Лантан — хімічний елемент із символом La та атомним номером 57, один із рідкісноземельних елементів і перший елемент лантаноїдного ряду в періодичній системі. Це м’який, сріблясто-білий метал, який на повітрі швидко тьмяніє та легко окиснюється. Лантан має переважно ступінь окиснення +3, утворює численні солі, оксид, гідроксид, галогеніди та інші сполуки. У природі він міститься головним чином у мінералах монациті та бастнезиті. Елемент широко використовується у виробництві спеціального оптичного скла, каталізаторів, акумуляторних матеріалів, сплавів і деяких електронних та освітлювальних систем.

Назва та символ

Українська назва лантан походить від латинського lanthanum, яке, своєю чергою, пов’язане з давньогрецьким словом λανθάνω — «бути прихованим», «залишатися непоміченим». Назва відображає історію відкриття елемента: лантан тривалий час був «прихований» у сполуках церію і був виявлений під час дослідження речовин, які раніше вважалися сполуками одного елемента. 

Хімічний символ лантану — La.

Атомний номер — 57, тобто ядро нейтрального атома містить 57 протонів. У нейтральному атомі також знаходяться 57 електронів.

Відносна атомна маса природного лантану становить приблизно 138,90547. 

Положення в періодичній системі

Лантан належить до лантаноїдів — групи з 15 елементів з атомними номерами від 57 до 71. USGS визначає рідкісноземельні елементи як 15 елементів від лантану до лютецію; ітрій також традиційно включають до рідкісноземельних через його подібні хімічні та фізичні властивості. 

Лантан розташований:

• у 6-му періоді;
• у 3-й групі періодичної системи;
• у лантаноїдному ряду;
• між барієм і церієм у послідовності атомних номерів;
• перед церієм, атомний номер якого дорівнює 58.

Питання про точне віднесення лантану до f-блоку або d-блоку пов’язане з особливостями будови періодичної таблиці. Електронна конфігурація нейтрального атома лантану записується як [Xe] 5d¹6s², тому в атомі лантану після ядра ксенону є один електрон на 5d-підрівні та два на 6s-підрівні. Royal Society of Chemistry відносить лантан до лантаноїдів і зазначає саме цю електронну конфігурацію. 

Основні фізичні характеристики

За нормальних умов лантан є твердим металом. Його характерний вигляд — м’який сріблясто-білий металевий матеріал. На свіжій поверхні він має металевий блиск, але на повітрі швидко вкривається продуктами окиснення.

Основні характеристики лантану:

Властивість	Значення
Символ	La
Атомний номер	57
Відносна атомна маса	138,905
Електронна конфігурація	[Xe] 5d¹6s²
Стандартний ступінь окиснення	+3
Стан за кімнатної температури	твердий
Густина	близько 6,15 г/см³
Температура плавлення	близько 920 °C
Температура кипіння	близько 3464 °C
Електронегативність за Полінгом	близько 1,10
CAS	7439-91-0

Дані про густину, температури фазових переходів, електронну конфігурацію та атомні властивості наводить Royal Society of Chemistry. 

Атомна будова

Ядро атома лантану містить 57 протонів. Кількість нейтронів залежить від ізотопу.

Для найпоширенішого природного ізотопу ¹³⁹La кількість нейтронів становить:

$$139-57=82.$$

Електронна конфігурація лантану:

$$[\mathrm{X}\mathrm{e}]5{\mathrm{d}}^{1}6{\mathrm{s}}^2\mathrm{.}$$

Повний запис:

$$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{2}5d^1\mathrm{.}$$

Така будова пояснює схильність лантану віддавати зовнішні електрони та утворювати катіон La³⁺.

При утворенні La³⁺ атом втрачає два електрони з 6s-підрівня та один електрон із 5d-підрівня. У результаті утворюється конфігурація, близька до електронної конфігурації благородного газу ксенону:

$$\mathrm{L}{\mathrm{a}}^{3+}:[\mathrm{X}\mathrm{e}]\mathrm{.}$$

Саме стабільність La³⁺ значною мірою пояснює домінування ступеня окиснення +3 у хімії лантану.

Ступені окиснення

Для лантану характерний насамперед ступінь окиснення +3.

Іон:

$$\mathrm{L}{\mathrm{a}}^{3+}$$

є основною формою лантану в його неорганічних сполуках.

Для лантаноїдів загалом характерна перевага тривалентного стану, а лантан є одним із найтиповіших прикладів. Його сполуки La(III) включають:

• оксид La₂O₃;
• гідроксид La(OH)₃;
• хлорид LaCl₃;
• фторид LaF₃;
• нітрат La(NO₃)₃;
• сульфат La₂(SO₄)₃;
• карбонат лантану;
• численні органічні та координаційні сполуки.

Хімічна активність

Лантан є досить реакційноздатним металом. У сухому повітрі його поверхня покривається тонким шаром оксиду. У вологому середовищі окиснення відбувається активніше. За даними енциклопедичних і довідкових джерел, метал може утворювати на вологому повітрі основний карбонат змінного складу. 

При нагріванні лантан активно взаємодіє з киснем і може горіти з утворенням оксиду:

$$4La+3O_2\to 2L{a}_2{O}_3\mathrm{.}$$

Лантан також реагує з водою, кислотами та багатьма неметалами.

Взаємодія з водою

Лантан може реагувати з водою з утворенням гідроксиду:

$$2La+6H_{2}O\to 2La(OH{)}_3+3H_2\mathrm{.}$$

На практиці швидкість процесу залежить від стану поверхні металу, температури та умов середовища.

Гідроксид лантану є малорозчинною основою. Він належить до типових сполук La(III).

Взаємодія з кислотами

Лантан реагує з мінеральними кислотами з утворенням відповідних солей лантану(III) та виділенням водню.

Наприклад, із соляною кислотою:

$$2La+6HCl\to 2LaC{l}_3+3H_2\mathrm{.}$$

Утворений хлорид лантану містить La³⁺ і Cl⁻.

Подібні реакції є типовими для достатньо активних металів, здатних переходити у тривалентний катіон.

Оксид лантану

Однією з найважливіших сполук є оксид лантану(III):

$$\mathrm{L}{\mathrm{a}}_2{\mathrm{O}}_3\mathrm{.}$$

Він має велике практичне значення завдяки своїм оптичним та хімічним властивостям.

La₂O₃ використовується у виробництві спеціального оптичного скла. Додавання лантану дозволяє змінювати показник заломлення та інші оптичні характеристики скла, а також підвищувати його стійкість до дії лугів. 

Особливо важливе використання лантановмісного скла в оптичних системах і деяких типах фотооб’єктивів.

Лантанове оптичне скло

Одне з найбільш відомих застосувань лантану пов’язане з виробництвом спеціального оптичного скла.

Лантанвмісні скляні матеріали можуть мати високий показник заломлення та сприятливі дисперсійні характеристики. Це дозволяє створювати оптичні елементи з необхідними властивостями, зокрема лінзи для фотоапаратів та інших оптичних приладів. Royal Society of Chemistry прямо зазначає використання лантану в склі для деяких камерних об’єктивів для покращення чіткості зображення. 

Лантан також використовується у спеціальних скляних композиціях, де необхідні:

• високий показник заломлення;
• контроль дисперсії;
• хороша прозорість;
• хімічна стійкість;
• певні механічні властивості.

USGS зазначає, що рідкісноземельні елементи загалом мають важливе значення для скляної промисловості, де їх використовують як добавки, що забезпечують спеціальні оптичні властивості, а також у процесах обробки та полірування скла. 

Лантан у каталізі

Важливою сферою застосування сполук лантану є каталіз.

Солі та інші сполуки лантану використовуються в каталізаторах, зокрема в нафтопереробній промисловості. 

Каталізатори на основі рідкісноземельних елементів можуть застосовуватися для перетворення вуглеводнів, зокрема під час переробки нафтової сировини.

Лантан може входити до складу складних каталізаторних систем разом з іншими рідкісноземельними елементами.

Мішметал

Одним із традиційних застосувань лантану є виробництво мішметалу (mischmetal) — сплаву, що містить суміш рідкісноземельних елементів, переважно легших лантаноїдів.

За даними Royal Society of Chemistry, лантан може становити близько 20 % мішметалу. Найвідоміше застосування такого сплаву — виготовлення «кременів» для запальничок. 

Під час механічного тертя або удару матеріал легко утворює гарячі іскри, що використовуються для займання палива.

Лантан-нікелеві сплави

Лантан утворює сплави з нікелем, важливі для технологій накопичення водню.

Особливий інтерес становлять матеріали типу LaNi₅, здатні поглинати водень і утворювати гідридні фази.

Здатність таких матеріалів оборотно поглинати та виділяти водень зробила їх важливими для досліджень і практичного використання у водневих технологіях.

Royal Society of Chemistry зазначає, що лантан-нікелеві сплави використовуються для зберігання водню, а лантан також є компонентом матеріалів негативного електрода нікель-металгідридних акумуляторів. 

Нікель-металгідридні акумулятори

Лантановмісні сплави тривалий час мали велике значення для нікель-металгідридних (NiMH) акумуляторів.

У таких акумуляторах матеріал негативного електрода здатний оборотно поглинати водень. Лантан може входити до складу так званих AB₅-типів сплавів, де роль основного компонента виконує рідкісноземельна суміш, а інший компонент представлений перехідними металами.

NiMH-батареї широко використовувалися в портативній електроніці, а також у гібридних автомобілях. Royal Society of Chemistry прямо зазначає наявність лантану в анодах NiMH-батарей, застосовуваних у гібридних автомобілях. 

Природна поширеність

Попри назву «рідкісноземельні», лантан не є надзвичайно рідкісним елементом у геологічному сенсі.

USGS зазначає, що рідкісноземельні елементи загалом не є рідкісними за середнім вмістом у земній корі; проблема полягає насамперед у тому, що економічно придатні концентровані родовища зустрічаються значно рідше. 

За оцінкою USGS, середній вміст лантану у верхній континентальній корі становить близько 31 мг/кг. UUSGS Publications

Лантан присутній у невеликих концентраціях у багатьох поширених мінералах, включаючи польові шпати та піроксени. Значно вищі концентрації можуть бути в деяких акцесорних мінералах — передусім у фосфатах та мінералах, збагачених рідкісноземельними елементами. UUSGS Publications

Основні мінерали лантану

Промислово важливими джерелами лантану є насамперед:

• монацит;
• бастнезит.

Royal Society of Chemistry зазначає, що монацит може містити близько 25 % лантану, а бастнезит — близько 38 % у відповідних лантанових концентраціях, хоча фактичний склад природних мінералів змінюється залежно від родовища. 

Монацит є фосфатним мінералом рідкісноземельних елементів, тоді як бастнезит належить до фторкарбонатів.

Іншими мінералами, що можуть містити лантан, є апатит, аланіт та деякі цирконосилікатні й інші мінеральні фази. UUSGS Publications

Розподіл лантану в природі

Лантан за геохімічними властивостями близький до інших легких лантаноїдів, особливо церію, празеодиму та неодиму.

Через подібність іонних радіусів та переважний ступінь окиснення +3 ці елементи часто знаходяться разом у природних мінералах.

Це створює основну технологічну проблему: добування лантану з руди є відносно простим порівняно з його відділенням від інших рідкісноземельних елементів.

Саме тому промислове виробництво лантану зазвичай є частиною комплексної переробки рідкісноземельної сировини.

