El lantano es un elemento producido principalmente por el proceso s (captura lenta de neutrones) en estrellas de la rama asintótica de las gigantes (AGB). Es el primer elemento de la serie de los lantánidos (tierras raras), y su síntesis marca el inicio del llenado de la subcapa electrónica 4f. También se produce en cantidades significativas por el proceso r (captura rápida de neutrones) durante eventos explosivos como supernovas y fusiones de estrellas de neutrones. La contribución relativa de los procesos s y r a su abundancia solar es de aproximadamente 70% para el proceso s y 30% para el proceso r, lo que lo convierte en un buen trazador de las condiciones de nucleosíntesis.
La abundancia cósmica del lantano es de aproximadamente 2,0×10⁻¹¹ veces la del hidrógeno en número de átomos, lo que lo hace significativamente más abundante que los elementos pesados como el oro o el platino, pero menos que el hierro. Es uno de los elementos de tierras raras más abundantes, junto con el cerio y el neodimio. Su presencia en los espectros estelares se utiliza para determinar la abundancia de tierras raras y la metalicidad de las estrellas, especialmente en estrellas antiguas ricas en elementos producidos por el proceso s.
En las ciencias de la Tierra, las relaciones de abundancia de las tierras raras, con el lantano como elemento de referencia, son herramientas diagnósticas poderosas. El "espectro" de las tierras raras (diagrama de normalización a condritas) revela procesos geológicos como la fusión parcial, la cristalización fraccionada o la alteración meteorítica. El lantano, al ser el más ligero, es relativamente más incompatible (prefiere el líquido magmático) que sus homólogos más pesados. Esta variación sistemática permite rastrear la historia de las rocas y los planetas.
Los meteoritos condríticos, considerados como los bloques primitivos del sistema solar, presentan una abundancia de tierras raras casi idéntica a la del Sol, con el lantano como punto de calibración. Las anomalías en tierras raras en ciertos meteoritos diferenciados (como las eucritas) testimonian procesos tempranos de diferenciación planetaria. El estudio isotópico del bario y el lantano también ayuda a comprender la cronología de la nucleosíntesis presolar.
El lantano toma su nombre del verbo griego antiguo λανθάνω (lanthánō), que significa "estar oculto, escapar a la atención". Este nombre fue elegido por su descubridor, Carl Gustaf Mosander, en 1839, porque el elemento estaba "oculto" (o difícil de separar) en un mineral de cerita, del cual ya se había extraído el cerio. Esta elección refleja bien la dificultad histórica de aislar las tierras raras, muy similares químicamente entre sí.
En 1839, el químico sueco Carl Gustaf Mosander (1797-1858) trabajaba en el óxido de cerio, supuesto puro. Al tratar el nitrato de cerio con un ácido diluido y calentarlo, obtuvo un nuevo óxido de color terroso, al que llamó "lantana". Había aislado así el lantano, descubriendo al mismo tiempo que el "cerio" de la época era en realidad una mezcla de al menos dos elementos: el cerio y el lantano. Este descubrimiento marcó el inicio de la separación sistemática de las tierras raras.
El aislamiento del lantano metálico puro fue una tarea ardua debido a su gran reactividad y similitud con otras tierras raras. El metal relativamente puro se produjo por primera vez en 1923 por H. Kremers y R. Stevens, mediante electrólisis de una mezcla fundida de cloruros. Solo con el desarrollo de técnicas de intercambio iónico y de disolventes extractivos a mediados del siglo XX, la producción de lantano de alta pureza se volvió industrial.
El lantano no existe en estado nativo. Está presente en muchos minerales de tierras raras, principalmente:
Los principales países productores son China (que domina ampliamente la producción y el refinado), Estados Unidos (mina de Mountain Pass), Australia y Rusia. La producción anual es del orden de varias decenas de miles de toneladas (en equivalente de óxido). Aunque se clasifica entre las "tierras raras", el lantano es relativamente abundante en la corteza terrestre (unos 35 ppm), más que el plomo o el estaño. Su precio es moderado para una tierra rara, pero está sujeto a fluctuaciones según la política de exportación china y la demanda tecnológica.
El lantano (símbolo La, número atómico 57) es un elemento de transición interna, tradicionalmente colocado como el primer elemento de la serie de los lantánidos (tierras raras) en la tabla periódica, aunque su configuración electrónica no tiene electrones 4f (esta subcapa está vacía). Pertenece al grupo 3 con el escandio y el itrio. Su átomo tiene 57 protones, generalmente 82 neutrones (para el isótopo estable \(^{139}\mathrm{La}\)) y 57 electrones con la configuración electrónica [Xe] 5d¹ 6s². Esta configuración con un electrón 5d lo distingue de los lantánidos siguientes que llenan la subcapa 4f.
