Lanthanum

Le lanthane, de numéro atomique 57 et de symbole La, est un métal blanc argenté, mou et ductile. Il ternit lentement à l'air. En tant que premier élément de la série des lanthanides, il sert de prototype pour ce groupe de 15 éléments similaires et est traditionnellement classé comme élément des terres rares. Son état d'oxydation le plus courant est +3, bien que certains composés +2 existent. Le lanthane n'a aucun rôle biologique chez l'homme, mais certaines bactéries l'utilisent ; il n'est pas très toxique pour l'homme mais présente une certaine activité antimicrobienne. Cet élément apparaît généralement aux côtés du cérium et d'autres éléments des terres rares. Le chimiste suédois Carl Gustaf Mosander a identifié le lanthane pour la première fois en 1839 comme une impureté dans le nitrate de cérium, le nommant d'après le grec ancien lanthanein, signifiant « être caché ». Malgré sa classification comme terre rare, le lanthane est le 28e élément le plus abondant dans la croûte terrestre — près de trois fois plus abondant que le plomb. Dans des minéraux comme la monazite et la bastnäsite, il constitue environ un quart de la teneur en lanthanides. Son extraction à partir de ces minéraux implique un processus si complexe que le lanthane métallique pur n'a été isolé qu'en 1923. Les composés du lanthane servent à de nombreuses fins : comme catalyseurs, additifs pour le verre, lampes à arc au carbone pour les lumières de studio et les projecteurs, éléments d'allumage dans les briquets et les torches, cathodes électroniques, scintillateurs et électrodes de soudage TIG (gaz inerte de tungstène). Le carbonate de lanthane est utilisé comme chélateur du phosphate pour traiter les taux élevés de phosphate dans le sang liés à l'insuffisance rénale. Le lanthane se situe à droite du baryum et à gauche du cérium dans le tableau périodique, et il est généralement considéré comme le premier élément du bloc f. Ses 57 électrons sont disposés comme [Xe]5d¹6s², avec trois électrons de valence en dehors du cœur de gaz noble. Dans les réactions chimiques, il cède presque toujours ces trois électrons pour former l'état d'oxydation +3, atteignant la configuration stable du xénon. Certains composés +2 existent mais sont généralement beaucoup moins stables. Le monoxyde de lanthane (LaO) produit de fortes bandes d'absorption dans certains spectres stellaires. Parmi les lanthanides, le lanthane est inhabituel car son atome en phase gazeuse n'a pas d'électrons 4f. (De même, l'actinium et le thorium n'ont pas d'électrons 5f en tant qu'atomes en phase gazeuse.) Par conséquent, il n'est que faiblement paramagnétique, contrairement aux lanthanides ultérieurs fortement paramagnétiques (sauf l'ytterbium et le lutétium, dont les couches 4f sont pleines). Cependant, dans les environnements chimiques, la couche 4f du lanthane peut devenir partiellement occupée et participer à la liaison. Par exemple, les points de fusion des lanthanides trivalents (à l'exception de l'europium et de l'ytterbium) sont liés à la mesure dans laquelle les électrons 6s, 5d et 4f s'hybrident — plus l'implication 4f est grande, plus le point de fusion est bas. Le lanthane a le deuxième point de fusion le plus bas parmi eux, à 920 °C. (L'europium et l'ytterbium fondent encore plus bas car ils délocalisent environ deux électrons par atome au lieu de trois.) Cette disponibilité chimique des orbitales f justifie le placement du lanthane dans le bloc f, malgré sa configuration électronique anormale à l'état fondamental (qui provient d'une forte répulsion interélectronique rendant moins favorable l'occupation de la petite couche 4f proche du noyau). Au fur et à mesure que la série des lanthanides progresse, les métaux deviennent plus durs ; le lanthane, comme prévu, est mou. Il a une résistivité électrique élevée de 615 nΩm à température ambiante, contre 26,50 nΩm pour l'aluminium. Le lanthane est le moins volatil des lanthanides. À température ambiante, il a une structure cristalline hexagonale (α-La). À 310 °C, il passe à une structure cubique à faces centrées (β-La), et à 865 °C, à une structure cubique centrée (γ-La). Suivant les tendances périodiques, le lanthane a le plus grand rayon atomique parmi les lanthanides, ce qui en fait le plus réactif. Il ternit assez rapidement à l'air, devenant complètement sombre après plusieurs heures, et peut facilement brûler pour former de l'oxyde de lanthane(III) (La₂O₃), qui est presque aussi basique que l'oxyde de calcium. Un échantillon d'un centimètre se corrode complètement en un an car son oxyde s'écaille comme la rouille du fer, plutôt que de former un revêtement protecteur comme l'aluminium, le scandium, l'yttrium ou le lutétium. À température ambiante, le lanthane réagit avec les halogènes pour former des trihalogénures, et lors du chauffage, il forme des composés binaires avec l'azote, le carbone, le soufre, le phosphore, le bore, le sélénium, le silicium et l'arsenic. Il réagit lentement avec l'eau pour produire de l'hydroxyde de lanthane(III) (La(OH)₃). Dans l'acide sulfurique dilué, il forme facilement l'ion tripositif aqueux incolore [La(H₂O)₉]³⁺, qui n'a pas d'électrons d ou f. Le lanthane est la base la plus forte et la plus dure parmi les éléments des terres rares, comme on peut s'y attendre en raison de sa grande taille. Certains composés de lanthane(II) existent mais sont beaucoup moins stables. Par conséquent, dans la dénomination officielle des composés du lanthane, son nombre d'oxydation doit toujours être mentionné. Le lanthane naturel se compose de deux isotopes : le ¹³⁹La stable et le radioisotope primordial à longue durée de vie ¹³⁸La. Le ¹³⁹La est extrêmement abondant, constituant 99,911 % du lanthane naturel ; il est produit par le processus s (capture lente de neutrons).