Історія відкриття лантану

Лантан відкрив шведський хімік Карл Густав Мосандер у січні 1839 року в Каролінському інституті у Стокгольмі. На той час уже був відомий церій, відкритий 1803 року, однак речовина, яку вважали відносно чистим оксидом церію, насправді містила домішку невідомого елемента. Мосандер виявив, що частина зразка поводиться інакше, ніж очікувалося: після відповідної хімічної обробки він отримав речовину, яку інтерпретував як оксид нового металу. Саме цей елемент отримав назву лантан.

Назва походить від давньогрецького lanthanō — «бути прихованим», «залишатися непоміченим». Вона була особливо доречною, оскільки лантан фактично був «схований» у церієвих мінералах і сполуках.

Того самого року студент Мосандера Аксель Ердманн незалежно виявив лантан у новому мінералі з острова Ловен у норвезькому фіорді. Це стало додатковим підтвердженням існування нового елемента.

Історія відкриття лантану виявила одну з головних проблем ранньої хімії рідкісноземельних елементів: їхні властивості настільки схожі, що навіть висококваліфікованим ученим було надзвичайно складно розділяти їх.

Проблема «рідкісних земель»

У XIX столітті хіміки поступово відкривали цілу групу елементів, які сьогодні називають лантаноїдами або рідкісноземельними елементами.

Вони мають дуже подібні хімічні властивості, оскільки переважно утворюють тривалентні йони. Через це їхні мінерали часто містять одночасно кілька споріднених елементів.

Після виділення лантану Мосандер виявив у тому самому матеріалі ще одну речовину, яку назвав дімідієм. Пізніше з’ясувалося, що дімідій не був окремим елементом: у 1885 році його розділили на празеодим і неодим.

Ця історія стала характерною для всієї хімії рідкісноземельних елементів XIX століття. Вчені неодноразово оголошували про відкриття нових елементів, які пізніше виявлялися сумішами вже відомих елементів.

Отримання металевого лантану

Відкриття лантану як хімічного елемента відбулося задовго до отримання його в достатньо чистому металевому стані.

Лантан дуже реакційноздатний, тому його неможливо просто виділити з оксиду звичайним нагріванням із вугіллям так, як деякі менш активні метали.

Чистий металевий лантан був отриманий лише у 1923 році. Royal Society of Chemistry зазначає, що саме цього року було вперше отримано метал у чистому стані. (periodic-table.rsc.org)

Сучасний промисловий процес зазвичай передбачає попереднє відділення лантану від інших рідкісноземельних елементів, отримання відповідної безводної сполуки та її відновлення.

Видобування лантану

Лантан не видобувають як звичайну металеву руду, що складається переважно з одного елемента. Він є складовою частиною комплексних рідкісноземельних руд.

Основні промислові джерела — монацит і бастнезит. За даними Royal Society of Chemistry, ці мінерали можуть містити значну кількість лантану, хоча фактичний склад залежить від конкретного родовища. (periodic-table.rsc.org)

USGS розглядає лантан у контексті групи рідкісноземельних елементів. До важливих рудних мінералів цієї групи належать бастнезит, монацит та інші мінерали, з яких вилучають суміш рідкісноземельних компонентів.

Монацит

Монацит — фосфатний мінерал, який може містити церій, лантан, неодим та інші рідкісноземельні елементи.

У природі монацит часто зустрічається в магматичних і метаморфічних породах, а також у розсипних родовищах.

Його промислова цінність полягає не лише у вмісті лантану. Монацит є джерелом комплексної суміші рідкісноземельних елементів.

Історично важливою проблемою під час переробки монациту була також наявність торію, оскільки деякі різновиди мінералу містять значні кількості цього радіоактивного елемента. Тому технологія переробки повинна враховувати поводження з радіоактивними компонентами.

Бастнезит

Бастнезит — група фторкарбонатних мінералів рідкісноземельних елементів.

Бастнезитові родовища мають особливе значення для світової промисловості рідкісноземельних елементів. У них можуть концентруватися легкі лантаноїди — церій, лантан, неодим і празеодим.

У процесі переробки бастнезиту отримують концентрат, після чого рідкісноземельні елементи переводять у розчин і розділяють за допомогою хімічних та фізико-хімічних методів.

Розділення лантану від інших лантаноїдів

Найскладніша частина виробництва лантану — не отримання самого рідкісноземельного концентрату, а розділення окремих елементів.

Лантан, церій, празеодим і неодим мають дуже подібні властивості. Усі вони переважно перебувають у ступені окиснення +3 і утворюють схожі солі.

Традиційним методом було багаторазове фракційне кристалювання. Воно дозволяло поступово концентрувати різні компоненти, але вимагало великої кількості операцій.

Сучасна промисловість використовує переважно:

• іонний обмін;
• екстракцію органічними розчинниками;
• селективне осадження;
• контроль окисно-відновних умов;
• комбінації кількох методів.

Royal Society of Chemistry прямо зазначає використання іонно-обмінних та екстракційних технологій для відділення рідкісноземельних елементів від мінеральної сировини.

Отримання металевого лантану

Після виділення лантану у вигляді очищеної сполуки необхідно перетворити її на метал.

Один із промислових способів полягає в отриманні безводного фториду лантану та його відновленні кальцієм:

$$2La{F}_3+3Ca\to 2La+3Ca{F}_2\mathrm{.}$$

У результаті утворюється металевий лантан, а кальцій зв’язується у фторид кальцію.

Royal Society of Chemistry зазначає саме відновлення безводного фториду кальцієм як спосіб отримання металевого лантану. (periodic-table.rsc.org)

Метал після відновлення може потребувати додаткового очищення залежно від необхідної чистоти.

Хімічні властивості лантану

Лантан належить до найбільш реакційноздатних рідкісноземельних металів. Він легко вступає в реакції з неметалами та багатьма реагентами.

PubChem, узагальнюючи дані Los Alamos National Laboratory, характеризує лантан як сріблясто-білий, ковкий і пластичний метал, який швидко окиснюється на повітрі. Холодна вода реагує з ним повільно, тоді як гаряча — значно швидше. Метал також безпосередньо взаємодіє з вуглецем, азотом, бором, селеном, кремнієм, фосфором, сіркою та галогенами.

Для лантану характерна висока спорідненість до кисню. Саме тому порошок або тонкі шматки металу потребують обережного поводження.

Алотропні перетворення

Лантан може існувати в різних кристалічних модифікаціях залежно від температури.

За даними Los Alamos National Laboratory, при температурі близько 310 °C лантан переходить від гексагональної структури до гранецентрованої кубічної, а приблизно при 865 °C відбувається наступне структурне перетворення до об’ємноцентрованої кубічної структури.

Ці перетворення мають значення для фізичних властивостей металу, зокрема його механічної поведінки та взаємодії з іншими елементами.

Сполуки лантану

Хімія лантану значною мірою є хімією La(III).

До найважливіших неорганічних сполук належать:

• оксид лантану(III) — La₂O₃;
• гідроксид лантану(III) — La(OH)₃;
• хлорид лантану(III) — LaCl₃;
• фторид лантану(III) — LaF₃;
• бромід лантану(III) — LaBr₃;
• йодид лантану(III) — LaI₃;
• нітрат лантану(III) — La(NO₃)₃;
• сульфат лантану(III) — La₂(SO₄)₃;
• карбонат лантану — La₂(CO₃)₃.

Лантан також утворює численні комплексні сполуки з органічними лігандами.

Гідроксид лантану

Гідроксид:

$$La(OH{)}_3$$

є основною сполукою La(III).

Він утворюється під час взаємодії солей лантану з лугами:

$$L{a}^{3+}+3O{H}^{-}\to La(OH{)}_3\downarrow \mathrm{.}$$

Це малорозчинний гідроксид, який може взаємодіяти з кислотами з утворенням солей.

Хімічна поведінка гідроксиду лантану значною мірою визначається великою спорідненістю La³⁺ до кисневмісних лігандів.

Галогеніди

Лантан утворює сполуки з усіма стабільними галогенами.

Наприклад:

$$2La+3C{l}_2\to 2LaC{l}_3\mathrm{.}$$

Хлорид лантану(III) — важлива вихідна речовина для отримання інших сполук і для хімічних досліджень.

Фторид лантану(III) є особливо важливим у металургійних технологіях, оскільки його використовують як проміжну сполуку під час отримання металевого лантану.

Карбонат лантану

Карбонат лантану:

$$L{a}_2(C{O}_3{)}_3$$

має особливе значення в медицині. Його фармацевтичні форми використовують як зв’язувач фосфатів у пацієнтів із хронічною хворобою нирок та гіперфосфатемією.

Після потрапляння солі до кислого середовища шлунково-кишкового тракту вона вивільняє йони лантану. Вони зв’язують фосфат у малорозчинні сполуки, завдяки чому зменшується всмоктування фосфору з їжі. PubChem описує саме цей механізм дії лантанових солей.

Це один із небагатьох випадків, коли сполука лантану широко застосовується безпосередньо в медицині.

Лантан у медицині

Важливо розрізняти металевий лантан і його конкретні фармацевтичні сполуки.

Лантан не є необхідним мікроелементом для людини. Royal Society of Chemistry зазначає, що він не має відомої біологічної ролі. Водночас деякі сполуки лантану мають медичне застосування. (periodic-table.rsc.org)

Найважливішим прикладом є карбонат лантану, який використовується для зв’язування фосфатів у кишечнику.

Іони La³⁺ також використовуються в біологічних дослідженнях як експериментальний інструмент для вивчення процесів, пов’язаних із кальцієм.

Лантан як аналог кальцію

Іон La³⁺ за деякими хімічними властивостями може взаємодіяти з системами, де бере участь Ca²⁺. Через це лантанові йони використовуються в лабораторній біології та фізіології як інструмент для дослідження кальцієвих каналів, мембранного транспорту та інших процесів.

Це не означає, що лантан виконує в організмі функції кальцію. Його застосування тут переважно експериментальне.

Біологічна роль

На відміну від кальцію, магнію, заліза, цинку та інших необхідних елементів, лантан не має встановленої фізіологічної функції в організмі людини.

Це принципова характеристика елемента:

лантан — біологічно неесенціальний елемент.

Його присутність у тканинах не потрібна для нормального функціонування організму.

Токсичність

Лантан та його сполуки не слід вважати біологічно нешкідливими лише через відсутність необхідної фізіологічної функції.

PubChem наводить оцінки, згідно з якими лантан і його сполуки мають низьку або помірну гостру токсичність, а характер небезпеки залежить від конкретної сполуки, форми та шляху надходження.

Особливу увагу необхідно приділяти промисловому пилу та реакційноздатному металу.

Деякі бази токсикологічних даних містять інформацію про можливий фіброгенний вплив окремих сполук або форм лантану. Водночас токсикологічні характеристики конкретної речовини не можна автоматично переносити на всі сполуки елемента.

Поводження з металевим лантаном

Через високу реакційноздатність металевого лантану необхідно уникати його контакту з небажаними окисниками та вологою.

Подрібнений або порошкоподібний метал є значно реакційноздатнішим за масивний шматок. Він може активно взаємодіяти з киснем і водою.

PubChem зазначає, що лантан швидко окиснюється на повітрі та реагує з водою, причому реакція прискорюється при нагріванні.

Тому в лабораторній практиці чистий метал зберігають в умовах, які обмежують його контакт із повітрям і вологою.

Ізотопний склад

Природний лантан складається переважно з двох ізотопів:

$${}^{138}La$$

та

$${}^{139}La\mathrm{.}$$

За сучасними даними NIST, стандартна атомна маса лантану становить 138,90547, а природна ізотопна частка ^138La — близько 0,08881 %, тоді як ^139La становить близько 99,91119 %.

