Lanthanide

L'UICPA définit comme lanthanide tout élément chimique parmi les quinze de numéros atomiques compris entre 57 et 71. Ce terme est plus ou moins synonyme de l'ancienne appellation de terre rare pour ces éléments.



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Lanthanide

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra * Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
   
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
  * Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No  

L'UICPA définit comme lanthanide[1] tout élément chimique parmi les quinze de numéros atomiques compris entre 57 (lanthane) et 71 (lutécium). Ce terme est plus ou moins synonyme de l'ancienne appellation de terre rare pour ces éléments.

L'étymologie de leur nom dérive du grec ancien λανθανειν, qui veut dire «rester caché», appliqué au lanthane à cause de la difficulté à l'isoler de l'oxyde de cérium.

Propriétés générales

Ce sont des métaux brillants avec un éclat argenté qui ternissent rapidement quand ils sont exposés à l'air libre. Ils sont de moins en moins mous au fur et à mesure que leur numéro atomique augmente. Leur température de fusion et leur température d'ébullition sont élevées. Ils réagissent violemment avec la majorité des non-métaux et brûlent dans l'air.

Ces éléments ne sont pas rares dans le milieu naturel, le cérium 58Ce étant le 26e élément le plus abondant de la croûte terrestre. Le néodyme 60Nd est plus abondant que l'azote, et le thulium 69Tm est plus abondant que l'iode. Ils vérifient assez bien l'effet d'Oddo-Harkins, selon lequel les éléments de numéro atomique supérieur à 4 sont plus abondants dans l'univers quand ils ont un numéro atomique pair que quand il est impair.

Propriétés électrochimiques

Ces éléments sont tous des terres rares. Ils sont chimiquement particulièrement identiques au lanthane — d'où leur nom — en ce sens qu'ils facilitent l'état d'oxydation +3, y compris le lutécium, avec une uniformité non-égalée dans le tableau périodique : on les trouve naturellement sous forme de cations trivalents, à l'exception du cérium 58Ce (qui présente les états +3 et +4) et de l'europium 63Eu (qui présente les états +2 et +3).

À cause de leur similitude poussée, on les représente fréquemment indistinctement avec le pseudo-symbole chimique Ln, désignant n'importe quel lanthanide. En général, ils sont particulièrement électropositifs et forment avec les autres éléments des complexes trivalents ; leurs trications Ln3+ sont des cations durs (selon la théorie HSAB)

Ils forment une série chimique particulièrement homogène caractérisée par le remplissage progressif de la sous-couche électronique 4f, à l'exception du plus lourd, le lutécium 71Lu, qui appartient au bloc d.

Les lanthanides plus lourds que Ce atteignent difficilement le degré d'oxydation +4. Cela s'explique par le fait que les orbitales f sont assez internes : il est complexe d'enlever des électrons f ; ces électrons sont aussi peu disponibles pour former des liaisons covalentes, ce qui explique que les ions des éléments de ces séries, forment des complexes sans prédilection quant à leur géométrie de coordination.

Le rayon ionique des cations Ln3+ décroît tout au long de la période en vertu du phénomène nommé contraction des lanthanides : l'efficacité de l'écrantage du noyau par les électrons d'une orbitale f est en effet assez faible (l'ordre d'efficacité décroissante par orbitale atomique étant : s > p > d > f) et ne compense pas la charge croissante du noyau atomique lorsque le numéro atomique augmente.

Liste des éléments

Élément chimique Configuration électronique
(à l'état essentiel)
Rayon ionique
du trication Ln3+
(pm)
Poids atomique
standard moyen
(nombre de masse)
nº 57 La Lanthane 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 (a) 103, 2 [138, 905 477]
nº 58 Ce Cérium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 5d1 (a) 102, 0 [140, 116 100]
nº 59 Pr Praséodyme 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f3 099, 0 [140, 907 652]
nº 60 Nd Néodyme 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4 098, 3 [144, 242 300]
nº 61 Pm Prométhéum (b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f5 097, 0 [145], 000 000
nº 62 Sm Samarium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f6 095, 8 [150, 362 000]
nº 63 Eu Europium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 094, 7 [151, 964 100]
nº 64 Gd Gadolinium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 5d1 (a) 093, 8 [157, 253 000]
nº 65 Tb Terbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9 092, 3 [158, 925 352]
nº 66 Dy Dysprosium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10 091, 2 [162, 500 100]
nº 67 Ho Holmium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f11 090, 1 [164, 930 322]
nº 68 Er Erbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f12 089, 0 [167, 259 300]
nº 69 Tm Thulium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13 088, 0 [168, 934 212]
nº 70 Yb Ytterbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 086, 8 [173, 043 000]
nº 71 Lu Lutécium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d1 086, 1 [174, 967 100]
(a) Exceptions à la règle de Klechkowski : lanthane 57La, cérium 58Ce, gadolinium 64Gd.
(b) Le prométhéum 61Pm n'a pas d'isotope stable ou de demi-vie assez longue. Comme il n'est pas envisageable d'établir une masse moyenne significative, son nombre de masse indiqué entre crochets est celui de l'isotope de demi-vie confirmée la plus longue.

Voir aussi

Notes et références

  1. On rencontre quelquefois le nom lanthanoïde à cause de la préconisation de l'UICPA d'appeler ces éléments en anglais lanthanoid plutôt que lanthanide pour lever l'ambiguïté avec les anions minéraux, qui ont, en anglais toujours, pour suffixe -ide : fluoride pour l'ion fluorure F, chloride pour l'ion chlorure Cl, halide pour halogénure, sulfide pour sulfure, etc. Cette directive n'a pas de sens en français, puisque cette ambiguïté n'existe pas et , de surcroît, le suffixe -ide en français littéraire sert à désigner les membres d'une même famille, ce qui correspond précisément au sens des lanthanides : ils sont «de la famille du lanthane».

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 09/12/2010.
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