H260 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément EUH014 : Réagit violemment au contact de l'eau P223 : Éviter tout contact avec l’eau, à cause du risque de réaction violente et d’inflammation spontanée. P231 : Manipuler sous gaz inerte. P232 : Protéger de l’humidité. P370 : En cas d’incendie : P378 : Utiliser … pour l’extinction. P422 : Stocker le contenu sous …
Le lanthane a donné son nom à la famille deslanthanides qui font partie desterres rares.Son nom dérive du verbegrec ancienλανϑάνειν /lanthánein, « être caché, demeurer caché »[8] : le lanthane est resté longtemps caché dans l'oxyde de cérium[Lequel ?].
À température ambiante lecorps simple est un métal gris argent, malléable, ductile, assez mou pour être coupé au couteau. Il s'oxyde à l'air et dans l'eau.
Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[9]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).
Le lanthane a été découvert dans la « terre » d'oxyde obtenue parJohan Gadolin etAnders Gustaf Ekeberg à partir de lagadolinite et de l'euxénite. Le lanthane sous forme d'oxyde a été isolé en 1839 parCarl Gustaf Mosander.En 1923, on a préparé pour la première fois du lanthane métallique raisonnablement pur.
On extrait le lanthane de lamonazite ((Ce, La, Th, Nd,Y)PO4) et de labastnäsite ((Ce, La, Th, Nd,Y)(CO3)F). Sa séparation d'avec les autres terres rares est délicate.
Le lanthane est le premier élément et le prototype de la série deslanthanides. Dans le tableau périodique, il apparaît à droite dubaryum, unmétal alcalino-terreux, et à gauche, du lanthanidecérium. Le lanthane est généralement considéré comme le premier des éléments du bloc f par les auteurs écrivant sur le sujet[10],[11],[12],[13],[14]. Les 57 électrons d’un atome de lanthane sont disposés dans laconfiguration [Xe]5d16s2, avec trois électrons de valence à l'extérieur du coeur de gaz noble. Dans les réactions chimiques, le lanthane abandonne presque toujours ces trois électrons de valence des sous-couches 5d et 6s pour prendre l’état d'oxydation +3, obtenant la configuration stable duxénon, le gaz noble précédent[15]. Certains composés du lanthane(II) sont également connus, mais ils sont généralement beaucoup moins stables[16],[17]. Le monoxyde de lanthane (LaO) produit de fortes bandes d’absorption dans certainsspectres stellaires[18].
Parmi les lanthanides, le lanthane est exceptionnel car il n’a pas d’électrons 4f en tant qu’atome unique en phase gazeuse. Il n’est donc que très faiblementparamagnétique, contrairement aux lanthanides tardifs fortement paramagnétiques (à l’exception des deux derniers, l’ytterbium et lelutécium, où la sous-couche 4f est complètement pleine)[19]. Cependant, la sous-couche 4f du lanthane peut devenir partiellement occupée dans des environnements chimiques et participer à la liaison chimique[20],[21]. Par exemple, les points de fusion des lanthanides trivalents (tous sauf l’europium et l’ytterbium) sont liés à l’étendue de l’hybridation des électrons 6s, 5d et 4f (diminuant avec l’implication croissante de 4f)[22], et le lanthane a le deuxième point de fusion le plus bas d’entre eux : 920 °C (l’europium et l’ytterbium ont des points de fusion plus bas parce qu’ils délocalisent environ deux électrons par atome au lieu de trois)[23]. Cette disponibilité chimique des orbitales f justifie le placement du lanthane dans le bloc f malgré sa configuration anormale de l’état fondamental[24],[25] (qui est simplement le résultat d’une forte répulsion interélectronique rendant moins rentable l’occupation de la sous-couche 4f, car elle est petite et proche des électrons du noyau)[26].
Les lanthanides deviennent plus durs au fur et à mesure que la série est traversée : comme prévu, le lanthane est un métal mou. Le lanthane a unerésistivité relativement élevée de 615 nΩm à température ambiante ; en comparaison, la résistivité d’un bon conducteur comme l'aluminium n’est que de 26,50 nΩm[27],[28]. Le lanthane est le moins volatil des lanthanides[29]. Comme la plupart des lanthanides, le lanthane a unestructure cristalline hexagonale à température ambiante (α-La). À 310 °C, le lanthane se transforme en une structurecubique centrée (β-La), et à 865 °C, il se transforme en une structurecubique à faces centrées (γ-La)[28].
Comme prévu d’après lestendances périodiques, le lanthane a le plus grandrayon atomique des lanthanides. Par conséquent, il est le plus réactif d’entre eux, se ternissant assez rapidement à l’air, devenant complètement noir après plusieurs heures et peut facilement brûler pour former de l’oxyde de lanthane(III), La2O3, qui est presque aussibasique que l’oxyde de calcium[30]. Un échantillon de lanthane d’un centimètre cube se corrodera complètement en un an car son oxyde sedétache comme de larouille de fer, au lieu de former une couche d’oxyde protectrice comme l’aluminium, le scandium, l’yttrium et le lutécium[31]. Le lanthane réagit avec leshalogènes à température ambiante pour former les trihalogénures et, lors du chauffage, forme descomposés binaires avec les non-métaux azote, carbone, soufre, phosphore, bore, sélénium, silicium et arsenic[15],[16]. Le lanthane réagit lentement avec l’eau pour former de l’hydroxyde de lanthane(III), La(OH)3[32]. Dans l’acide sulfurique dilué, le lanthane forme facilement l’ion tripositif hydraté [La(H2O)9]3+ : celui-ci est incolore en solution aqueuse car La3+ n’a pas d’électrons d ou f. Le lanthane est la base la plus forte et la plusdure parmi les éléments de terres rares, ce qui est encore une fois attendu car il est le plus grand d’entre eux[33].
