Oxyde de lanthane

composé chimique

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 (no 164)[4]. 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[5]. C'est un semiconducteur de type p avec une bande interdite de 5,8 eV[6]. 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[7].

Oxyde de lanthane
Kristallstruktur Lanthanoid-A-Typ.png
__ La3+     __ O2–
Structure cristalline de l'oxyde de lanthane

Oxyde de lanthane en poudre.jpg
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
InChI
Propriétés chimiques
Formule La2O3
Masse molaire[1] 325,809 1 ± 0,001 g/mol
La 85,27 %, O 14,73 %,
Propriétés physiques
fusion 2 315 °C[2]
ébullition 4 200 °C[2]
Masse volumique 6,51 g·cm-3[3]
Précautions
NFPA 704[2]

Symbole NFPA 704.

 

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

ProductionModifier

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[8], selon un processus qui peut être représenté en deux étapes passant par l'hydroxyde de lanthane La(OH)3hydrolyse puis déshydratation[9] :

LaCl3 + 3 H2OLa(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[10] :

2 LaCl3 + 3 H2O + 3 NH3La(OH)3 + 3 NH4Cl.

D'autres voies de synthèse sont par exemple[9] :

2 La2S3 + 3 CO2 ⟶ 2 La2O3 + 3 CS2 ;
2 La2(SO4)3 ⟶ 2 La2O3 + 6 SO (décomposition thermique).

ApplicationsModifier

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[11]. Il permet par exemple d'abaisser le point de fusion de verres de borate (en)[10], 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[8].

Notes et référencesModifier

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a b et c « Fiche du composé Lanthanum(III) oxide, REacton®, 99.999% (REO)  », sur Alfa Aesar (consulté le ).
  3. Fiche Sigma-Aldrich du composé Lanthanum(III) oxide 99.999% trace metals basis, consultée le 22 octobre 2020.
  4. (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,‎ , p. 114-120 (DOI 10.1016/j.phpro.2010.10.021, Bibcode 2010PhPro...8..114M, lire en ligne)
  5. (en) A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Clarendon Press, Oxford, 1984, p. 546. (ISBN 978-0-19-965763-6)
  6. (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, no 1,‎ , article no 106 (DOI 10.1063/1.1638896, Bibcode 2004ApPhL..84..106S, lire en ligne)
  7. (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, no 1,‎ , article no 230 (PMID 28359141, PMCID 5371537, DOI 10.1186/s11671-017-2004-1, Bibcode 2017NRL....12..230F, lire en ligne)
  8. a et b (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, nos 24-25,‎ , p. 3007-3009 (DOI 10.1016/j.matlet.2005.02.091, lire en ligne)
  9. a et b (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, no 7,‎ , p. 203-208, article no 642383112607 (DOI 10.5897/JETR.9000050, lire en ligne)
  10. a et b (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,‎ , p. 1-5 (DOI 10.1023/B:GPAC.0000016391.83527.44, lire en ligne)
  11. (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, no 4,‎ , p. 408-411 (DOI 10.1016/j.matlet.2004.09.034, lire en ligne)