El lantano es un metal blanco plateado, maleable, dúctil y bastante blando. Es muy reactivo y se oxida rápidamente en el aire.
El lantano tiene un punto de fusión de 918 °C (1191 K) y un punto de ebullición de 3464 °C (3737 K). Existe en dos formas alotrópicas: la forma α (doble hexagonal compacta) estable hasta 310 °C, y la forma β (cúbica centrada en las caras) estable de 310 °C hasta el punto de fusión. Esta transición afecta sus propiedades mecánicas y eléctricas.
El lantano es un metal muy electropositivo y reactivo, similar a los metales alcalinotérreos. Se oxida rápidamente en el aire para formar La₂O₃. Reacciona con el agua (incluso fría) para desprender hidrógeno y formar hidróxido La(OH)₃. Se disuelve fácilmente en la mayoría de los ácidos minerales diluidos (HCl, H₂SO₄, HNO₃) para formar las sales correspondientes de La³⁺ y desprender hidrógeno (excepto con HNO₃ donde se forman óxidos de nitrógeno).
Densidad: 6,162 g/cm³.
Punto de fusión: 1191 K (918 °C).
Punto de ebullición: 3737 K (3464 °C).
Estructura cristalina (a 20°C): Doble hexagonal compacta (DH).
Estado de oxidación principal: +3.
Configuración electrónica: [Xe] 5d¹ 6s².
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lantano-138 — \(^{138}\mathrm{La}\) | 57 | 81 | 137,907112 u | ≈ 0,090 % | 1,02×10¹¹ años | Radiactivo primordial. Se desintegra por captura electrónica (66%) en \(^{138}\mathrm{Ba}\) y por desintegración β⁻ (34%) en \(^{138}\mathrm{Ce}\). Isótopo utilizado en geocronología La-Ba y La-Ce. |
| Lantano-139 — \(^{139}\mathrm{La}\) | 57 | 82 | 138,906353 u | ≈ 99,910 % | Estable | Isótopo estable y mayoritario. Representa casi la totalidad del lantano natural. Utilizado como referencia para mediciones isotópicas. |
N.B.:
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El lantano tiene 57 electrones distribuidos en seis capas electrónicas. Su configuración electrónica [Xe] 5d¹ 6s² presenta una particularidad: la subcapa 4f está vacía (0 electrones), mientras que un electrón solitario ocupa la subcapa 5d, con los dos electrones de la capa 6s. Esto también se puede escribir como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(9) P(2), o de manera completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s². Esta configuración atípica (5d¹ en lugar de 4f¹) lo convierte en un caso especial entre los lantánidos.
Capa K (n=1): contiene 2 electrones (1s²).
Capa L (n=2): contiene 8 electrones (2s² 2p⁶).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Capa N (n=4): contiene 18 electrones (4s² 4p⁶ 4d¹⁰). La subcapa 4f está vacía.
Capa O (n=5): contiene 9 electrones (5s² 5p⁶ 5d¹).
Capa P (n=6): contiene 2 electrones (6s²).
El lantano tiene 3 electrones de valencia: los dos electrones 6s² y el electrón 5d¹. Pierde fácilmente estos tres electrones para alcanzar la configuración estable del xenón (Xe), lo que explica su único y muy estable estado de oxidación: +3 (La³⁺). Los iones La³⁺ son incoloros (sin electrones f) y tienen un radio iónico grande, lo que influye fuertemente en su química de coordinación y su comportamiento geoquímico (fuerte carácter incompatible).
A diferencia de algunos lantánidos, el lantano prácticamente no presenta estados de oxidación +2 o +4, ya que la configuración La²⁺ (4f¹) o La⁴⁺ (4f⁻¹) sería muy inestable. Su química está dominada por el catión trivalente La³⁺, que forma compuestos iónicos típicos (óxido, hidróxido, haluros, sales).
El lantano metálico se oxida rápidamente en el aire a temperatura ambiente, formando una capa de La₂O₃. Cuando se calienta, arde vigorosamente para formar el mismo óxido: 4La + 3O₂ → 2La₂O₃. El La₂O₃ es un óxido básico blanco que reacciona con el agua para formar hidróxido La(OH)₃ y absorbe fácilmente el dióxido de carbono del aire para formar carbonato.
El lantano reacciona con el agua fría, y más rápidamente con el agua caliente, para desprender hidrógeno y formar hidróxido insoluble La(OH)₃: 2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂. Se disuelve rápidamente en ácidos minerales diluidos (HCl, H₂SO₄, HNO₃) para formar las sales correspondientes de La³⁺ y desprender hidrógeno (excepto con HNO₃ donde se forman óxidos de nitrógeno).