Certains composés du lanthane(II) sont également connus, mais ils sont beaucoup moins stables[16]. Par conséquent, lors de la dénomination officielle des composés du lanthane, son nombre d’oxydation doit toujours être mentionné.
Le lanthane naturel est constitué de l'isotope stable139La et de l'isotope radioactifprimordial138La.139La est de loin le plus abondant, représentant 99,910 % du lanthane naturel : il est produit dans leprocessus s (capture lente desneutrons, qui se produit dans les étoiles de masse faible à moyenne) et leprocessus r (capture rapide des neutrons, qui se produit dans lessupernovae à effondrement de cœur). C’est le seul isotope stable du lanthane.
L’oxyde de lanthane est un solide blanc qui peut être préparé par réaction directe de ses éléments constitutifs. En raison de la grande taille de l'ion La3+, La2O3 adopte une structure hexagonale de coordinence 7 qui se transforme en la structure de coordinence 6 de l’oxyde de scandium (Sc2O3) et l’oxyde d'yttrium (Y2O3) à haute température. Lorsqu’il réagit avec l’eau, de l’hydroxyde de lanthane se forme[34] : beaucoup de chaleur est dégagée dans la réaction et un sifflement est entendu. L’hydroxyde de lanthane réagira avec le dioxyde de carbone atmosphérique pour former le carbonate basique[35].
Lefluorure de lanthane est insoluble dans l’eau et peut être utilisé comme test qualitatif pour détecter la présence de La3+. Les halogénures plus lourds sont tous des composésdéliquescents très solubles. Les halogénures anhydres sont produits par réaction directe de leurs éléments, car le chauffage des hydrates provoque l’hydrolyse : par exemple, le chauffage des hydrates de LaCl3 produit l'oxychlorure LaOCl[35].
Le lanthane réagit exothermiquement avec l’hydrogène pour produire le dihydrure LaH2, un composé conducteur, noir,pyrophorique, cassant, avec la structure dufluorure de calcium[36]. Il s’agit d’un composé non stœchiométrique, et une absorption ultérieure de l’hydrogène est possible, avec une perte concomitante de conductivité électrique, jusqu’à ce que le composé plus salin LaH3 soit atteint. Comme LaI2 et LaI, LaH2 est probablement un composéélectrure[35].
En raison du grandrayon ionique et de la grandeélectropositivité de La3+, il n’y a pas beaucoup de contribution covalente à sa liaison et il a donc unechimie de coordination limitée, comme l’yttrium et les autres lanthanides[37]. L’oxalate de lanthane ne se dissout pas beaucoup dans les solutions d’oxalate de métaux alcalins, et [La(acac)3(H2O)2] se décompose autour de 500 °C. L’oxygène est l’atome donneur le plus courant dans les complexes de lanthane, qui sont principalement ioniques et ont souvent des nombres de coordination élevés, typiquement de 6 à 8, formant des structuresantiprismes carrées etdodécadeltaédriques. Ces espèces à haute coordination, atteignant jusqu’au nombre de coordination 12 avec l’utilisation deligands chélatants tels que dans La2(SO4)3·9(H2O), ont souvent un faible degré de symétrie en raison de facteurs stéréochimiques[37].
La chimie du lanthane a tendance à ne pas impliquer deliaison π en raison de la configuration électronique de l’élément : sa chimie organométallique est donc assez limitée. Les composés organolanthanes les mieux caractérisés sont lecomplexe de cyclopentadiényle La(C5H5)3, qui est produit par la réaction de LaCl3 anhydre avecNaC5H5 dans letétrahydrofurane et ses dérivés méthyl-substitués[38].
Stockage de l'hydrogène : l'alliageLaNi5 sous forme de mousse, en absorbe 400 fois son propre volume.
Catalyseur pour moteur à essence : le LaPbMnO3 appliqué sur l'oxyde de lanthane est un bon catalyseur, plus économique que leplatine et lepalladium actuellement utilisés.
Autres utilisations. Comme d'autres terres rares, il est utilisé pour des alliages magnétiques, dans des composéssupraconducteurs, comme composant desphosphores destubes cathodiques, comme « dopant » dans les cristaux pourlasers à l'état solide, commecomposé fluorescent (phosphate de lanthane LaPO4) étudié pour les marquages antifraude.
Allié autungstène, on l'utilise sous forme de baguettes cylindriques commeélectrode émissive pour les torches desoudage TiG ou les torches de soudage plasma. L'alliage tungstène -oxyde de lanthane permet d'accroître l'intensité admissible, de faciliter l'amorçage de l'arc et de limiter au maximum la dégradation de l'électrode lors du soudage.
↑Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
↑a etbEntrée « Lanthanum » dans la base de données de produits chimiquesGESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand,anglais)(JavaScript nécessaire)