Отже, практично весь природний лантан — це ^139La.

Лантан-139

¹³⁹La є найпоширенішим природним ізотопом лантану. Він становить понад 99,9 % природного елемента. NIST наводить для нього атомну масу близько 138,9063563 u.

Цей ізотоп вважається стабільним у практичному сенсі.

Лантан-138

¹³⁸La є надзвичайно рідкісним природним радіоактивним ізотопом.

Його природна частка становить близько 0,089 %, а період напіврозпаду — приблизно 1,06 × 10¹¹ років.

Це настільки великий період напіврозпаду, що радіоактивність природного лантану надзвичайно слабка.

¹³⁸La має складний характер радіоактивного розпаду: він може розпадатися з утворенням ¹³⁸Ce та ¹³⁸Ba різними каналами. Ця особливість робить ізотоп цікавим не тільки для ядерної фізики, а й для геохімії.

Ізотопи в геохронології

Система ¹³⁸La–¹³⁸Ba має геохімічне значення. Оскільки ¹³⁸La дуже повільно розпадається, накопичення дочірніх ізотопів може використовуватися для вивчення віку та історії деяких гірських порід і мінералів.

PubChem також зазначає використання ізотопних співвідношень, пов’язаних із ¹³⁸La, ¹³⁸Ce та ¹³⁸Ba, у геохронології та геохімічних дослідженнях.

Таким чином, навіть надзвичайно рідкісний ізотоп лантану має наукове значення.

Промислове значення лантану

Лантан не належить до металів, які використовуються переважно у вигляді чистого металу. Основна частина його промислового значення пов’язана з оксидом, солями та сплавами лантану, а також із сумішами рідкісноземельних елементів. Royal Society of Chemistry зазначає, що сам металевий лантан не має значного комерційного застосування, тоді як його сплави та сполуки використовуються у багатьох галузях. (periodic-table.rsc.org)

У 2025 році USGS включила лантан до американського переліку критичних мінералів. Серед основних сфер його використання USGS називає хімічні каталізатори, металургію та батареї. Рідкісноземельні елементи загалом також застосовуються у склі, кераміці, полірувальних матеріалах та інших технологіях.

Оптичне скло

Одним із найвідоміших застосувань лантану є виробництво спеціального оптичного скла.

Основною речовиною тут є оксид лантану:

$$L{a}_2{O}_3\mathrm{.}$$

Його додають до скляних композицій для зміни показника заломлення та дисперсійних характеристик. Особливо важливо те, що лантанове скло може забезпечувати високий показник заломлення без такого значного збільшення дисперсії, яке було характерним для деяких традиційних високозаломлювальних скляних матеріалів.

Це дозволяє створювати оптичні системи з високою якістю зображення.

Royal Society of Chemistry прямо вказує, що оксид лантану застосовується у виробництві спеціального оптичного скла, оскільки покращує його оптичні властивості та стійкість до лугів.

Фотооб’єктиви

Лантановмісне скло використовується у виробництві лінз фотоапаратів.

Додавання сполук лантану дає змогу конструювати оптичні елементи з потрібним поєднанням:

• показника заломлення;
• дисперсії;
• прозорості;
• хімічної стійкості;
• механічної стабільності.

Високий показник заломлення дозволяє за певних конструктивних умов отримувати необхідну оптичну силу лінзи при меншій геометричній товщині або використовувати меншу кількість оптичних елементів для досягнення заданої корекції аберацій.

Саме тому лантан став важливим компонентом спеціального оптичного скла для фотографічної та іншої точної оптики. (Застосування лантанового скла не обмежується фотоапаратами. Спеціальні оптичні композиції можуть використовуватися в об’єктивах, біноклях, телескопах, мікроскопах та інших системах, де необхідний контроль показника заломлення.

Телескопи та інша оптика

Застосування лантанового скла не обмежується фотоапаратами. Спеціальні оптичні композиції можуть використовуватися в об’єктивах, біноклях, телескопах, мікроскопах та інших системах, де необхідний контроль показника заломлення й дисперсії.

USGS відносить скляну промисловість до основних споживачів сировини рідкісноземельних елементів. Рідкісноземельні добавки використовують для надання склу спеціальних оптичних властивостей, а також у процесах полірування.

Каталізатори нафтопереробки

Інша важлива сфера — каталіз у нафтопереробній промисловості.

Сполуки лантану використовуються як компоненти каталізаторів для переробки нафтової сировини. USGS зазначає, що каталізатори на основі лантану застосовуються в нафтовій промисловості.

Особливе значення мають каталізатори процесів, де великі молекули вуглеводнів перетворюються на більш цінні легші продукти.

Рідкісноземельні компоненти можуть змінювати кислотність, стабільність та каталітичну активність матеріалів. Лантан також використовується для стабілізації деяких каталізаторних систем.

Каталітичний крекінг

Одним із головних процесів нафтопереробки є каталітичний крекінг, під час якого важкі вуглеводні розщеплюються на молекули меншої молекулярної маси.

У промислових каталізаторах крекінгу рідкісноземельні компоненти можуть підвищувати стабільність і змінювати властивості цеолітних матеріалів.

Лантан особливо цікавий через здатність утворювати стабільні La³⁺-вмісні структури та взаємодіяти з кисневими центрами каталізатора.

Водночас роль лантану не слід ототожнювати з роллю всіх рідкісноземельних елементів: конкретний склад промислового каталізатора залежить від технології та необхідних характеристик.

Батареї

Лантан має історично важливе значення для нікель-металгідридних акумуляторів (NiMH).

У таких акумуляторах негативний електрод містить водень-сорбуючий металевий сплав. Для багатьох традиційних матеріалів використовувалися сплави типу AB₅, де компонент A складається з рідкісноземельних елементів, а компонент B — переважно з перехідних металів.

Типовим представником є лантан-нікелевий сплав:

$$LaN{i}_5\mathrm{.}$$

Він може оборотно поглинати значну кількість водню з утворенням гідридної фази.

USGS зазначає, що NiMH-акумулятори використовують аноди на основі лантанових сплавів.

Лантан і гібридні автомобілі

NiMH-акумулятори отримали широке практичне застосування, зокрема у гібридних автомобілях.

Royal Society of Chemistry зазначає, що лантан присутній в анодному матеріалі NiMH-батарей, які використовувалися в гібридних автомобілях.

Принцип роботи полягає в оборотному поглинанні водню металевим сплавом.

Під час заряджання водень переходить у металеву гідридну фазу, а під час розряджання вивільняється і бере участь в електрохімічному процесі.

Лантанові сплави мали перевагу завдяки хорошій здатності до поглинання водню та можливості багаторазового циклічного використання.

Лантан і водень

Здатність лантанових сплавів поглинати водень має значення не тільки для акумуляторів.

Сплави на основі La–Ni досліджувалися як матеріали для зберігання водню. Royal Society of Chemistry прямо вказує на використання лантан-нікелевих сплавів для зберігання водню.

Матеріали типу LaNi₅ можуть поглинати водень при відносно помірних температурах і тисках та оборотно його виділяти.

Ця властивість робить їх цікавими для:

• дослідження водневих гідридів;
• електрохімічних систем;
• накопичення водню;
• термохімічних процесів;
• фундаментальних досліджень взаємодії металів із воднем.

Мішметал

Мішметал — традиційний сплав рідкісноземельних металів, назва якого походить від німецького Mischmetall — «змішаний метал».

Лантан є одним із його важливих компонентів. Royal Society of Chemistry вказує, що лантан становить приблизно 20 % мішметалу, хоча фактичний склад залежить від джерела сировини.

Найвідоміше застосування мішметалу — іскроутворювальні елементи.

При терті такого матеріалу невеликі частинки сплаву відриваються від поверхні й швидко окиснюються, виділяючи значну кількість тепла. Утворюються яскраві гарячі іскри.

Запальнички

Мішметал традиційно застосовують у «кременях» запальничок.

Саме тут лантан опосередковано присутній у широко відомому побутовому виробі.

Водночас у сучасних матеріалах склад мішметалу може істотно відрізнятися від класичних композицій, а частка лантану залежить від конкретної технології.

Освітлення

Сполуки лантану використовувалися в газорозжарювальних сітках та інших системах освітлення.

Особливо відомим є використання рідкісноземельних сполук у вугільно-дугових лампах.

USGS зазначає, що лантан використовувався у виробництві вугільних дугових ламп, зокрема для кіноіндустрії. (pubs.usgs.gov)

Royal Society of Chemistry також зазначає застосування лантановмісних рідкісноземельних сполук у вугільному освітленні — наприклад, у студійному освітленні та кінопроєкції. Вони підвищують яскравість і можуть формувати спектр випромінювання, близький до сонячного. (periodic-table.rsc.org)

Із розвитком світлодіодів та інших сучасних джерел світла роль традиційних дугових ламп істотно скоротилася.

Металургія

Лантан може використовуватися як легувальна добавка.

Невеликі кількості рідкісноземельних металів можуть змінювати структуру металевих матеріалів, очищувати розплав від певних домішок та впливати на включення.

Лантан застосовується у спеціальних сплавах на основі заліза, сталі та інших металів. Royal Society of Chemistry зазначає його використання як добавки до металів, зокрема для покращення властивостей деяких матеріалів.

Вольфрамові електроди

Лантан може використовуватися як добавка до вольфрамових електродів.

Лантановані вольфрамові електроди застосовують у дуговому зварюванні. Добавка оксиду лантану змінює електронно-емісійні властивості вольфраму та може полегшувати запалювання й стабілізацію дуги.

Такі електроди є одним із прикладів того, як дуже мала добавка рідкісноземельної речовини може істотно змінити експлуатаційні характеристики металу.

Сплави та матеріали для високих температур

Лантан використовується у спеціальних металевих і керамічних матеріалах, де необхідно контролювати:

• міцність;
• термостійкість;
• структуру зерна;
• окиснюваність;
• електронну емісію;
• поведінку матеріалу при високій температурі.

USGS включає лантан до критичних мінералів саме серед матеріалів, які мають застосування в металургії.

Кераміка

Сполуки лантану застосовують у спеціальній технічній кераміці.

La₂O₃ та інші лантановмісні компоненти можуть змінювати структуру керамічних матеріалів, їхню діелектричну поведінку, термічну стабільність і взаємодію з іншими фазами.

USGS відносить кераміку до важливих напрямів застосування рідкісноземельних елементів, а в попередніх переліках критичних мінералів прямо зазначалося використання лантану для виробництва кераміки.

Електронні матеріали

Лантановмісні оксиди та складні оксидні матеріали використовуються в дослідницьких і промислових технологіях електронних та функціональних матеріалів.

Особливий інтерес становлять матеріали, в яких La³⁺ заміщує інші катіони у кристалічній структурі. Така заміна дозволяє змінювати:

• діелектричну проникність;
• провідність;
• фазові переходи;
• магнітні характеристики;
• оптичні властивості.

Тому лантан присутній у різних складних оксидних системах, хоча далеко не всі вони мають масштабне комерційне застосування.

Сцинтилятори

Деякі сполуки лантану мають властивості сцинтиляторів — матеріалів, що перетворюють енергію іонізуючого випромінювання на світловий сигнал.

Відомим прикладом є LaBr₃:Ce — бромід лантану, легований церієм.

Такі матеріали використовуються в детекторах гамма-випромінювання та спектрометричних системах завдяки хорошій енергетичній роздільній здатності й швидкому сцинтиляційному відгуку.

Іншим лантановмісним сцинтиляційним матеріалом є LaCl₃:Ce.

