Lanthaan heeft jarenlang verstoppertje gespeeld

Draai je aan het wieltje, dan springt er meteen een klein vlammetje omhoog. Ideaal om kaarsen en sigaretten mee aan te steken. Maar waarom springt dit vuurtje omhoog uit een aansteker? Door het draaien aan het kleine rad breken stukjes mischmetaal los, een legering van zeldzame aardmetalen met pyrofore eigenschappen. Bij kamertemperatuur ontbrandt zulk materiaal spontaan bij blootstelling aan de lucht. Een groot bestanddeel van deze ‘vuursteen’ is lanthaan.

Lanthaan valt in de categorie zeldzame aardmetalen, samen met scandium, yttrium en alle andere lanthaniden: de bovenste van de twee uitklaprijen onder aan het periodiek systeem. Maar de naam zeldzame aarde is misleidend. Bij de eerste delving van het materiaal was de schaarsheid een aanname, maar zelfs de zeldzaamste zeldzame aarde, lutetium, komt meer voor dan goud. En lanthaan? Die staat op plaats 28 van de ranglijst van meest voorkomende elementen in de aardkorst.

Lees over zeldzame aardmetalen: Ligt de groene toekomst van Europa in een Zweedse mijn? Dat staat nog te bezien

Een zilverwitte stof

In 1803 kwam het mineraal ceriet binnen bij het lab waar de Zweedse arts en chemicus Carl Gustaf Mosander werkte. Veel tijd besteedde hij niet aan dit mineraal, totdat het in 1839 zijn interesse wekte. Nieuwsgierig naar de samenstelling probeerde hij het gesteente te ontleden en hij vond een zilverwitte stof. Aangezien het element zo’n 36 jaar lang verstoppertje had gespeeld, noemde hij het lanthaan, afgeleid van het oud-Griekse woord voor ‘verborgen zijn’. Haast met zijn publicatie had Mosander echter niet. Hij stond erop om de stof eerst te zuiveren, waardoor het element nog drie jaar lang verborgen bleef voor de rest van de wereld.

Dat lag niet aan onkunde van de chemicus. Lanthaniden zijn lastig te purificeren door hun grote overeenkomst in oplosbaarheid. Het was monnikenwerk: duizend keer herkristalliseren om een enigszins degelijk resultaat te boeken. In 1923 lukte het pas echt om lanthaan in zuivere vorm te verkrijgen.

Lanthaan reageert makkelijk met andere stoffen en daar heeft het element ook veel van zijn toepassingen aan te danken. Eén van de eerste was de verwerking in de gloeikousjes van ouderwetse gaslampen. Sindsdien is lanthaan onder andere te vinden in tv’s, fluorescerende lampen en cameralenzen.

Uitlaatgassen verbeteren

Inmiddels is lanthaan, net als andere zeldzame aardmetalen, van belang voor de transitie richting een groenere autoindustrie. In zowel normale, hybride als waterstofauto’s doet het element ertoe. Als katalysator verbeteren lanthaanoxiden uitlaatgassen door stikstofoxiden (NO_x) om te zetten in stikstof (N₂) en CO in CO₂. Voor nikkel-metaalhydrideaccu’s, de meest voorkomende batterijen van hybride auto’s, zijn kilo’s lanthaan nodig, doordat de toevoeging van lanthaan aan een legering een verhoogde capaciteit, stevigheid en corrosiebestendigheid biedt. En voor waterstofopslag lijkt lanthaan een wondermiddel: een legering samen met nikkel kan tot wel vijfhonderd keer zijn eigen volume aan waterstof opslaan, met als bonus dat je het waterstof ook weer makkelijk uit de schuimachtige stof kan onttrekken. Ideaal voor de brandstoftank van waterstofauto’s.

Zo blijkt dit eens verborgen element een verborgen kracht te zijn in de route naar duurzaamheid.