Trifluorure de lanthane

Le trifluorure de lanthane, ou simplement fluorure de lanthane, est un composé chimique de formule LaF₃. Il se présente sous la forme d'un solide blanc cristallisé dans le système trigonal selon le groupe d'espace P3c1 (n^o 165) avec pour paramètres cristallins a = 719 pm, c = 735 pm et Z = 6^[4]. Chaque atome de lanthane est entouré de neuf ions fluorure selon une géométrie prismatique trigonale tandis que chaque atome de fluor est coordonné à trois atomes de lanthane selon une géométrie plane trigonale^[5]. Il est insoluble dans l'eau, l'acide chlorhydrique et l'acide nitrique, mais se dissout dans l'acide sulfurique concentré avec formation de fluorure d'hydrogène. Sa structure cristalline rhomboédrique sert de référence en cristallographie.

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  Coordination du lanthane dans LaF₃.

Trifluorure de lanthane
__ La3+     __ F− Structure cristalline du fluorure de lanthane(III)
Identification
Nom UICPA	trifluorolanthane
Synonymes	fluorure de lanthane(III)
No CAS	13709-38-1
No ECHA	100.033.851
No CE	237-252-8
PubChem	83675
SMILES	F[La](F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/3FH.La/h3*1H;/q;;;+3/p-3 Std. InChIKey : BYMUNNMMXKDFEZ-UHFFFAOYSA-K
Apparence	solide blanc inodore[1]
Propriétés chimiques
Formule	F3LaLaF3
Masse molaire[2]	195,900 68 ± 7,0E−5 g/mol F 29,09 %, La 70,91 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 493 °C[3]
Masse volumique	5,9 g/cm3[3]
Cristallographie
Système cristallin	trigonal[4]
Symbole de Pearson	${\displaystyle hR24\,}$
Classe cristalline ou groupe d’espace	P3c1 (no 165) [4] trigonal Hermann-Mauguin : ${\displaystyle P\ {\bar {3}}\ 2/c\ 1\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle P{\bar {3}}c1\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle D_{3d}^{4}\,}$
Notation Schönflies	S6 (rhomboédrique)
Paramètres de maille	a = 719 pm, c = 735 pm, Z = 6[4]
Précautions
SGH[1]
Attention H315, H319, H335, P261, P280, P302+P352 et P305+P351+P338 H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H335 : Peut irriter les voies respiratoires P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P302+P352 : En cas de contact avec la peau : laver abondamment à l’eau et au savon. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
NFPA 704[1]
0 2 1
Composés apparentés
Autres anions	Chlorure de lanthane(III) Bromure de lanthane(III) Iodure de lanthane(III)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le fluorure de lanthane peut être obtenu en faisant réagir du nitrate de lanthane La(NO₃)₃ ou du chlorure de lanthane(III) LaCl₃ avec du fluorure d'hydrogène HF :

La(NO₃)₃ + 3 HF ⟶ LaF₃ + 3 HNO₃.

Il est également possible de faire réagir de l'oxyde de lanthane La₂O₃ avec du bifluorure d'ammonium NH₄HF₂ :

La₂O₃ + 6 NH₄HF₂ ⟶ 2 LaF₃ + 6 NH₄F + 3 H₂ entre 300 et 400 °C.

Les ions fluorure confèrent au composé une conductivité ionique élevée à haute température car ils sont mobiles dans le cristal à travers les lacunes provenant de défauts de Schottky^[6]. Par dopage à l'aide d'un fluorure de métal divalent avec par exemple un contre-ion calcium Ca²⁺, baryum Ba²⁺ ou europium Eu²⁺, la conductivité ionique peut atteindre des valeurs très élevées même à température ambiante.

Utilisation

Le fluorure de lanthane est un précurseur du lanthane pur. À cette fin, l'oxyde de lanthane La₂O₃ présent dans les minerais de lanthane est converti en fluorure de lanthane par le fluorure d'hydrogène, qui est ensuite réduit sous forme de lanthane métallique à l'aide de calcium ou de magnésium.

Il est parfois employé comme composant à indice de réfraction élevé pour éléments optiques multicouches tels que les miroirs ultraviolets dichroïques à bande étroite. Les fluorures sont parmi les composés les plus couramment utilisés pour les revêtements optiques ultraviolets en raison de leur relative inertie et de leur transparence dans l'ultraviolet lointain (FUV), pour les longueurs d'onde comprises entre 100 et 200 nm. Les réflecteurs multicouches et les revêtements antireflet sont généralement composés de paires de matériaux transparents, l'un à faible indice de réfraction, l'autre à indice élevé ; le fluorure de lanthane est l'un des très rares matériaux présentant un indice de réfraction élevé dans l'ultraviolet lointain, d'où son intérêt^[7].

C'est également l'un des constituants des verres fluorés ZBLAN (en) contenant des fluorures de zirconium, de baryum, de lanthane, d'aluminium et de sodium. Dopé à l'europium, le fluorure de lanthane est utilisé dans les électrodes sélectives au fluor (en).

Notes et références

1. « Fiche du composé Lanthanum(III) fluoride, 99%  », sur Alfa Aesar (consulté le 28 décembre 2021).
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 92^e éd., CRC Press, 2011, p. 4.69. (ISBN 1-4398-5511-0)
4. (en) A. Zalkin et D. H. Templeton, « Refinement of the trigonal crystal structure of lanthanum trifluoride with neutron diffraction data », Acta Crystallographica Section B, vol. B41,‎ 1985, p. 91-93 (DOI 10.1107/S0108768185001689, lire en ligne)
5. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87^e éd. CRC Press/Taylor and Francis, 2006-2007, p. 6-113. (ISBN 0-8493-0487-3)
6. (en) W. L. Fielder, « Ionic conductivity of lanthanum fluoride » [PDF], sur ntrs.nasa.gov, NASA, octobre 1969 (consulté le 28 décembre 2021).
7. (en) Luis Rodríguez-de Marcos, Juan I. Larruquert, José A. Méndez et José A. Aznárez, « Multilayers and optical constants of various fluorides in the far UV », Proceedings of the SPIE, vol. 9627,‎ 23 septembre 2015, article n^o 96270B (DOI 10.1117/12.2191309, Bibcode 2015SPIE.9627E..0BR, S2CID 138737136, lire en ligne)

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