Слід відрізняти ці матеріали від звичайних лантанових солей: їхні спеціальні сцинтиляційні характеристики виникають у конкретних кристалічних структурах і часто залежать від легування активаторами.

Ядерні та радіологічні дослідження

Лантан має низку радіоактивних ізотопів, які можуть отримуватися штучно.

Деякі з них використовувалися в наукових дослідженнях та експериментальній медицині.

Royal Society of Chemistry зазначає, що радіоактивний лантан досліджувався для застосування в лікуванні раку.

Однак це не означає, що лантанова радіотерапія є звичайним сучасним методом лікування. Основне клінічне застосування стабільного лантану сьогодні пов’язане з фармацевтичними сполуками, передусім із фосфатзв’язувальними препаратами.

Лантан у хімічному аналізі

Йони La³⁺ використовуються в лабораторній хімії як реагенти та компоненти різних аналітичних систем.

Завдяки своїй здатності утворювати малорозчинні сполуки з деякими аніонами лантан може застосовуватися для осадження або розділення певних речовин.

Особливе значення мають реакції з фосфатами.

Утворення малорозчинних фосфатів лантану є одним із проявів високої спорідненості La³⁺ до фосфат-іона.

Лантан і фосфати у водоймах

Ця властивість використовується не лише в медицині.

Солі лантану можуть зв’язувати фосфат, зменшуючи його біологічну доступність.

Фосфор є важливим поживним елементом для водоростей. Його надлишок у водоймах може сприяти евтрофікації, тобто надмірному росту водоростей і ціанобактерій.

Лантанові матеріали, зокрема модифіковані сорбенти, досліджувалися та застосовувалися для вилучення фосфатів із води.

Водночас екологічна доцільність такого використання залежить від дозування, хімічного складу водойми та поводження з утвореним осадом.

Фармацевтичне застосування

Найважливішим медичним застосуванням лантану є карбонат лантану.

Він використовується як фосфатзв’язувальний препарат у пацієнтів із хронічною хворобою нирок та гіперфосфатемією.

Механізм принципово відрізняється від дії системних препаратів: лантан працює переважно в просвіті шлунково-кишкового тракту, зв’язуючи фосфат із їжі.

У кислому середовищі шлунка карбонат лантану переходить у форму, з якої вивільняються йони La³⁺. Вони взаємодіють із фосфатом, утворюючи малорозчинні сполуки, що зменшує всмоктування фосфоруХоча лантан належить до однієї групи з неодимом, празеодимом, церієм та іншими лантаноїдами, його економіч.

Відмінність лантану від інших рідкісноземельних елементів

Хоча лантан належить до однієї групи з неодимом, празеодимом, церієм та іншими лантаноїдами, його економічна роль істотно відрізняється від ролі, наприклад, неодиму.

Неодим і празеодим мають надзвичайно велике значення для постійних магнітів, тоді як основними сферами лантану є:

• каталіз;
• скло;
• акумулятори;
• металургія;
• спеціальні матеріали.

USGS у своєму переліку критичних мінералів 2025 року саме ці напрямки називає серед ключових сфер застосування лантану.

Лантан і критичні мінерали

Статус критичного мінералу не означає, що лантан фізично є рідкісним у земній корі.

USGS наголошує, що рідкісноземельні елементи загалом не є особливо рідкісними за середньою концентрацією в земній корі. Проблема полягає у наявності економічно придатних родовищ, складності розділення елементів і концентрації потужностей переробки. (usgs.gov)

Критичність визначається поєднанням економічної важливості та ризику постачання.

Світовий ринок рідкісноземельних елементів

Лантан зазвичай видобувається не ізольовано, а разом із іншими рідкісноземельними елементами.

Це означає, що світова пропозиція лантану значною мірою залежить від попиту на інші компоненти рідкісноземельної сировини.

Особливо важливою є переробка бастнезиту та монациту, де лантан утворює суміші з церієм, неодимом та іншими елементами.

USGS зазначає, що Китай протягом тривалого часу відігравав домінуючу роль у світовому виробництві та переробці рідкісноземельних елементів. )

Дані USGS за 2025 рік

За Mineral Commodity Summaries 2026, у США в 2025 році було вироблено приблизно 51 000 т REO у мінеральних концентратах. При цьому USGS зазначає, що провідним внутрішнім кінцевим застосуванням рідкісноземельної сировини були каталізатори, тоді як глобально провідним застосуванням були магніти. Інші напрямки включали батареї, кераміку та скло, металургійні застосування, сплави й полірування.

Ці цифри стосуються рідкісноземельних елементів загалом у перерахунку на REO, а не безпосередньо виробництва лантану. Це важливе уточнення: статистика світової торгівлі часто об’єднує лантан із церієм та іншими рідкісноземельними елементами.

Ціна лантану

За даними USGS для американського ринку, середня ціна оксиду лантану з чистотою не менше 99,5 % у 2025 році становила приблизно 1,00 долара США за кілограм, проти 0,97 дол./кг у 2024 році.

Це показує важливу особливість лантану: хоча він технологічно важливий, його оксид може бути значно дешевшим за високовартісні рідкісноземельні матеріали на основі неодиму, празеодиму або деяких важчих лантаноїдів.

Водночас низька ціна не означає відсутність стратегічного значення. Критичність визначається не тільки ціною, а й можливістю забезпечити стабільне постачання.

Перероблення та вторинне використання

Перероблення рідкісноземельних елементів залишається складною технологічною проблемою.

USGS зазначає, що історично рідкісноземельні елементи перероблялися у відносно невеликих масштабах. Потенціал вторинного використання існує, але економічна доцільність залежить від концентрації елементів у відпрацьованому матеріалі, вартості збору, складності розділення та цін на первинну сировину.

Для лантану перспективними джерелами вторинної сировини можуть бути:

• NiMH-акумулятори;
• промислові каталізатори;
• оптичне скло;
• спеціальні сплави;
• інші лантановмісні технологічні матеріали.

Однак економіка перероблення лантану відрізняється від перероблення дорогих рідкісноземельних металів, оскільки вартість самого La₂O₃ відносно невисока.

Екологічні проблеми видобування

Основні екологічні ризики пов’язані не з самим фактом наявності лантану, а з видобуванням і хімічним переробленням рідкісноземельних руд.

Руди містять суміш багатьох елементів, тому для отримання очищеного лантану необхідні:

• подрібнення;
• збагачення;
• кислотне або лужне розкладання;
• вилуговування;
• екстракція;
• осадження;
• багатоетапне розділення.

У монацитовій сировині додатковою проблемою може бути торій. При переробленні необхідно забезпечувати належне поводження з відходами, які можуть мати підвищену радіоактивність.

Сучасні дослідження ланцюгів постачання рідкісноземельних елементів окремо наголошують на потенційно токсичних відходах, що виникають під час очищення та розділення. (books.rsc.org)

Значення лантану для сучасної економіки

Лантан не є «головним» металом сучасної високотехнологічної економіки на зразок кремнію, міді або літію. Проте його значення полягає в тому, що він забезпечує спеціальні властивості матеріалів, які важко отримати іншими добавками.

Найважливіші напрями можна узагальнити так:

• оптика — високозаломлювальне спеціальне скло;
• нафтопереробка — каталізатори;
• акумулятори — матеріали NiMH;
• водневі технології — La–Ni сплави;
• металургія — спеціальні сплави та модифікатори;
• зварювання — лантановані вольфрамові електроди;
• освітлення — рідкісноземельні матеріали для спеціальних джерел світла;
• медицина — карбонат лантану;
• екологічні технології — зв’язування фосфатів;
• детектування випромінювання — лантановмісні сцинтилятори;
• кераміка та функціональні матеріали — спеціальні оксидні системи.

Таким чином, лантан є типовим представником рідкісноземельних елементів, економічне значення яких визначається не масовим використанням, а здатністю надавати матеріалам специфічні фізичні та хімічні властивості.

Промислове значення лантану

Лантан має значне промислове значення завдяки поєднанню оптичних, хімічних, електрохімічних і металургійних властивостей. У сучасних класифікаціях він належить до критично важливих мінералів США: у фінальному переліку критичних мінералів 2025 року USGS зазначає для лантану такі основні сфери застосування, як батареї, каталізатори, кераміка, скло та металургія. 

Лантан не є найважливішим елементом у всіх технологіях рідкісноземельної групи. Наприклад, у виробництві найпотужніших постійних магнітів головну роль відіграють неодим, празеодим і диспрозій. Натомість лантан особливо важливий у NiMH-акумуляторах, нафтопереробних каталізаторах, спеціальному склі та деяких металевих сплавах. USGS також прямо відносить його до рідкісноземельних елементів, що мають широке промислове та технологічне застосування. 

Оптичне скло

Одне з найвідоміших застосувань лантану — виробництво спеціального оптичного скла.

Оксид лантану La₂O₃ є ефективною добавкою до скляних композицій. Він змінює показник заломлення, дисперсійні характеристики та хімічну стійкість скла. USGS зазначає, що оксид лантану використовується для виготовлення спеціального оптичного скла, оскільки покращує оптичні характеристики та стійкість скла до лугів. UUSGS Publications

Високий показник заломлення лантановмісного скла дозволяє створювати оптичні елементи, які забезпечують необхідне заломлення світла при порівняно компактних геометричних розмірах.

Особливо важливим це стало для складних багатолінзових оптичних систем.

Лантанове оптичне скло може використовуватися у:

• фотооб’єктивах;
• телескопах;
• мікроскопах;
• біноклях;
• далекомірах;
• приладах нічного бачення;
• промислових оптичних системах;
• спеціальних лазерних та фотонних пристроях.

Royal Society of Chemistry окремо зазначає використання лантану в склі для деяких об’єктивів камер, де він допомагає покращувати чіткість зображення. UUSGS Publications

Лантан у фотографічній оптиці

Використання лантану в об’єктивах пов’язане не просто з тим, що він «покращує скло». Його добавки дозволяють інженерам отримувати певне поєднання показника заломлення та дисперсії.

У складній оптичній системі це дає змогу краще коригувати аберації.

Об’єктив фотоапарата може складатися з багатьох окремих лінз, кожна з яких має певну оптичну функцію. Використання різних типів скла дозволяє конструктору одночасно контролювати:

• сферичну аберацію;
• хроматичну аберацію;
• кому;
• астигматизм;
• дисторсію;
• кривизну поля.

Тому лантан фактично є одним із матеріалів, які дозволяють створювати високоякісні оптичні системи.

Каталізатори нафтопереробки

Друга фундаментальна сфера використання лантану — каталіз.

USGS зазначає, що лантановмісні каталізатори використовуються в нафтопереробній промисловості. 

Особливо важливі каталізатори процесу каталітичного крекінгу.

Каталітичний крекінг дозволяє перетворювати важчі вуглеводні на легші продукти, які мають більшу економічну цінність, зокрема компоненти бензину.

У промисловості для цього застосовуються цеоліти — кристалічні алюмосилікатні матеріали з мікропористою структурою. Рідкісноземельні елементи можуть вводитися до складу каталізаторів для зміни їхньої кислотності, стабільності та поведінки під час регенерації.

Лантан може стабілізувати структуру каталізатора і змінювати його каталітичні властивості.

Лантан і цеоліти

Цеоліти мають надзвичайно велику внутрішню поверхню та мережу мікроскопічних пор.

У каталітичному крекінгу вуглеводневі молекули потрапляють у пори каталізатора, де відбуваються реакції розщеплення та перегрупування.

Іони La³⁺ можуть взаємодіяти з каркасом цеоліту та змінювати його кислотно-основні властивості.

