Reconnaissable à son aspect gris argenté, le lanthane (La) est un élément chimique appartenant à la famille des lanthanides. Il s’agit d’un métal malléable qui réagit à l’oxydation dans l’air et dans l’eau.
Le mot lanthane provient de lanthanein, terme grec pouvant se traduire par « demeurer caché » en français. Ce corps simple ductile a été caché dans l’oxyde de cérium, ayant rendu son isolation relativement difficile. Pour sa part, le cérium appartient aux 15 éléments de la grande famille des lanthanides.
Dans le tableau périodique, le lanthane porte le symbole « La » et le numéro atomique qui lui est attribué est 57. En ce sens, il représente le premier élément de sa famille, numérotée à partir de 57 jusqu’à 71 dans le classement de Mendeleïev. Sa masse atomique correspond à 138, 905 u, tandis que sa densité volumique de masse est de 6,145 g·cm-3. Cet élément se caractérise par un point de fusion à 920 °C contre un point d’ébullition à 3 464 °C. Le lanthane appartient au groupe 3, à la 6e période et au bloc f. Le niveau d’énergie de ses électrons est de 2, 8, 18, 18, 9 et 2.
Ce sont les chimistes finlandais Johan Gadolin (1760 – 1852) et suédois Anders Gustaf Ekeberg (1767 – 1813) qui ont d’abord découvert le lanthane. Ils ont travaillé sur une terre d’oxyde contenant de l’euxénite et de la gadolinite. Toutefois, sa véritable isolation est attribuée au chimiste suédois Carl Gustaf Mosander (1797 – 1858). En 1839, ce professeur de l’Université de Stockholm réussit à isoler le lanthane à partir d’un échantillon de cérium. Plus tard, le chimiste allemand Otto Linné Erdmann (1804 – 1869), à l’époque étudiant de Gadolin, a découvert cet élément chimique dans des fjords norvégiens. Ce scientifique était surtout connu pour l’étude qu’il a menée sur les pigments et les minerais. En revanche, il a fallu attendre 1923 pour que la préparation pure de lanthane ait pu se faire correctement. « Caché » dans les terres rares, le lanthane est extrait de la bastnäsite et de la monazite.
Terres rares, les lanthanides, comme le cérium notamment, sont assez abondantes sur Terre. Premier élément constitutif, le lanthane s’obtient par l’un des processus de capture de neutrons de noyaux de pic du fer. Cette capture peut être lente ou rapide, respectivement à hauteur de 62 % contre 38 %.
L’état ordinaire du lanthane est solide avec un rayon atomique évalué à 195 pm. Avec un état d’oxydation 3, cet élément chimique a une base forte en oxyde. Dans son état de corps simple, il présente un système cristallin hexagonal compact. La vaporisation du lanthane requiert 414 kJ·mol-1, contre 6,2 kJ·mol-1 pour son énergie de fusion. La pression de vapeur de cet élément se chiffre à 1,33×10-7 Pa à 1 193 K. En outre, à une température de 20 °C, le lanthane enregistre une vitesse du son 2 475 m·s-1. Sa conductivité électrique est évaluée à 1,26× 106 m·s-1.
D’emblée, il est dangereux de respirer ou d’inhaler les vapeurs et les poussières de lanthane. Ensuite, cet élément chimique n’est pas utilisé à l’état pur, mais constitue plutôt une composition d’alliage dans ses différentes utilisations.
On retrouve du lanthane dans les pierres à briquet, les verres optiques ou encore les supraconducteurs. Cette terre rare, mais abondante, est également utilisée dans le stockage de l’hydrogène.
Son utilisation dans la composition des verres optiques se justifie par l’augmentation de l’indice de réfraction qu’il produit. Ce choix s’explique aussi par la réduction de l’aberration chromatique qui en résulte.
Dans le stockage de l’hydrogène, cet alliage permet une absorption jusqu’à 400 fois de son propre volume. Ici, le lanthane et son alliage LaNi5 se présente sous forme de mousse. Les véhicules avec une propulsion à l’hydrogène sont équipés de ce stockage.
Lorsque l’oxyde de lanthane est allié au tungstène, l’amorçage de l’arc est facilité grâce à l’électrode émissive intégrée dans les torches de soudage plasma et TIG. Ces baguettes cylindriques aident également à réduire la dégradation de l’électrode sous l’action de soudage. Certaines cathodes chaudes incluent de l’hexaborure de lanthane.
En médecine, le carbonate de lanthane intègre les traitements des patients hémodialysés. Les comprimés à croquer contenant du La2(CO3)3 préviennent, entre autres, l’ostéodystrophie rénale.
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