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Oxyde de lanthane

L'oxyde de lanthane est un composĂ© chimique de formule La2O3. C'est le sesquioxyde du lanthane, une terre rare. Il se prĂ©sente sous la forme d'une poudre blanche cristallisĂ©e dans le systĂšme trigonal et le groupe d'espace P3m1 (no 164)[4]. Les cations de lanthane La3+ sont coordonnĂ©s Ă  sept anions oxyde O2− selon une gĂ©omĂ©trie octaĂ©drique, le septiĂšme anion se trouvant au-dessus de l'une des faces de l'octaĂšdre[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 diluĂ©s. Hygroscopique, il absorbe progressivement l'humiditĂ© de l'air pour donner de l'hydroxyde de lanthane La(OH)3. Sa rĂ©sistivitĂ© Ă  tempĂ©rature ambiante est de l'ordre de 10 kΩ cm, valeur qui dĂ©croĂźt lorsque la tempĂ©rature croĂźt. Sa permittivitĂ© vaut Δ = 27[7].

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
InChI
Propriétés chimiques
Formule La2O3
Masse molaire[1] 325,809 1 ± 0,001 g/mol
La 85,27 %, O 14,73 %,
Propriétés physiques
T° fusion 2 315 °C[2]
T° Ă©bullition 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.

Production

On peut obtenir de l'oxyde de lanthane en pulvĂ©risant une solution de chlorure de lanthane(III) LaCl3 Ă  0,1 mol/L sur un substrat prĂ©chauffĂ©, gĂ©nĂ©ralement constituĂ© de chalcogĂ©nure mĂ©tallique[8], selon un processus qui peut ĂȘtre reprĂ©sentĂ© en deux Ă©tapes passant par l'hydroxyde de lanthane La(OH)3 — hydrolyse puis dĂ©shydratation[9] :

LaCl3 + 3 H2O ⟶ La(OH)3 + 3 HCl ;
2 La(OH)3 ⟶ La2O3 + 3 H2O.

Il est Ă©galement possible d'utiliser un procĂ©dĂ© sol-gel consistant Ă  prĂ©cipiter du La(OH)3 en solution aqueuse Ă  l'aide d'ammoniac NH3 Ă  2,5 % et de laurylsulfate de sodium CH3(CH2)11SO4Na suivi d'un chauffage avec agitation pendant 24 h Ă  80 °C[10] :

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

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

2 La2S3 + 3 CO2 ⟶ 2 La2O3 + 3 CS2 ;
2 La2(SO4)3 ⟶ 2 La2O3 + 6 SO (dĂ©composition 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 tungstÚne 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 dépÎt chimique en phase vapeur (CVD), le dépÎt 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 références
  1. Masse molaire calculĂ©e d’aprĂšs « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. « Fiche du composé Lanthanum(III) oxide, REactonŸ, 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. MĂ©ndez, J. J. Carvajal, Y. Cesteros, L. F. Marsal, E. MartĂ­nez-Ferrero, A. Giguere, D. Drouin, P. Salagre, P. FormentĂ­n, J. PallarĂšs, M. AguilĂł et F. DĂ­aza, « 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. (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. (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. (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)
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