Це важливо для:

• активності каталізатора;
• селективності реакцій;
• термічної стабільності;
• стійкості до деактивації;
• регенерації каталізатора.

Тому лантан у цій сфері використовується не як масовий конструкційний метал, а як функціональна добавка до складної каталізаторної системи.

Мішметал і запальнички

Історично одним із найвідоміших застосувань лантану є мішметал — сплав або суміш рідкісноземельних металів, переважно легких лантаноїдів.

У ньому можуть бути присутні лантан, церій, празеодим та неодим.

Мішметал використовується для виготовлення матеріалу, відомого як «кремінь» для запальничок. При механічному терті він утворює гарячі частинки та іскри, здатні запалювати паливо. Royal Society of Chemistry вказує, що лантан може становити приблизно п’яту частину мішметалу. UUSGS Publications

У цьому застосуванні лантан працює разом з іншими рідкісноземельними металами, а не як самостійна речовина.

NiMH-акумулятори

Надзвичайно важливим технологічним застосуванням лантану стали нікель-металгідридні акумулятори (NiMH).

Основою відповідного класу матеріалів є здатність деяких інтерметалічних сполук поглинати водень із подальшим оборотним його виділенням.

Класичним прикладом є:

$$LaN{i}_5\mathrm{.}$$

У 1970-х роках було встановлено, що LaNi₅ може легко поглинати та виділяти водень за відносно м’яких умов. Міністерство енергетики США зазначає, що відкриття гідрування й дегідрування LaNi₅ стало важливою основою розвитку металогідридних акумуляторів. 

У практичних NiMH-акумуляторах негативний електрод виготовляють не обов’язково з чистого LaNi₅. Частіше використовуються складні багатокомпонентні сплави типу AB₅, де A — суміш рідкісноземельних елементів, а B — перехідні метали.

USGS зазначає, що NiMH-акумулятори використовують аноди на основі лантановмісних сплавів. UUSGS Publications

Чому лантан придатний для водневих акумуляторів

Інтерметалічні сполуки лантану мають кристалічну структуру, здатну поглинати водень.

У спрощеному вигляді процес можна представити як:

$$LaN{i}_5+x{H}_2\rightleftharpoons LaN{i}_5{H}_{2x}\mathrm{.}$$

Це не просто механічне «зберігання газу». Водень входить у кристалічну структуру матеріалу та утворює гідридну фазу.

При заряджанні акумулятора матеріал поглинає водень, а при розряджанні він віддає його назад у ході електрохімічних реакцій.

Саме оборотність процесу робить такі сплави придатними для багаторазового циклу заряджання.

NiMH у гібридних автомобілях

NiMH-технологія отримала особливо велике практичне значення у гібридних автомобілях.

Такі акумулятори поєднували:

• високу циклічну стабільність;
• здатність приймати великі зарядні струми;
• відносно добру безпеку;
• відсутність металевого літію;
• придатність до частих циклів заряджання й розряджання.

У гібридному автомобілі акумулятор повинен регулярно приймати енергію рекуперативного гальмування та віддавати її для допомоги двигуну внутрішнього згоряння.

Лантановмісні NiMH-сплави добре відповідали цим вимогам.

Водночас поширення літій-іонних акумуляторів поступово зменшило відносну роль NiMH у нових електрифікованих транспортних системах. Дослідження Міністерства енергетики США також прогнозувало зниження попиту на лантан у міру переходу від NiMH до літій-іонних технологій. 

Водневе зберігання

Властивості LaNi₅ становлять інтерес не тільки для акумуляторів.

Металгідриди можуть використовуватися як твердотільні носії водню.

Перевага полягає в тому, що водень може поглинатися матеріалом за відносно невисоких тисків і температур порівняно з деякими альтернативними методами зберігання.

Недоліками є:

• велика маса металевого носія;
• втрата ємності внаслідок деградації;
• вартість рідкісноземельних компонентів;
• теплові ефекти під час поглинання та виділення водню.

Тому LaNi₅ та споріднені матеріали залишаються важливими насамперед як науково-технологічний клас металогідридів, а не як універсальне рішення для великомасштабного зберігання водню.

Освітлення

Сполуки лантану використовувалися у люмінофорах та спеціальних освітлювальних матеріалах.

Однак лантан тут не має такого домінуючого значення, як деякі інші рідкісноземельні елементи, наприклад європій, тербій або церій.

Його роль може полягати в модифікації матриці люмінофора, створенні певних кристалічних структур або участі в спеціальних оптичних матеріалах.

У ранніх оцінках критичності рідкісноземельних елементів Міністерство енергетики США зазначало використання лантану у фосфорах, хоча основними сферами його значення були акумуляторні сплави та інші промислові застосування. 

Сцинтилятори

Окрему групу технологій становлять сцинтиляційні матеріали на основі лантану.

Одним із відомих матеріалів є LaBr₃:Ce — бромід лантану, активований церієм.

Такий матеріал здатний перетворювати енергію високоенергетичного випромінювання на спалахи видимого світла. Завдяки цьому він може використовуватися у детекторах гамма-випромінювання та інших системах радіаційної спектрометрії.

Інший відомий матеріал — LaCl₃:Ce.

Лантанові галогеніди мають високий світловий вихід і добрі спектрометричні характеристики, що зробило їх важливими для сучасної детекторної техніки.

У таких матеріалах лантан виконує роль основи кристалічної матриці, а церій є активатором, який бере участь у процесі сцинтиляції.

Радіаційна спектрометрія

LaBr₃:Ce особливо цінується за хорошу енергетичну роздільну здатність та високий світловий вихід.

Такі детектори застосовуються у:

• ядерній фізиці;
• радіаційному моніторингу;
• геологічній розвідці;
• гамма-спектрометрії;
• контролі навколишнього середовища;
• деяких системах безпеки.

Проте матеріал має недолік: природний радіоактивний ізотоп ¹³⁸La спричиняє власний радіаційний фон кристала. Для деяких високочутливих систем це потрібно враховувати під час калібрування та обробки спектрів.

Кераміка

Сполуки лантану використовуються у виробництві спеціальної технічної кераміки.

La₂O₃ та інші лантанові сполуки можуть змінювати:

• фазовий склад;
• температуру спікання;
• електричні властивості;
• діелектричні характеристики;
• термічну стабільність;
• структуру керамічних матеріалів.

Саме тому USGS включає кераміку до основних категорій промислового використання лантану. 

Електрокерамічні матеріали

Лантан входить до складу деяких складних оксидних матеріалів із перовскітною структурою.

Прикладом є сполуки на основі:

$$LaMn{O}_3,$$

$$LaCo{O}_3,$$

$$LaFe{O}_3\mathrm{.}$$

Такі матеріали досліджуються та використовуються в різних галузях функціональної кераміки.

Їхні властивості можуть включати електропровідність, каталітичну активність, магнітні ефекти та здатність взаємодіяти з киснем.

Лантан також використовується у деяких матеріалах для твердотільних електрохімічних пристроїв.

Паливні елементи

Лантановмісні перовскітні оксиди можуть застосовуватися в дослідженнях і технологіях твердоксидних паливних елементів (SOFC).

Одним із відомих матеріалів є лантан-стронцій-кобальт-залізний оксид, скорочено LSCF.

Він використовується як катодний матеріал у деяких конструкціях високотемпературних паливних елементів.

Тут важлива здатність матеріалу проводити електрони та сприяти реакціям відновлення кисню.

Металургія

Лантан використовується як легувальний компонент та модифікатор у металургії.

USGS включає металургію до ключових сфер використання елемента.

Невеликі добавки рідкісноземельних металів можуть змінювати структуру металу та характер включень, а також впливати на механічні властивості.

Лантан застосовується в окремих спеціальних сплавах, зокрема тих, де необхідне поєднання високотемпературної стабільності та специфічних механічних властивостей.

Сплави магнію

Особливий інтерес становлять магнієві сплави з лантаном та іншими рідкісноземельними елементами.

Магній дуже легкий, але його механічні властивості погіршуються при підвищенні температури. Додавання рідкісноземельних компонентів може сприяти утворенню стабільних інтерметалічних фаз, які зміцнюють матеріал.

Такі сплави досліджуються для:

• автомобільних деталей;
• авіаційної техніки;
• корпусних деталей;
• легких конструкцій;
• високотемпературних компонентів.

Спеціальні сплави

Лантан може застосовуватися як добавка до різних металевих систем.

Його цінність полягає не у високій механічній міцності самого металу, а в здатності змінювати структуру та властивості сплаву в дуже малих концентраціях.

У металургії рідкісноземельні елементи можуть діяти як модифікатори зерна, очищувачі розплаву або компоненти інтерметалічних фаз.

Ефект залежить від конкретного металу, концентрації лантану та технології лиття.

Виробництво сталі

У спеціальній металургії рідкісноземельні добавки можуть використовуватися для модифікації неметалевих включень.

Лантан має високу спорідненість до кисню та сірки, тому в певних умовах може взаємодіяти з ними та змінювати склад включень.

Проте лантан не є універсальною добавкою до звичайної конструкційної сталі. Його застосування економічно виправдане переважно там, де необхідні специфічні властивості матеріалу.

Полірувальні матеріали

Рідкісноземельні елементи широко використовуються у виробництві полірувальних матеріалів, особливо для скла.

Проте головну роль у цій галузі традиційно відіграє оксид церію, а не лантан.

USGS характеризує скляну промисловість як провідного споживача сировини рідкісноземельних елементів, яка використовується для полірування скла та надання склу спеціальних властивостей. 

Лантан може бути присутній у складних композиціях рідкісноземельних полірувальних матеріалів, але його основна цінність для промисловості пов’язана з іншими застосуваннями.

Критична сировина

У сучасній економіці значення лантану визначається не тільки обсягом його використання.

Важливим є питання ланцюгів постачання.

Рідкісноземельні елементи зазвичай видобуваються разом у складних мінеральних рудах. Після видобування необхідно провести багатоетапне хімічне розділення. Тому доступність кінцевого металу залежить від усієї системи:

родовище → видобування → концентрат → хімічне вилучення → розділення рідкісноземельних елементів → очищення → виробництво матеріалу.

USGS у своєму аналізі критичних мінералів 2025 року оцінила лантан як мінерал із підвищеним ризиком ланцюга постачання та включила його до фінального переліку критичних мінералів США. 

Світова концентрація виробництва

Ринок рідкісноземельних елементів історично характеризується значною географічною концентрацією видобування та перероблення.

USGS зазначає, що Китай протягом багатьох років був домінуючим виробником і постачальником рідкісноземельних елементів. У старіших оцінках USGS на Китай припадало понад 90 % світового виробництва та постачання REE в середньому протягом попереднього десятиліття.

Ситуація поступово змінюється: видобування та перероблення розвиваються також в інших країнах.

За даними USGS, світове видобування рідкісноземельної сировини у 2024 році оцінювалося приблизно у 390 тис. тонн у перерахунку на оксиди рідкісноземельних елементів (REO). Зростання значною мірою було пов’язане з видобуванням і переробленням у Китаї, Нігерії та Таїланді. 

Ця статистика стосується всіх рідкісноземельних елементів разом, а не безпосередньо металевого лантану.

Перероблення та вторинне використання

Рідкісноземельні елементи технічно можна вилучати з відпрацьованих виробів, але масштаб вторинної переробки історично залишається невеликим.

USGS зазначає, що рідкісноземельні елементи загалом не переробляються у великих кількостях, хоча технічно це можливо за умов відповідного економічного стимулу або високих цін. 