El lantano reacciona con todos los halógenos para formar trihaluros: 2La + 3X₂ → 2LaX₃ (X = F, Cl, Br, I). El fluoruro LaF₃ es particularmente insoluble en agua. También reacciona con el nitrógeno a alta temperatura para formar nitruro LaN, con el carbono para formar carburo LaC₂, con el azufre para formar sulfuro La₂S₃, y con el hidrógeno para formar hidruro LaH₂/LaH₃.
Esta es la aplicación más grande del lantano. El óxido de lantano (La₂O₃) se añade a las zeolitas (zeolita Y) utilizadas en las unidades de craqueo catalítico fluidizado (FCC) de las refinerías. Su papel es doble:
Sin lantano, la eficiencia del refinado del petróleo se reduciría significativamente.
Las aleaciones a base de lantano (del tipo LaNi₅ o aleaciones más complejas de tierras raras, el "mischmetal") constituyen el material del electrodo negativo (ánodo) de las baterías NiMH. Estas aleaciones absorben y desorben reversiblemente grandes cantidades de hidrógeno. Las baterías NiMH, más seguras y ecológicas que las Ni-Cd, han equipado generaciones de vehículos híbridos (como el Toyota Prius), herramientas inalámbricas y dispositivos electrónicos. Aunque han sido reemplazadas por las de Li-ion en muchos ámbitos, siguen siendo importantes para ciertas aplicaciones.
Las aleaciones LaNi₅ también se estudian para el almacenamiento sólido de hidrógeno debido a su capacidad para absorberlo. Además, el óxido de lantano forma parte de la composición de catalizadores para la producción de hidrógeno por reformado con vapor de metano o biocombustibles.
El óxido de lantano (La₂O₃) es un componente esencial de ciertos vidrios ópticos llamados "de alto contenido en tierras raras" o "vidrios de lantano". Estos vidrios presentan un índice de refracción muy alto y una baja dispersión (número de Abbe). Estas propiedades permiten fabricar lentes de objetivo de alto rendimiento, ligeras y compactas, que corrigen las aberraciones cromáticas. Se encuentran en objetivos de cámaras profesionales, telescopios, microscopios e instrumentos de fotolitografía.
El bromuro de lantano dopado con cerio (LaBr₃:Ce) es un material centelleador revolucionario. Convierte la radiación gamma o X en luz visible con una resolución energética excepcional, muy superior a la de los centelleadores clásicos (NaI:Tl). Se utiliza en la detección de materiales radiactivos (seguridad, geofísica), imagen médica y física nuclear.
El titanato de lantano (La₂Ti₂O₇) y los materiales derivados presentan propiedades ferroeléctricas o piezoeléctricas interesantes para condensadores, sensores y memorias no volátiles.
El mischmetal (del alemán "Mischmetall", "metal mezclado") es una aleación natural de tierras raras, que contiene típicamente alrededor del 50% de cerio, 25-40% de lantano, 10-15% de neodimio y pequeñas cantidades de otras tierras raras y hierro. Es un subproducto económico del refinado de tierras raras. El lantano contribuye a la maleabilidad y a las propiedades pirofóricas.
El lantano y sus compuestos se consideran de toxicidad baja a moderada, especialmente en comparación con otros metales pesados. Sin embargo:
El metal en sí es pirofórico en forma de polvo fino y debe manipularse bajo atmósfera inerte.
El lantano está presente de forma natural en el medio ambiente en bajas concentraciones. La actividad minera y el refinado de tierras raras pueden generar residuos (relaves mineros, lodos de tratamiento) que contienen lantano y otros elementos, a veces con radiactividad natural (torio, uranio) asociada a minerales como la monacita. La gestión de estos residuos es un desafío ambiental importante. El lantano no se considera un contaminante mayor debido a su baja movilidad en los suelos y su baja toxicidad.
El reciclaje del lantano se vuelve crucial con el crecimiento de su uso. Las principales fuentes potenciales de reciclaje son:
El reciclaje es técnicamente factible (mediante procesos hidrometalúrgicos), pero a menudo se ve obstaculizado por la recolección, la logística y la rentabilidad económica fluctuante.
El lantano sigue siendo un elemento estratégico para la transición energética:
Los principales desafíos siguen siendo la diversificación del suministro fuera de China, la mejora de la eficiencia de uso y el desarrollo de canales de reciclaje robustos.
El átomo en todas sus formas: de la intuición antigua a la mecánica cuántica 
