Oxyde de lanthane

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)^[5]. 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^[6]. C'est un semi-conducteur de type p avec une largeur de bande interdite de 5,8 eV^[7]. 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^[8].

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[1]	325,809 1 ± 0,001 g/mol La 85,27 %, O 14,73 %,
Susceptibilité magnétique molaire	−78,0·10−6 cm3/mol
Propriétés physiques
T° fusion	2 315 °C[2]
T° ébullition	4 200 °C[2]
Masse volumique	6,51 g·cm-3[3]
Cristallographie
Système cristallin	Trigonal
Classe cristalline ou groupe d’espace	P3m1 (no 164) trigonal Hermann-Mauguin : ${\displaystyle P\ {\bar {3}}\ 2/m\ 1\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle P{\bar {3}}m1\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle D_{3d}^{3}\,}$
Précautions
SGH[4]
Attention H315, H319, H335, P261, P280, P301+P310, P304+P340, P305+P351+P338, P405 et P501 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. P301+P310 : En cas d'ingestion : appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin. P304+P340 : En cas d'inhalation : transporter la victime à l’extérieur et la maintenir au repos dans une position où elle peut confortablement respirer. 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. P405 : Garder sous clef. P501 : Éliminer le contenu/récipient dans …
NFPA 704[2]
0 1 0 W
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.
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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^[9], selon un processus qui peut être représenté en deux étapes passant par l'hydroxyde de lanthane La(OH)₃ — hydrolyse puis déshydratation^[10] :

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^[11] :

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

D'autres voies de synthèse sont par exemple^[10] :

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^[12]. Il permet par exemple d'abaisser le point de fusion de verres de borate (en)^[11], 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^[9].

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. « Fiche du composé Lanthanum(III) oxide, REacton®, 99.999% (REO)  », sur Alfa Aesar (consulté le 22 octobre 2020).
3. Fiche Sigma-Aldrich du composé Lanthanum(III) oxide 99.999% trace metals basis, consultée le 22 octobre 2020.
4. (en) « Lanthanum Oxide », American Elements (consulté le 26 octobre 2018)
5. (en) M. Méndez, J. J. Carvajal, Y. Cesteros, L. F. Marsal, E. Martínez-Ferrero, A. Giguere, D. Drouin, P. Salagre, P. Formentín, J. Pallarès, M. Aguiló et F. Díaza, « Photoluminescence and cathodoluminescence of Eu: La₂O₃ nanoparticles synthesized by several methods », Physics Procedia, vol. 8,‎ 2010, p. 114-120 (DOI 10.1016/j.phpro.2010.10.021, Bibcode 2010PhPro...8..114M, lire en ligne)
6. (en) A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Clarendon Press, Oxford, 1984, p. 546. (ISBN 978-0-19-965763-6)
7. (en) G. Shang, P. W. Peacock et J. Robertson, « Stability and band offsets of nitrogenated high-dielectric-constant gate oxides », Applied Physics Letters, vol. 84, n^o 1,‎ janvier 2004, article n^o 106 (DOI 10.1063/1.1638896, Bibcode 2004ApPhL..84..106S, lire en ligne)
8. (en) Xing-Yao Feng, Hong-Xia Liu, Xing Wang, Lu Zhao, Chen-Xi Fei et He-Lei Liu, « The Study of Electrical Properties for Multilayer La₂O₃/Al₂O₃ Dielectric Stacks and LaAlO3 Dielectric Film Deposited by ALD », Nanoscale Research Letters, vol. 12, n^o 1,‎ 29 mars 2017, article n^o 230 (PMID 28359141, PMCID 5371537, DOI 10.1186/s11671-017-2004-1, Bibcode 2017NRL....12..230F, lire en ligne)
9. (en) S. S. Kale, K. R. Jadhav, P. S. Patil, T. P. Gujar et C. D. Lokhande, « Characterizations of spray-deposited lanthanum oxide (La₂O₃) thin films », Materials Letters, vol. 59, n^os 24-25,‎ octobre 2005, p. 3007-3009 (DOI 10.1016/j.matlet.2005.02.091, lire en ligne)
10. (en) A. Bahari, A. Anasari et Z. Rahmani, « Low temperature synthesis of La2O3 and CrO2 by Sol–gel process », Journal of Engineering and Technology Research, vol. 3, n^o 7,‎ juillet 2011, p. 203-208, article n^o 642383112607 (DOI 10.5897/JETR.9000050, lire en ligne)
11. (en) N. N. Vinogradova, L. N. Dmitruk et O. B. Petrova, « Glass Transition and Crystallization of Glasses Based on Rare-Earth Borates », Glass Physics and Chemistry, vol. 30,‎ 2004, p. 1-5 (DOI 10.1023/B:GPAC.0000016391.83527.44, lire en ligne)
12. (en) Jieming Cao, Hongmei Ji, Jinsong Liu, Mingbo Zheng, Xin Chang, Xianjia Ma, Aimin Zhang et Qinhua Xu, « Controllable syntheses of hexagonal and lamellar mesostructured lanthanum oxide », Materials Letters, vol. 59, n^o 4,‎ février 2005, p. 408-411 (DOI 10.1016/j.matlet.2004.09.034, lire en ligne)

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