Для лантану потенційними джерелами вторинної сировини є:

• відпрацьовані NiMH-акумулятори;
• деякі каталізатори;
• оптичні матеріали;
• виробничі відходи;
• окремі електронні компоненти.

Особливо перспективним джерелом є відпрацьовані NiMH-акумулятори, оскільки в них рідкісноземельний метал може бути присутній у значній концентрації.

Екологічні аспекти

Основні екологічні проблеми лантану пов’язані не стільки з використанням готового металу, скільки з видобуванням і хімічним розділенням рідкісноземельних елементів.

Руди містять суміш багатьох компонентів, тому для отримання чистого La потрібна складна хімічна переробка.

Потенційні проблеми включають:

• утворення великої кількості відходів;
• використання кислот і лугів;
• утворення шламів;
• забруднення вод;
• потребу в очищенні технологічних розчинів;
• поводження з радіоактивними компонентами деяких руд.

Особливе значення має монацит, який може містити торій. Тому переробка такої сировини повинна враховувати не тільки хімічні, а й радіологічні ризики.

Значення лантану для сучасних технологій

Лантан є прикладом елемента, який не обов’язково присутній у найбільш відомих високотехнологічних пристроях, але відіграє важливу роль у багатьох промислових ланцюгах.

Його основні технологічні переваги пов’язані з:

• здатністю утворювати стабільний La³⁺;
• високою спорідненістю до кисню;
• властивостями La₂O₃;
• здатністю формувати інтерметалічні гідриди;
• впливом на властивості скла;
• каталітичною роллю лантановмісних матеріалів;
• утворенням функціональних оксидних керамік.

У сучасному переліку USGS лантан прямо визначений як критичний мінерал із застосуваннями в батареях, каталізаторах, кераміці, склі та металургії. 

Отже, основна цінність лантану полягає не в одному унікальному застосуванні, а в сукупності властивостей, завдяки яким він використовується в різних, часто взаємно незалежних технологічних галузях.

Фізичні властивості лантану

Лантан — сріблясто-білий метал із характерним металевим блиском. У чистому стані він відносно м’який, пластичний і ковкий. За нормальних умов лантан є твердою речовиною.

Атомний номер лантану — 57, хімічний символ — La. Його стандартна атомна маса становить приблизно 138,90547. Елемент розташований у 6-му періоді періодичної системи та належить до f-блоку; його часто вважають першим елементом ряду лантаноїдів.

Лантан має порівняно невисоку твердість. Його можна механічно обробляти, але через високу хімічну активність властивості поверхні швидко змінюються при контакті з атмосферою.

Положення в періодичній системі

Лантан має порядковий номер:

$$Z=57.$$

Електронна конфігурація в основному стані зазвичай записується як:

$$[Xe]5d^{1}6s^2\mathrm{.}$$

Саме електронна будова лантану є предметом певної історичної та теоретичної дискусії щодо того, чи слід відносити його безпосередньо до лантаноїдів, чи розглядати як окремий елемент, що передує заповненню 4f-підрівня.

У шкільній та більшості університетських класифікацій лантан розглядають як початок ряду лантаноїдів.

У періодичній таблиці він розташований між барієм і церієм:

$$Ba\to La\to Ce\mathrm{.}$$

Його хімічна поведінка дуже близька до церію та інших легких лантаноїдів.

Атомна будова

Ядро атома лантану містить 57 протонів. У нейтральному атомі відповідно присутні 57 електронів.

Електрони розподіляються за оболонками таким чином:

$$2,8,18,18,9,2.$$

Зовнішня електронна оболонка містить два електрони, а електронна структура внутрішніх оболонок визначає характерну для лантаноїдів схожість хімічних властивостей.

Під час утворення найбільш характерного катіона La³⁺ атом втрачає три електрони:

$$La\to L{a}^{3+}+3e^{-}\mathrm{.}$$

У результаті La³⁺ має електронну конфігурацію благородного газу ксенону:

$$[Xe]\mathrm{.}$$

Саме це значною мірою пояснює особливості хімії лантану.

Ступінь окиснення

Найхарактерніший ступінь окиснення лантану:

$$+3.$$

Практично вся неорганічна хімія лантану побудована навколо сполук La(III).

На відміну від церію, празеодиму та деяких інших лантаноїдів, лантан не має важливого стабільного ступеня окиснення +4 у звичайних умовах.

У сполуках La³⁺ має високу спорідненість до донорних атомів кисню. Через це лантан легко утворює оксиди, гідроксиди, карбонати, фосфати та інші кисневмісні сполуки.

Іонний радіус

La³⁺ має відносно великий іонний радіус серед тривалентних лантаноїдів.

При переході від лантану до лютецію радіуси Ln³⁺ поступово зменшуються. Це явище називають лантаноїдним стисненням.

Схематично:

$$L{a}^{3+}>C{e}^{3+}>P{r}^{3+}>\mathrm{.}\mathrm{.}\mathrm{.}>L{u}^{3+}\mathrm{.}$$

Зменшення радіуса відбувається через недостатнє екранування ядерного заряду електронами 4f-підрівня.

Лантан, який знаходиться на початку ряду, має найбільший радіус серед тривалентних лантаноїдів. Тому його сполуки часто мають координаційні числа, які поступово зменшуються при переході до важчих лантаноїдів.

Координаційна хімія

Іон La³⁺ має велику здатність координуватися з іншими атомами.

Для лантану характерні координаційні числа 6, 7, 8, 9 і навіть вищі, залежно від ліганда та структури сполуки.

Це суттєво відрізняє його від багатьох перехідних металів, для яких частіше характерні координаційні числа 4 або 6.

Висока координаційна здатність La³⁺ пов’язана з його великим розміром і відсутністю сильної стереохімічної активності f-електронів.

Магнітні властивості

Лантан займає особливе місце серед лантаноїдів через електронну структуру.

У йоні La³⁺ відсутні 4f-електрони:

$$L{a}^{3+}=[Xe]\mathrm{.}$$

Тому La³⁺ є діамагнітним.

Це важлива відмінність від більшості інших лантаноїдів, у яких незаповнений 4f-підрівень створює парамагнітні властивості.

Металевий лантан має складніші магнітні властивості, які залежать від температури та кристалічної структури. Але у звичайній координаційній хімії La³⁺ його відсутність f-електронів є визначальною характеристикою.

Електричні властивості

Лантан є типовим металом і проводить електричний струм завдяки делокалізованим електронам.

Його електричний опір залежить від температури, чистоти металу, дефектів кристалічної структури та фазового стану.

У практичних конструкційних електротехнічних матеріалах чистий лантан не використовується як універсальний провідник, оскільки він дорогий, хімічно активний і має набагато менш значне промислове застосування в цій сфері, ніж мідь або алюміній.

Теплові властивості

Лантан має порівняно високу температуру плавлення для м’якого рідкісноземельного металу.

Температура плавлення становить приблизно 920 °C, а температура кипіння — приблизно 3464 °C. Конкретні табличні значення можуть дещо відрізнятися залежно від довідника та прийнятої шкали даних.

Теплопровідність лантану є металевою за характером, але не настільки високою, як у срібла, міді чи алюмінію.

Теплові властивості мають значення при виробництві лантанових сплавів і високотемпературних матеріалів.

Кристалічна структура

Кристалічна структура лантану змінюється при нагріванні.

За даними Los Alamos National Laboratory, приблизно при 310 °C відбувається перехід від гексагональної структури до гранецентрованої кубічної, а приблизно при 865 °C — перехід до об’ємноцентрованої кубічної структури.

Таким чином, лантан має щонайменше три структурні стани в різних температурних діапазонах.

Фазові переходи важливі для розуміння його механічної поведінки, дифузії атомів та взаємодії з іншими компонентами сплавів.

Хімічна активність на повітрі

Свіжа поверхня лантану швидко реагує з киснем.

У результаті формується поверхневий шар оксиду, а за тривалого контакту з атмосферою метал поступово покривається продуктами окиснення.

Спрощено реакцію можна записати:

$$4La+3O_2\to 2L{a}_2{O}_3\mathrm{.}$$

У реальних атмосферних умовах поверхневий шар може мати складніший склад і включати гідроксидні та карбонатні компоненти.

Це пояснює, чому блискуча поверхня щойно очищеного лантану швидко тьмяніє.

Взаємодія з водою

Лантан реагує з водою.

З холодною водою реакція відбувається відносно повільно, тоді як гаряча вода значно прискорює процес.

У спрощеній формі:

$$2La+6H_{2}O\to 2La(OH{)}_3+3H_2\mathrm{.}$$

Утворюється гідроксид лантану та виділяється водень.

Висока хімічна активність означає, що лантан не можна розглядати як метал, який може тривалий час зберігатися у відкритій вологій атмосфері без зміни поверхні.

Взаємодія з кислотами

Лантан легко реагує з багатьма мінеральними кислотами.

Наприклад, із соляною кислотою:

$$2La+6HCl\to 2LaC{l}_3+3H_2\mathrm{.}$$

У результаті утворюється хлорид лантану та виділяється водень.

З розбавленими кислотами реакції можуть проходити досить активно, особливо якщо поверхня металу свіжа.

Ця поведінка характерна для електропозитивних металів.

Взаємодія з галогенами

Лантан безпосередньо реагує з галогенами.

Наприклад:

$$2La+3F_2\to 2La{F}_3,$$

$$2La+3C{l}_2\to 2LaC{l}_3\mathrm{.}$$

Утворюються галогеніди La(III).

Фторид лантану є особливо стійким через високу спорідненість La³⁺ до F⁻.

Саме LaF₃ використовується як проміжний матеріал під час отримання металевого лантану.

Взаємодія із сіркою

Лантан реагує із сіркою з утворенням сульфідів.

Однією з можливих сполук є сульфід лантану:

$$2La+3S\to L{a}_2{S}_3\mathrm{.}$$

Лантанові сульфіди мають інтерес для матеріалознавства, хоча вони не настільки широко використовуються, як оксид, галогеніди або деякі інші сполуки.

Взаємодія з азотом

При нагріванні лантан може реагувати з азотом з утворенням нітридів.

У найпростішому представленні:

$$2La+N_2\to 2LaN\mathrm{.}$$

Нітрид лантану LaN належить до функціональних матеріалів, які досліджуються через їхні електронні та магнітні властивості.

Взаємодія лантану з азотом також важлива з технологічного погляду, оскільки домішки азоту можуть змінювати властивості металу та сплавів.

Взаємодія з воднем

Лантан здатний поглинати водень та утворювати гідриди.

Для металу характерна реакція:

$$2La+3H_2\to 2La{H}_3$$

у відповідних умовах.

Гідриди лантану становлять значний науковий інтерес.

Найвідоміший напрям — інтерметалічні сполуки лантану з нікелем, зокрема LaNi₅, які оборотно поглинають водень.

Саме ця властивість лежить в основі використання лантанових сплавів у NiMH-акумуляторах.

Взаємодія з вуглецем

Лантан реагує з вуглецем при високих температурах.

Утворюються карбіди лантану, зокрема сполуки, склад яких залежить від умов синтезу.

Карбідоутворення має значення при виробництві деяких сплавів та високотемпературних матеріалів.

Лантан також може взаємодіяти з вуглецем у металургійних процесах, де присутність вуглецю впливає на структуру інтерметалічних фаз.

Оксид лантану

Оксид лантану(III):

$$L{a}_2{O}_3$$

є однією з найважливіших сполук елемента.

Це світла тверда речовина з основними властивостями.

