Сульфат лантана La(SO)8HO — кристаллогидрат для прецизионного синтеза и катализа
Октагидрат сульфата лантана La(SO)8HO — неорганическое соединение редкоземельного элемента, существующее в виде бесцветных моноклинных кристаллов. Молярная масса безводной соли — 566,0 г/моль, октагидрата — 710,1 г/моль. Соединение хорошо растворимо в воде (при 20 C растворимость превышает 3 г на 100 г HO), нерастворимо в этаноле и ацетоне. При нагреве выше 80–100 C кристаллогидрат ступенчато теряет воду, при 600–800 C разлагается до оксисульфата LaOSO, а выше 1000 C — до оксида лантана LaO.
Физико-химические характеристики
| Параметр | Значение | Метод контроля | Условия | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Массовая доля LaO | 44,0 % | комплексонометрия | после прокалки при 900 C | пересчёт на безводную соль |
| РЗЭ суммарно | 99,5 % | ICP-MS | раствор HNO 1:1 | в пересчёте на оксиды |
| Церий Ce | 0,05 % | спектрофотометрия | = 400 нм | лимитирующая примесь |
| Железо Fe | 0,005 % | атомно-абсорбционный | пламя ацетилен–воздух | критично для оптики |
| Хлориды Cl | 0,01 % | аргентометрия | водная вытяжка | коррозионный фактор |
| Нерастворимый остаток | 0,02 % | гравиметрия | фильтр 0,45 мкм | — |
Кристаллографические и термические свойства
Кристаллическая решётка октагидрата — моноклинная, пространственная группа P2/c. Параметры элементарной ячейки: a = 10,62 , b = 9,84 , c = 14,27 , = 108,4. Восемь молекул воды координированы в две независимые группы: четыре — во внутренней координационной сфере иона La, четыре — в межслоевом пространстве, связанные водородными связями с сульфатными тетраэдрами SO.
Дегидратация протекает в три стадии:
- 40–80 C — удаление двух молекул межслоевой воды, образование гексагидрата;
- 100–160 C — переход в дигидрат с частичным разупорядочением структуры;
- 250–400 C — полное обезвоживание до безводного La(SO).
Термическая стабильность безводной соли в инертной атмосфере сохраняется до 850 C. В окислительной среде при 900–1100 C образуется оксисульфат LaOSO с выделением SO и O.
Области применения
- Производство люминофоров на основе LaPO:Ce,Tb и LaOS:Eu для люминесцентных ламп и плазменных панелей — сульфат служит прекурсором при осаждении из водных растворов.
- Синтез лантан-стронциевых манганитов LaSrMnO методом золь-гель для катодов твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих при 700–900 C.
- Получение оксидных покрытий на кварцевых тиглях и керамических подложках методом пиролиза аэрозоля.
- Катализаторы окислительной конверсии метана и риформинга углеводородов в нефтехимических реакторах с неподвижным слоем.
- Легирование оптических стёкол для повышения показателя преломления и радиационной стойкости в приборах ядерной энергетики.
- Стандартные образцы и эталоны при ICP-MS-анализе редкоземельных руд и продуктов их переработки.
Условия хранения и транспортировки
Гигроскопичен. Хранится в герметичной таре из полиэтилена или полипропилена в сухом помещении при относительной влажности не выше 60 % и температуре 5–25 C. При контакте с влажным воздухом кристаллы расплываются с образованием насыщенного раствора. Транспортировка — всеми видами крытого транспорта, класс опасности не присвоен (негорючее, нелетучее вещество). При работе с порошком рекомендуется использовать респиратор класса FFP2 и защитные очки.
Вопросы и ответы
При какой температуре La(SO)8HO теряет кристаллизационную воду?
Дегидратация начинается при 40–80 C с удаления межслоевых молекул воды. Полное обезвоживание до безводной соли завершается при 250–400 C. Выше 850 C в окислительной среде образуется оксисульфат LaOSO.
Растворяется ли сульфат лантана в воде?
Да, растворимость октагидрата при 20 C превышает 3 г на 100 г воды. Растворимость снижается с ростом температуры, что позволяет проводить перекристаллизацию для очистки от примесей. В этаноле и ацетоне соединение нерастворимо.
Какие примеси лимитируются в реактивной квалификации?
Наиболее жёстко нормируются церий ( 0,05 %), железо ( 0,005 %) и хлориды ( 0,01 %). Церий и железо критичны для люминофорного и оптического применения, хлориды вызывают коррозию оборудования при высокотемпературном синтезе.
Можно ли использовать La(SO)8HO как прекурсор для ТОТЭ?
Да, сульфат применяется в золь-гель синтезе лантан-стронциевых манганитов LaSrMnO для катодов ТОТЭ. Однако сульфатная группа требует дополнительной стадии отжига при 900–1100 C для удаления серы в виде SO.
