Oxyde de lanthane

Oxyde de lanthane
__ La3+     __ O2− Structure cristalline de l'oxyde de lanthane
La2O3 en poudre dans un verre de montre
Identification
Synonymes	oxyde de lanthane(III)
No CAS	1312-81-8
No ECHA	100.013.819
No CE	215-200-5
No RTECS	OE5330000
PubChem	150906
SMILES	1S/2La.3O/q2*+3;3*-2 PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=[O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] Std. InChIKey : MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N
Propriétés chimiques
Formule	La2O3  [Isomères]
Masse molaire	325,809 1 ± 0,001 g/mol La 85,27 %, O 14,73 %,
Propriétés physiques
T° fusion	2 315 °C
T° ébullition	4 200 °C
Masse volumique	6,51 g·cm-3
Cristallographie
Système cristallin	Trigonal
Classe cristalline ou groupe d’espace	P3m1 (no 164) trigonal Hermann-Mauguin : $P\ {\bar {3}}\ 2/m\ 1\,$ Hermann-Mauguin court : $P{\bar {3}}m1\,$ Schoenflies : $D_{3d}^{3}\,$
Précautions
NFPA 704
0 0 1
Composés apparentés
Autres cations	Oxyde de scandium Oxyde d'yttrium(III) Oxyde de cérium(III) Oxyde de praséodyme(III) Oxyde de néodyme(III) Oxyde de samarium(III) Oxyde d'europium(III) Oxyde de gadolinium Oxyde de terbium(III) Oxyde de dysprosium(III) Oxyde d'holmium(III) Oxyde d'erbium(III) Oxyde de thulium(III) Oxyde d'ytterbium(III) Oxyde de lutécium(III)
Autres anions	Chlorure de lanthane(III)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

L'oxyde de lanthane est un composé chimique de formule La₂O₃. C'est le sesquioxyde du lanthane, une terre rare. Il se présente sous la forme d'une poudre blanche cristallisée dans le système trigonal et le groupe d'espace P3m1 (n^o 164). Les cations de lanthane La³⁺ sont coordonnés à sept anions oxyde O²⁻ selon une géométrie octaédrique, le septième anion se trouvant au-dessus de l'une des faces de l'octaèdre. C'est un semi-conducteur de type p avec une largeur de bande interdite de 5,8 eV. Insoluble dans l'eau, il est soluble dans les acides dilués. Hygroscopique, il absorbe progressivement l'humidité de l'air pour donner de l'hydroxyde de lanthane La(OH)₃. Sa résistivité à température ambiante est de l'ordre de 10 kΩ cm, valeur qui décroît lorsque la température croît. Sa permittivité vaut ε = 27.

Production

On peut obtenir de l'oxyde de lanthane en pulvérisant une solution de chlorure de lanthane(III) LaCl₃ à 0,1 mol/L sur un substrat préchauffé, généralement constitué de chalcogénure métallique, selon un processus qui peut être représenté en deux étapes passant par l'hydroxyde de lanthane La(OH)₃ — hydrolyse puis déshydratation :

LaCl₃ + 3 H₂O ⟶ La(OH)₃ + 3 HCl ;

2 La(OH)₃ ⟶ La₂O₃ + 3 H₂O.

Il est également possible d'utiliser un procédé sol-gel consistant à précipiter du La(OH)₃ en solution aqueuse à l'aide d'ammoniac NH₃ à 2,5 % et de laurylsulfate de sodium CH₃(CH₂)₁₁SO₄Na suivi d'un chauffage avec agitation pendant 24 h à 80 °C :

2 LaCl₃ + 3 H₂O + 3 NH₃ ⟶ La(OH)₃ + 3 NH₄Cl.

D'autres voies de synthèse sont par exemple :

2 La₂S₃ + 3 CO₂ ⟶ 2 La₂O₃ + 3 CS₂ ;

2 La₂(SO₄)₃ ⟶ 2 La₂O₃ + 6 SO (décomposition thermique).

Applications

L'oxyde de lanthane est utilisé comme additif pour développer certains matériaux ferroélectriques comme le titanate de bismuth dopé au lanthane La:Bi₄Ti₃O₁₂ (BIT). Les verres optiques sont souvent dopés au La₂O₃ pour améliorer leur indice de réfraction, leur durabilité chimique et leur résistance mécanique. Avec le trioxyde de tungstène WO₃, l'oxyde de tantale(V) V₂O₅ et le dioxyde de thorium ThO₂, l'oxyde de lanthane améliore la résistance ces verres aux attaques basiques. Il est présent dans les pots catalytiques. Il permet par exemple d'abaisser le point de fusion de verres de borate (en), par exemple avec un ratio 1:3 :

3 B₂O₃ + La₂O₃ ⟶ 2 La(BO₂)₃.

Il est possible de déposer des couches minces de La₂O₃ à l'aide de plusieurs méthodes, dont le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le dépôt de couches atomiques (ALD), l'oxydation thermique et la pulvérisation cathodique dans un intervalle de températures de 250 à 450 °C. Des couches polycristallines se forment à 350 °C.