La₂O₃ має високу спорідненість до води та може переходити у гідроксид:

$$L{a}_2{O}_3+3H_{2}O\to 2La(OH{)}_3\mathrm{.}$$

Він широко використовується як сировина для спеціального скла, кераміки, каталізаторів та інших лантановмісних матеріалів.

Кислотно-основні властивості

La₂O₃ є переважно основним оксидом.

Він реагує з кислотами з утворенням солей:

$$L{a}_2{O}_3+6HCl\to 2LaC{l}_3+3H_{2}O\mathrm{.}$$

Ця реакція демонструє типовий характер оксиду металу зі ступенем окиснення +3.

Зі зростанням атомного номера в ряду лантаноїдів основність їхніх оксидів поступово зменшується через лантаноїдне стиснення.

Тому La₂O₃ є одним із найбільш основних оксидів серед лантаноїдів.

Розчинність сполук лантану

Багато простих солей La(III) розчиняються у воді, але деякі важливі аніонні сполуки є малорозчинними.

До малорозчинних належать, зокрема:

• La(OH)₃;
• LaF₃;
• карбонати лантану;
• фосфати лантану;
• оксалати лантану.

Ця відмінність використовується для хімічного розділення та очищення лантану.

Наприклад, додавання фторид-іонів може призводити до осадження LaF₃:

$$L{a}^{3+}+3F^{-}\to La{F}_3\downarrow \mathrm{.}$$

Гідроліз La³⁺

У водному розчині La³⁺ не існує як абсолютно «голий» іон. Він оточений молекулами води та утворює аква-комплекси.

У розчинах можливий ступінчастий гідроліз:

$$[La(H_{2}O{)}_n{]}^{3+}\rightleftharpoons [LaOH(H_{2}O{)}_{n-1}{]}^{2+}+H^{+}\mathrm{.}$$

Однак La³⁺ гідролізується слабше, ніж багато менших іонів із високою густиною заряду.

Це пов’язано з його великим іонним радіусом.

Комплекси лантану

La³⁺ утворює численні координаційні комплекси.

Особливо ефективно він координується з лігандами, що містять атоми:

• кисню;
• азоту;
• сірки.

Для La³⁺ особливо характерні кисневмісні ліганди.

До них належать:

• карбоксилати;
• фосфонати;
• β-дикетонати;
• полікарбоксилати;
• краун-етери;
• макроциклічні ліганди;
• хелатуючі органічні сполуки.

Великий координаційний потенціал La³⁺ використовується у фундаментальній координаційній хімії та матеріалознавстві.

Лантаноїдне стиснення

Одне з найважливіших понять для розуміння хімії лантану — лантаноїдне стиснення.

У міру переходу від La до Lu кількість протонів у ядрі збільшується, але додаткові електрони поступово заповнюють 4f-орбіталі.

4f-електрони недостатньо ефективно екранують зростання позитивного заряду ядра.

Тому ефективний ядерний заряд для зовнішніх електронів збільшується, а розміри атомів та іонів поступово зменшуються.

Наслідком є систематична зміна:

• іонних радіусів;
• основності оксидів;
• координаційних властивостей;
• розчинності солей;
• здатності утворювати комплекси.

Лантан знаходиться на початку цього ряду і тому має найбільший тривалентний іонний радіус.

Відмінність лантану від церію

Лантан і церій дуже близькі за хімічними властивостями.

Їхні атомні номери:

$$La=57,$$

$$Ce=58.$$

Обидва елементи можуть утворювати переважно тривалентні сполуки.

Але церій має додаткову дуже важливу особливість — стабільний ступінь окиснення +4.

Для лантану аналогічна хімія La(IV) практично нехарактерна.

Тому La³⁺ хімічно значно простіший за Ce³⁺/Ce⁴⁺.

Ця різниця використовується для хімічного розділення двох елементів.

Відмінність від інших лантаноїдів

Лантан має найбільший іонний радіус серед тривалентних лантаноїдів, тому його сполуки мають деякі властивості, які поступово змінюються в напрямку Lu.

Зі зменшенням радіуса:

• зростає густина заряду Ln³⁺;
• посилюється поляризуюча здатність;
• зменшується основність оксидів;
• змінюються розчинність і стабільність комплексів;
• змінюються координаційні числа.

Попри ці поступові відмінності, усі лантаноїди залишаються надзвичайно схожими, що й створює складність їхнього промислового розділення.

Лантан і церій у природних мінералах

Лантан і церій часто зустрічаються разом.

Це закономірно, оскільки вони мають дуже схожі іонні розміри та ступінь окиснення +3.

Бастнезит та монацит можуть містити обидва елементи.

У деяких рудах церій можна частково окиснити з Ce³⁺ до Ce⁴⁺. Це змінює його хімічну поведінку та може полегшити відділення від тривалентних лантаноїдів.

Для лантану такої простої окисно-відновної стратегії немає, тому його відділення часто базується на дуже тонких відмінностях у розподілі між фазами під час екстракції або іонного обміну.

Органометалічна хімія

Лантан утворює численні органометалічні сполуки, особливо з циклопентадієнільними та спорідненими лігандами.

Відомі сполуки типу:

$$La(C_5{H}_5{)}_3$$

та різноманітні похідні.

Органолантанові сполуки досліджуються у:

• каталізі;
• полімеризації;
• синтетичній хімії;
• матеріалознавстві;
• фундаментальній координаційній хімії.

La–C зв’язок у таких речовинах має специфічний характер, а реакційна здатність комплексів значною мірою визначається великим розміром La³⁺.

Лантан у полімеризації

Сполуки рідкісноземельних металів, включно з лантановими системами, досліджувалися як каталізатори полімеризації олефінів та дієнів.

Каталізатори на основі лантаноїдів можуть забезпечувати специфічну стереохімію полімерів.

Особливо відомі системи на основі неодиму, але лантан також може входити до складу каталізаторних систем.

Його координаційна хімія дозволяє створювати активні центри, здатні координувати ненасичені органічні молекули та спрямовувати їх перетворення.

Лантан як каталізатор

Каталітична роль лантану не обмежується нафтопереробкою.

Лантановмісні оксиди, фосфати, перовскіти та інші матеріали досліджуються як каталізатори або компоненти каталізаторів.

Причини включають:

• високу основність La₂O₃;
• здатність змінювати поверхневу кислотність;
• стабілізацію оксидних структур;
• взаємодію з киснем;
• утворення дефектів кристалічної решітки.

Тому La₂O₃ може бути не тільки пасивною добавкою, а й активним компонентом поверхневих каталітичних процесів.

Застосування у високотемпературних матеріалах

Лантановмісні керамічні матеріали можуть зберігати корисні властивості за високих температур.

Особливий інтерес становлять оксиди зі структурою перовскіту.

Вони можуть демонструвати:

• електронну провідність;
• іонну провідність;
• магнітні властивості;
• каталітичну активність;
• термохімічну стабільність.

Саме тому лантан присутній у дослідницьких і промислових матеріалах для паливних елементів, газових сенсорів, каталізаторів і електрокераміки.

Лантан у наноматеріалах

Наночастинки та наноструктуровані матеріали на основі La₂O₃, La(OH)₃, LaF₃ та складних лантановмісних оксидів активно досліджуються.

Зменшення розміру частинок до нанометрового діапазону різко збільшує питому поверхню.

Це може змінювати:

• каталітичну активність;
• адсорбційні властивості;
• оптичну поведінку;
• електричні характеристики;
• швидкість поверхневих реакцій.

Водночас багато таких застосувань залишаються на рівні лабораторних досліджень або спеціалізованих технологій, і не всі наноматеріали лантану мають широке комерційне застосування.

Наукове значення лантану

Лантан має особливе значення для хімії та матеріалознавства, оскільки є своєрідною відправною точкою для розуміння всієї серії лантаноїдів.

Його властивості дозволяють простежити, як поступова зміна електронної будови від La до Lu впливає на атомні радіуси, координацію, основність та інші характеристики.

Одночасно лантан є практично важливим матеріалом для:

• спеціального скла;
• каталізаторів;
• NiMH-акумуляторів;
• металогідридів;
• кераміки;
• сцинтиляторів;
• спеціальних сплавів.

Таким чином, лантан поєднує фундаментальне значення для періодичної хімії з цілком конкретною роллю у промисловості.

Походження назви та відкриття

Лантан — хімічний елемент із символом La та атомним номером 57, сріблясто-білий, відносно м’який і хімічно активний метал, який традиційно відносять до лантаноїдів і рідкісноземельних елементів. У природі він не зустрічається як самородний метал, а входить до складу складних мінералів рідкісноземельної групи. Основними промисловими мінералами, що містять лантан, є монацит і бастнезит. 

Назва «лантан» походить від давньогрецького слова λανθάνειν (lanthanein) — «бути прихованим», «залишатися непоміченим». Назва відображає історію відкриття елемента: лантан тривалий час залишався «прихованим» у мінералах, які спочатку вважали сполуками вже відомого церію.

Лантан відкрив шведський хімік Карл Густав Мосандер у 1839 році в Стокгольмі. Він досліджував оксид церію, відомий із початку XIX століття, і виявив, що частина матеріалу має інші властивості та розчиняється інакше. Мосандер дійшов висновку, що перед ним оксид нового елемента. Того ж року норвезький мінерал із острова Ловен також став джерелом незалежного підтвердження існування лантану. 

Історія лантану добре ілюструє складність хімії рідкісноземельних елементів. У XIX столітті вчені неодноразово вважали відносно однорідні речовини окремими елементами, хоча насправді вони являли собою суміші близьких лантаноїдів.

Мосандер після виділення лантану продовжив досліджувати залишкову речовину та повідомив про ще один елемент, який назвав дімідієм. Пізніше з’ясувалося, що дімідій також був сумішшю: у 1885 році його розділили на празеодим і неодим. 

Місце лантану серед рідкісноземельних елементів

Лантан є одним із 17 елементів, які традиційно об’єднують під назвою рідкісноземельні елементи: скандій, ітрій та 15 лантаноїдів.

До ряду лантаноїдів зазвичай включають:

• лантан;
• церій;
• празеодим;
• неодим;
• прометій;
• самарій;
• європій;
• гадоліній;
• тербій;
• диспрозій;
• голмій;
• ербій;
• тулій;
• ітербій;
• лютецій.

Термінологія щодо самого лантану дещо відрізняється між джерелами. У багатьох періодичних таблицях він представлений як перший елемент ряду лантаноїдів, хоча з погляду електронного заповнення 4f-орбіталей існують аргументи на користь віднесення лантану та лютецію до d-блоку, а не до власне f-блоку.

У практичній хімії це розходження не має принципового значення: лантан вивчають разом із лантаноїдами через винятково близьку хімічну поведінку.

Поширення в земній корі

Попри назву «рідкісноземельні», лантан не є надзвичайно рідкісним у геохімічному сенсі.

Його концентрація в земній корі значно вища, ніж у багатьох справді рідкісних елементів. Проблема полягає не стільки в абсолютній нестачі лантану, скільки в тому, що він майже ніколи не утворює великих родовищ чистого лантанового мінералу.

Лантан зазвичай розподілений між мінералами разом із церієм, неодимом, празеодимом, самарієм та іншими лантаноїдами.

Тому видобуток лантану економічно пов’язаний із видобутком рідкісноземельного концентрату, а не з окремою шахтою, призначеною винятково для La.

Основні мінерали лантану

Найважливішими мінералами є монацит і бастнезит.

Монацит — група фосфатних мінералів, загальна формула яких приблизно описується як:

$$(La,Ce,Nd,Th)P{O}_4\mathrm{.}$$

У ньому співіснують переважно легкі лантаноїди, а також можуть бути присутні торій та інші компоненти.

