Lanthanide

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6 Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra * Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
   
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
  * Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No  

L’UICPA définit comme lanthanide[1] les quinze éléments chimiques dont le numéro atomique est compris entre 57 (lanthane) et 71 (lutécium). Ce terme est plus ou moins synonyme de l’ancienne appellation de terre rare pour ces éléments.

L’étymologie de leur nom dérive du grec ancien λανθανειν, qui signifie « rester caché », appliqué au lanthane en raison de la difficulté à l’isoler de l’oxyde de cérium.[réf. nécessaire]

Propriétés générales[modifier | modifier le code]

Ce sont des métaux brillants avec un éclat argenté qui ternissent rapidement lorsqu’ils sont exposés à l’air libre. Ils sont de moins en moins mous au fur et à mesure que leur numéro atomique augmente. Leur température de fusion et leur température d’ébullition sont élevées. Ils réagissent violemment avec la plupart des non-métaux et brûlent dans l’air. Cette propriété est exploitée dans les pierres à briquet qui sont constituées d'un alliage de lanthanides, le mischmétal.

Ces éléments ne sont pas rares dans le milieu naturel, le cérium 58Ce étant le 26e ou 27e élément le plus abondant de la croûte terrestre (abondance similaire au cuivre). Le néodyme 60Nd est plus abondant que le cobalt, et le lutécium 71Lu, le lanthanide non radioactif le moins abondant, est néanmoins moins rare que l’argent.

Ils vérifient assez bien l’effet d’Oddo-Harkins, selon lequel les éléments de numéro atomique supérieur à 4 sont plus abondants dans l’univers lorsqu’ils ont un numéro atomique pair que lorsqu’il est impair.

Propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

Ils forment une série chimique très homogène caractérisée par le remplissage progressif de la sous-couche électronique 4f. Les éléments appartiennent donc au bloc f à l’exception du plus lourd, le lutécium 71Lu, qui appartient au bloc d.

Les lanthanides sont souvent représentés indistinctement avec le pseudo-symbole chimique Ln. D’une manière générale, ils sont très électropositifs. Ils sont chimiquement très similaires au lanthane — d’où leur nom. Pour tous les lanthanides l’état d’oxydation +3 est le plus stable, avec une uniformité non-égalée dans le tableau périodique. Naturellement et dans leurs composés synthétiques les plus courant, les lanthanides se présentent sous la forme de cations trivalents Ln3+. Seuls le cérium 58Ce (qui présente les états +3 et +4) et l’europium 63Eu (qui présente les états +2 et +3) possèdent d'autres états d'oxydation aisément accessibles, ce qui permet par ailleurs de séparer ces éléments des autres lanthanides. Les lanthanides plus lourds que Ce atteignent difficilement le degré d’oxydation +4. Cela s’explique par le fait que les orbitales f sont relativement internes : il est difficile d’enlever des électrons f. Leurs trications Ln3+ sont des cations durs (selon la théorie HSAB).

Le rayon ionique des cations Ln3+ décroît tout au long de la période en vertu du phénomène appelé contraction des lanthanides : l’efficacité de l’écrantage du noyau par les électrons d’une orbitale f est en effet assez faible (l’ordre d’efficacité décroissante par orbitale atomique étant : s > p > d > f) et ne compense pas la charge croissante du noyau atomique quand le numéro atomique augmente. Pour cette raison le rayon ionique du Lu3+ est similaire à celui du Y3+ même si le lutécium est situé dans une période supérieure du tableau périodique par rapport à l'yttrium.

En raison des propriétés des orbitales f, les électrons qu'elles contiennent sont peu disponibles pour former des liaisons covalentes, ce qui explique que les ions des éléments de ces séries, forment des complexes sans préférence quant à leur géométrie de coordination.Les cations de lanthanides forment des complexes de coordination où le cation lanthanide est typiquement entouré de 8 à 10 atomes donneurs, une coordinence plus élevée que pour les cations des métaux de transition.

Liste des éléments[modifier | modifier le code]

Élément chimique Configuration électronique
(à l’état fondamental)
Rayon ionique
du trication Ln3+
(pm)
Masse atomique
nº 57 La Lanthane 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 (a) 103,2 [138,905 477]
nº 58 Ce Cérium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 5d1 (a) 102,0 [140,116 100]
nº 59 Pr Praséodyme 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f3 099,0 [140,907 652]
nº 60 Nd Néodyme 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4 098,3 [144,242 300]
nº 61 Pm Prométhium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f5 097,0 [145] (b),000 000
nº 62 Sm Samarium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f6 095,8 [150,362 000]
nº 63 Eu Europium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 094,7 [151,964 100]
nº 64 Gd Gadolinium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 5d1 (a) 093,8 [157,253 000]
nº 65 Tb Terbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9 092,3 [158,925 352]
nº 66 Dy Dysprosium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10 091,2 [162,500 100]
nº 67 Ho Holmium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f11 090,1 [164,930 322]
nº 68 Er Erbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f12 089,0 [167,259 300]
nº 69 Tm Thulium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13 088,0 [168,934 212]
nº 70 Yb Ytterbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 086,8 [173,043 000]
nº 71 Lu Lutécium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d1 086,1 [174,967 100]
(a) Exceptions à la règle de Klechkowski : lanthane 57La, cérium 58Ce, gadolinium 64Gd.
(b) Le prométhium 61Pm n’a pas d’isotope stable ou de demi-vie assez longue. Comme il n’est pas possible d’établir une masse moyenne significative, son nombre de masse indiqué entre crochets est celui de l’isotope de demi-vie confirmée la plus longue.

Applications[modifier | modifier le code]

Les lanthanides entrent actuellement dans la composition de nombreux matériaux innovants[réf. nécessaire] et sont de ce fait au centre de nombreux sujets de recherche fondamentale. Ils interviennent notamment dans des domaines tels que la photocatalyse (« water splitting »), la photoluminescence, la formulation de nouveaux matériaux pour l'électronique, mais également dans l'industrie du nucléaire, avec la conception de matrices d'accueil pour l'incorporation, le stockage et le retraitement de composés actinides.

Dans la série des lanthanides se recrutent une bonne part des poisons consommables utilisés dans les réacteurs, généralement sous forme chimique oxyde, car les isotopes pauvres en neutrons des actinides sont souvent capturants aux neutrons. C'est le cas de l'europium, du gadolinium, de l'erbium, du dysprosium.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. On rencontre parfois le nom lanthanoïde en raison de la préconisation de l’UICPA d’appeler ces éléments en anglais lanthanoid plutôt que lanthanide afin de lever l’ambiguïté avec les anions minéraux, qui ont, en anglais toujours, pour suffixe -ide : fluoride pour l’ion fluorure F, chloride pour l’ion chlorure Cl, halide pour halogénure, sulfide pour sulfure, etc. Cette directive n’a pas de sens en français, puisque cette ambiguïté n’existe pas et, de surcroît, le suffixe -ide en français littéraire désigne les membres d’une même famille, ce qui correspond exactement au sens des lanthanides : ils sont « de la famille du lanthane ».

Liens externes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
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