πάρει το οξείδιό του και μετά να επιδράσει με νιτρικό οξύ τελικά πήρε κάτι που δεν ήταν νιτρικό δημήτριο αλλά κάτι καινούργιο. Οταν το είπε στον φίλο του Μπερτσέλιους αυτός συμφώνησε πως επρόκειτο για κάτι νέο και πρότεινε την ονομασία λανθάνιο έχοντας υπόψη του την ελληνική λέξη «λανθάνω», δηλαδή ζω στην αφάνεια.

Ατομικός αριθμός: 57

Ατομικό βάρος: 138.9055

Σημείο τήξης: 921^οC

Σημείο ζέσεως:;3 460^οC

Αριθμός ισοτόπων: 39

Αν και δεν είμαστε και τόσο εξοικειωμένοι μαζί του, το λανθάνιο είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα στοιχεία στη Φύση. Οπως χαρακτηριστικά αναφέρεται, είναι τόσο όσο ο μόλυβδος και ο κασσίτερος μαζί. Το κακό είναι πως μερικές φορές το συναντάμε και σε χώρους που δεν πρέπει και εκεί για την παρουσία του δεν χαίρεσαι ιδιαίτερα.

Ετσι αυθόρμητα δεν μπαίνει στον οργανισμό μας. Υπάρχει όμως περίπτωση να θέλουμε εμείς να βρεθεί… εντός. Διότι κάποιες νεφρικές ανεπάρκειες οφείλονται σε υπερβολική ποσότητα φωσφορικών ιόντων (φωσφόρος μαζί με τρία ή τέσσερα άτομα οξυγόνου) στο αίμα. Είναι η περίπτωση της υπερφωσφαταιμίας. Αν η κατάσταση αυτή δεν αντιμετωπιστεί καταλήγει σε δυστροφία των οστών. Μια λύση λοιπόν που έχει δοκιμαστεί έχει να κάνει με τη χρήση του λανθανίου. Διότι προσθέτοντας στην τροφή πασχόντων από αυτή τη δυσλειτουργία λανθάνιο αυτό συνδέεται τόσο ισχυρά με το φωσφορικό ιόν ώστε δημιουργεί ένα σύμπλεγμα που δεν μπορεί να απορροφηθεί στο στομάχι περνώντας στο αίμα αλλά αναγκαστικά αποβάλλεται παρασύροντας έτσι και τα ανεπιθύμητα φωσφορικά ιόντα.

Εκτός του σώματός μας το λανθάνιο μπορεί να βρεθεί και σε χωματερές είτε σαν απόβλητο της πετρελαϊκής βιομηχανίας είτε μέσα σε πεταμένες οικιακές συσκευές.

Το λανθάνιο στη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου χρησιμοποιήθηκε στον σχεδιασμό της ατομικής βόμβας.

Το οξείδιο του λανθανίου βελτιώνει την αντίσταση του γυαλιού στο αλκαλικό περιβάλλον και επειδή έχει αυξημένο δείκτη διάθλασης, άρα μικρή εστιακή απόσταση, ο φακός που κατασκευάζεται με αυτό μπορεί να είναι πιο συνεπτυγμένος. Η ανεπιθύμητη μεταβολή του δείκτη διάθλασης στα διάφορα χρώματα που συγκροτούν το λευκό οδηγεί στην προτίμηση να είναι μεγάλος ο δείκτης διάθλασης ώστε οι διαφορετικές ακτίνες να συγκεντρώνονται σε μικρή επιφάνεια και έτσι το σφάλμα της διασποράς, όπως λέγεται, να είναι περιορισμένο. Επίσης το λανθάνιο το συναντούμε πλέον στους συσσωρευτές NiMH (Νικελίου-Μέταλλο-Υδρογόνο) των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, στα υβριδικά αυτοκίνητα επίσης όπου έχει υπολογιστεί ότι ήδη κουβαλούν περίπου 10 κιλά λανθανίου.

Η ικανότητα του λανθανίου, που περιγράψαμε πριν, να προσκολλάται στις φωσφορούχες ενώσεις το κάνει χρήσιμο και στο να κρατάμε τις πισίνες καθαρές χωρίς να μεγαλώνουν εκεί μέσα διάφορα ανεπιθύμητα πράσινα φύκη. Διότι ο φωσφόρος τα θρέφει και μάλιστα τα υπερ-θρέφει οδηγώντας στον λεγόμενο ευτροφισμό.

Σαν καθαρό μέταλλο είναι τόσο μαλακό που μπορεί να το κόψεις και με το μαχαίρι και επειδή και με το χάραγμα πετάγονται σπίθες χρησιμοποιείται στις συσκευές ανάφλεξης. Γενικά όμως σε καθαρή κατάσταση δεν έχει πολλές χρήσεις. Οταν όμως αναμειγνύεται με άλλα στοιχεία τα πράγματα αλλάζουν. Μια χρήσιμη ιδιότητα του λανθανίου όταν βρεθεί μαζί με νικέλιο (LaNi5) είναι η ικανότητά του να απορροφά υδρογόνο. Ακόμη και σε μορφή σκόνης μπορεί να απορροφήσει 400 φορές τον όγκο του. Ετσι γίνεται χρήσιμο για τα λεγόμενα Στοιχεία Καυσίμου που λειτουργούν με τη βοήθεια Υδρογόνου.

Επίσης το λανθάνιο είναι βασικό συστατικό στο γυαλί ZBLAN, δηλαδή ένα κοκτέιλ από φθοριούχα άλατα του λανθανίου, του ζιρκονίου, του βαρίου, του αργιλίου και του νατρίου. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή οπτικών ινών και είναι προτιμότερο από κανονικό γυαλί διότι παρουσιάζει μικρότερες απώλειες αφού έχει πολύ μεγαλύτερη διαφάνεια. Τα σήματα που μεταδίδονται μπορεί να έχουν μήκος κύματος μεγαλύτερο από 2.000 νανόμετρα (ως και 4.000 μανόμετρα) με απώλειες μόλις 0.001dB/km.

Αλατα του λανθανίου χρησιμοποιούνται στους καταλύτες που χρησιμοποιούνται στη διύλιση του πετρελαίου διότι όταν ανεβαίνουν οι θερμοκρασίες, ενεργούν σταθεροποιητικά στους ζεόλιθους, που είναι το βασικό συστατικό των καταλυτών αυτών. Επίσης λανθάνιο υπάρχει στο γυαλί συσκευών όπως είναι οι οθόνες των τηλεοπτικών συσκευών αλλά και των λαμπτήρων φθορισμού που πετάγονται με ελαφρά τη καρδία και βαριά άγνοια στις χωματερές.