За даними Royal Society of Chemistry, монацит може містити приблизно 25 % лантану, тоді як бастнезит — приблизно 38 %; фактичний склад залежить від конкретного родовища та мінеральної різновидності. 

Бастнезит — рідкісноземельний фторкарбонат. Його склад можна схематично подати як:

$$(La,Ce,Nd)C{O}_{3}F\mathrm{.}$$

У багатьох родовищах бастнезит є важливим джерелом легких рідкісноземельних елементів.

Монацит

Монацит має особливе промислове значення через високий вміст рідкісноземельних елементів.

Він може накопичуватися у важких мінеральних пісках, які утворюються внаслідок природного механічного сортування уламкового матеріалу.

Монацит має високу густину, тому під час перенесення та сортування водою він концентрується разом з іншими важкими мінералами.

Такі піски можуть також містити ільменіт, рутил, циркон та інші мінерали.

Особливістю монациту є присутність торію. Через це промислова переробка монацитової сировини потребує контролю радіологічних характеристик відходів та побічних продуктів.

Бастнезит

Бастнезит є одним із найважливіших джерел легких рідкісноземельних елементів.

Великі родовища бастнезиту відомі, зокрема, у Китаї та США.

У США бастнезит видобувається на родовищі Mountain Pass у Каліфорнії. USGS зазначала, що у 2024 році бастнезит був основною рідкісноземельною сировиною, яку добували як первинний продукт на американському підприємстві Mountain Pass. UUSGS Publications

Однак концентрат бастнезиту не є чистим лантановим концентратом. Він містить суміш легких лантаноїдів, яку необхідно хімічно розділити.

Інші мінеральні джерела

Лантан може входити до складу багатьох інших мінералів.

Серед них:

• аланіт;
• ксенотим, хоча він переважно збагачений важчими лантаноїдами;
• лопарит;
• евксеніт;
• різні силікати та фосфати рідкісноземельних елементів.

Аланіт особливо цікавий у геохімії, оскільки може містити значну кількість рідкісноземельних елементів і торію.

Лопарит є важливою рідкісноземельною сировиною в окремих регіонах і може містити лантан разом із церійовою групою.

Геохімічна поведінка

Лантан є літофільним елементом. Це означає, що він має тенденцію концентруватися в силікатній та оксидній частинах земної речовини, а не в металевому ядрі.

Для природних процесів характерний переважно стан:

$$L{a}^{3+}\mathrm{.}$$

Цей іон легко входить до кристалічних структур мінералів, де може заміщувати інші великі тривалентні катіони.

Особливо близькі за розмірами та зарядом до La³⁺ деякі іони інших лантаноїдів.

Саме тому природні мінерали рідкісноземельних елементів майже завжди містять суміш близьких елементів.

Хімічне розділення лантану

Після видобутку руди спочатку отримують концентрат рідкісноземельних мінералів.

Далі необхідно перевести рідкісноземельні елементи у розчинну форму.

Для цього застосовують:

• кислотне вилуговування;
• лужну обробку;
• прожарювання;
• подрібнення;
• селективне осадження;
• іонний обмін;
• рідинно-рідинну екстракцію.

Найскладніша стадія — розділення окремих лантаноїдів.

Їхні хімічні властивості настільки подібні, що звичайного одноразового осадження недостатньо.

Іонний обмін

Іонний обмін був одним із ключових методів отримання високочистих рідкісноземельних елементів.

Розчин, який містить Ln³⁺, пропускають через матеріал із функціональними групами, здатними оборотно зв’язувати катіони.

Різні лантаноїди утримуються на сорбенті дещо по-різному.

Завдяки багаторазовому проходженню елюенту через колонку можна поступово розділити елементи.

Метод забезпечує високу чистоту, але для великих промислових потоків він може бути менш зручним, ніж сучасна рідинно-рідинна екстракція.

Рідинно-рідинна екстракція

Рідинно-рідинна екстракція стала одним із головних промислових методів розділення рідкісноземельних елементів.

Принцип полягає у використанні органічної фази, яка містить спеціальний екстрагент.

Розчинні форми La³⁺ та інших лантаноїдів переходять між водною та органічною фазами з дещо різними коефіцієнтами розподілу.

Одна стадія забезпечує лише невелике розділення.

Тому промислові установки використовують каскади багатьох послідовних ступенів екстракції.

Це дозволяє поступово отримувати потоки, збагачені окремими елементами.

Royal Society of Chemistry прямо вказує, що для ізоляції рідкісноземельних елементів із мінеральної сировини використовуються іонний обмін та екстракція розчинником. 

Отримання металевого лантану

Після хімічного розділення отримують очищену сполуку лантану, наприклад його хлорид або фторид.

Металевий лантан можна отримати відновленням безводного фториду кальцієм:

$$2La{F}_3+3Ca\to 2La+3Ca{F}_2\mathrm{.}$$

Royal Society of Chemistry зазначає, що металевий лантан зазвичай отримують саме відновленням безводного фториду кальцієм. 

Отриманий метал додатково очищають, якщо необхідний високий ступінь чистоти.

Технологічна складність полягає в тому, що лантан активно реагує з киснем, вологою та іншими домішками. Тому виробництво високочистого металу потребує контрольованої атмосфери.

Чистота лантану

Для різних сфер застосування потрібна різна чистота.

Для металургійних сплавів не завжди необхідний матеріал максимальної чистоти. Натомість для:

• оптики;
• електроніки;
• дослідницьких матеріалів;
• спеціальної кераміки;
• сцинтиляторів

можуть бути потрібні значно жорсткіші вимоги до домішок.

Особливо небажаними можуть бути інші лантаноїди, перехідні метали, кисень, вуглець та інші домішки.

Світове виробництво

Статистика виробництва лантану зазвичай не публікується так само просто, як статистика виробництва заліза або міді.

Причина полягає в тому, що рідкісноземельні елементи часто видобуваються та продаються у вигляді змішаних концентратів або сполук, а не як окремі метали.

USGS у Mineral Commodity Summaries 2025 наводить статистику рідкісноземельної промисловості переважно в перерахунку на REO — rare-earth-oxide equivalent, тобто еквівалент оксидів рідкісноземельних елементів. У 2024 році світове шахтне виробництво оцінювалося приблизно у 390 000 тонн REO-еквівалента. UUSGS Publications

Це число не означає 390 000 тонн лантану. Воно охоплює сукупність рідкісноземельних елементів.

Китай у виробництві рідкісноземельних елементів

Китай займає центральне місце у глобальному ланцюгу рідкісноземельної сировини.

USGS характеризує Китай як домінуючого виробника та переробника багатьох рідкісноземельних матеріалів. У 2024 році глобальне виробництво продовжувало зростати, причому значна частина приросту була пов’язана з Китаєм, Нігерією та Таїландом. UUSGS Publications

Важливо розрізняти видобування руди та виробництво очищеного металу або сполуки.

Навіть якщо країна має власне родовище, вона може залежати від імпорту для наступних стадій:

$$\text{руда}\to \text{концентрат}\to \text{розділення}\to \text{оксид}\to \text{метал}\to \text{готовий матеріал}\mathrm{.}$$

Саме переробна ланка часто є критичнішою за сам видобуток.

Ринок лантану

Лантан торгується у різних формах:

• лантановий метал;
• оксид La₂O₃;
• карбонат лантану;
• хлорид лантану;
• фторид лантану;
• змішані рідкісноземельні концентрати;
• лантановмісні сплави;
• готові функціональні матеріали.

Через це не існує однієї універсальної «ціни лантану».

Ціна залежить від:

• хімічної форми;
• чистоти;
• кількості;
• регіону;
• умов контракту;
• походження;
• вартості перероблення;
• стану ринку рідкісноземельних елементів.

USGS публікує загальну статистику ринку рідкісноземельних елементів, включно з виробництвом, імпортом, експортом, запасами та споживанням, але ці дані не слід безпосередньо трактувати як окремий показник ціни чистого La. 

Стратегічна важливість

Лантан став стратегічно важливим не через абсолютну рідкість, а через поєднання трьох факторів:

• його технологічні властивості;
• концентрацію виробничих ланцюгів;
• складність заміни у деяких конкретних застосуваннях.

У США лантан включений до переліку критичних мінералів 2025 року. USGS використовує оцінку ризику для економіки та ланцюгів постачання як одну з основ визначення критичності. 

Це означає, що питання доступності лантану розглядається не тільки як питання сировинного ринку, а і як питання промислової та технологічної безпеки.

Вторинне використання та переробка

Одним із потенційних джерел вторинного лантану є відпрацьовані NiMH-акумулятори.

У негативному електроді таких акумуляторів використовуються металогідридні сплави, часто пов’язані з рідкісноземельними елементами.

Під час переробки можна вилучати:

• лантан;
• церій;
• неодим;
• празеодим;
• нікель;
• кобальт та інші компоненти залежно від складу акумулятора.

Перевага вторинної сировини полягає в потенційно високій концентрації цінних елементів порівняно з деякими природними рудами.

Недоліком є необхідність розбирання, сортування, хімічного вилуговування та очищення.

Екологічні проблеми видобування

Найбільші екологічні ризики виникають на стадії отримання рідкісноземельної сировини.

Під час дроблення та хімічного вилуговування утворюються значні об’єми відходів.

Проблеми можуть включати:

• забруднення поверхневих і підземних вод;
• кислотний або лужний стік;
• пил;
• утворення хвостів з високим вмістом рідкісноземельних елементів;
• залишкові органічні екстрагенти;
• концентрування торію та урану в окремих відходах.

Особливого контролю потребує монацитова сировина, оскільки торій може концентруватися у відходах переробки.

Екологічний баланс

Не слід автоматично вважати всі технології на основі лантану екологічно шкідливими.

Екологічний вплив потрібно оцінювати за повним життєвим циклом.

Наприклад, NiMH-акумулятор потребує лантановмісної сировини, але водночас забезпечує накопичення та повторне використання електричної енергії в гібридному транспорті.

Аналогічно лантанове скло може забезпечувати кращі характеристики оптичних систем без принципового збільшення маси всієї системи.

Тому правильна оцінка повинна враховувати:

$$\text{видобуток}+\text{переробка}+\text{виробництво}+\text{експлуатація}+\text{утилізація}\mathrm{.}$$

Перспективи

Майбутнє лантану значною мірою залежатиме від розвитку кількох технологічних напрямів.

Одним із них є удосконалення NiMH-акумуляторів та їхньої переробки. Хоча літій-іонні батареї домінують у багатьох нових транспортних застосуваннях, NiMH залишається технологічно важливою системою.

Другий напрям — каталіз. Лантановмісні каталізатори можуть залишатися важливими в нафтопереробці та розвиватися у нових процесах перетворення енергоносіїв і хімічної сировини.

Третій — функціональна кераміка та електрохімічні матеріали, де лантан є компонентом перовскітних та інших складних оксидів.

Четвертий — оптика та фотоніка, де високий показник заломлення лантановмісного скла залишається корисною властивістю.

П’ятий — переробка вторинної сировини, яка може зменшити залежність від первинного видобування.

Отже, промислова роль лантану визначається не одним сектором, а цілою сукупністю матеріалів і технологій.

Дещо інше:

• Ітрій (Y) – хімічний елемент
• Найтвердіший метал у світі! Що таке вольфрам?
• Найтвердіший метал у світі! Що таке вольфрам?
• Температури кипіння металів при атмосферному тиску
• Титан | Ti
• Залежність опору металів від температури. Температурний коефіцієнт електричного опору металів α