Dysprosium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline : Rayon atomique
66 162,5 g.mol-1 [Xe] 4f10 6s2 hexagonale de paramètres a = 0,3590 nm et c = 0,5647 nm 175 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
8,55 g.cm-3 1 409°C 2 335°C 1,08.106 S.m-1 10,7 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Dy3+ + 3e = Dy(s)
1,22 -2,35 V

Données thermodynamiques

Dysprosium cristallisé :

  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 27,9 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 17 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 280 kJ.mol-1
 Dysprosium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1

Données industrielles

Le dysprosium est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont pas détaillées pour cet élément, elles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

 

Terbium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
65 158,9 g.mol-1 [Xe] 4f9 6s2 hexagonale de paramètres a = 0,3601 nm et c= 0,5694 nm 175 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
8,229 g.cm-3 1 360°C 3 041°C 0,889.106 S.m-1 11,1 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Tb3+ + 3e = Tb(s)
1,20 -2,39 V

Données thermodynamiques

Terbium cristallisé :

  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 29,2 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 16,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 293 kJ.mol-1
 Terbium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1

Données industrielles

Le terbium est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont pas détaillées pour cet élément, elles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

 

Gadolinium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
64 157,3 g.mol-1 [Xe] 4f7 5d1 6s2 hexagonale de paramètres a = 0,3636 nm et c = 0,5783 nm 188 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
7,90 g.cm-3 1 313°C 3 233°C 0,736.106 S.m-1 10,6 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Gd3+ + 3e = Gd(s)
1,20 -2,40 V

Données thermodynamiques

Gadolinium cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15  K : S° = 58,6 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 46,7 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 15,5 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 301 kJ.mol-1
 Gadolinium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 322,3 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 194,2 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 27,6 J.K-1mol-1

Données industrielles

Le gadolinium est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont pas détaillées pour cet élément, elles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

 

 

Europium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
63 152,0 g.mol-1 [Xe] 4f7 6s2 cubique centrée de paramètre a = 0,4582 nm 185 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
5,243 g.cm-3 822°C 1 597°C 1,12.106 S.m-1 13,9 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Eu3+ + 3e = Eu(s) E° : Eu3+ + e = Eu2+
1,2 -2,40 V -0,35 V

Données thermodynamiques

Europium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 9,2 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 176 kJ.mol-1
 Europium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 188,8 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

L’Europium est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont détaillées que pour la principale utilisation de cet élément dans l’élaboration de luminophores. Les données industrielles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

Obtention

Toute la difficulté de la séparation, entre-elles, des terres rares réside dans leur similitude de propriétés chimiques. Alors que des terres rares ne possèdent qu’un nombre d’oxydation (III), quelques unes peuvent présenter deux nombres d’oxydation différents III et IV pour Ce, Pr, Tb ou II et III pour Eu, Sm et Yb. Pour le cérium et l’europium, cela est exploité pour leur récupération, à partir d’un mélange de terres rares en solution.

  • Procédé utilisé à Mountain Pass :
    Le cérium est oxydé de CeIII en CeIV à l’air à chaud, ou en solution, à l’aide de peroxyde d’hydrogène à pH 4, puis précipité sélectivement en oxyde de cérium hydraté (CeO2,2H2O).
    L’europium est réduit de EuIII en EuII par un amalgame de zinc ou par électrolyse puis est précipité sélectivement sous forme de sulfate.
    Jusqu’en 1981, la société américaine Molycorp ne retirait du minerai de bastnaésite de Mountain Pass que ces deux terres rares.
  • Procédé Rhône-Poulenc utilisé par Solvay à La Rochelle : c’est un procédé de séparation continu par extraction liquide-liquide à l’aide de solvants.
    Le lanthane (à 99,995 % de pureté) est extrait, puis le cérium (à 99,5 %), le didyme (alliage Nd-Pr séparé ensuite en Pr à 98 % et Nd à 95 %), le samarium/europium (séparé ensuite en Sm à 98 % et Eu à 99,99 %), le gadolinium/terbium (séparé ensuite en Gd à 99,99 % et Tb à 99,9 %), et l’ensemble des autres terres rares, l’yttrium étant obtenu, en fin d’extraction, à 99,99 %.
    Lors des diverses extractions, réalisées en milieu nitrique, de nombreux types de solvants sont employés : acide di(2-ethylhexyl)phosphorique, tri(n-butyl)phosphate, sels d’ammonium quaternaire, acides carboxyliques… Dans l’usine de La Rochelle, plus de 1 100 étages de mélangeurs-décanteurs sont utilisés.

Utilisation

Applications liées aux propriétés optiques

Les propriétés remarquables des terres rares dans ce domaine sont liées à leur configuration électronique. Les niveaux électroniques 5p et 5s, saturés, font écran au niveau 4f, comme une cage de Faraday, ce qui explique la quasi-insensibilité du niveau 4f aux effets du champ cristallin. En conséquence, les transitions électroniques, f–>f, se produisent entre niveaux discrets, comme dans l’ion libre (l’élargissement des niveaux par effet du champ cristallin disparaît), et les absorptions ou émissions de lumière sont quasi monochromatiques.

Les terres rares sont utilisées comme luminophores, substances qui, sous l’effet d’une excitation extérieure, émettent de la lumière (phénomène de luminescence). On peut considérer qu’il existe toujours une terre rare qui réponde à un problème de luminescence donné et, en particulier, tout le spectre visible peut être couvert. L’europium est, en particulier, utilisé dans la protection des billets de banque.

Catholuminescence : dans les téléviseurs LCD et plasma, les couleurs sont obtenues à l’aide de terres rares. Pour la couleur rouge, de l’europium trivalent, qui émet à 612 nm, est dilué dans une matrice d’oxyde ou oxysulfure d’yttrium (Y2O2S), qui n’a pas de propriété de luminescence propre ou de borate d’yttrium et gadolinium (Y0,65Gd0,35)BO3. Le bleu est obtenu à l’aide d’europium (II) dans une matrice d’aluminate BaMgAl10O17, le vert par le terbium (III) dans une matrice YGdBO3.

Radioluminescence : dans le domaine des rayonnements de hautes énergies (rayons X, gamma, particules alpha, bêta, neutrons…), dans un but de radiographie ou de dosimétrie. En particulier, en radiographie médicale, les terres rares sont utilisées dans les écrans renforçateurs de rayons X, à la place du tungstate de calcium (CaWO4), ce qui a permis de réduire considérablement, pour les patients, les doses d’irradiation. Le film photosensible est, en sandwich, entre 2 écrans luminescents, dans lesquels sont dispersés des luminophores à base de terres rares (Tb3+ dans Gd2O2S, Tm3+ dans LaOBr, Nb3+ ou Tm3+ dans YTaO4). Le rayonnement X est transformé en rayonnements bleu ou vert pour lesquels les émulsions photographiques sont nettement plus sensibles.

Photostockage : l’europium, dans une matrice de carbonate de strontium et d’oxyde métallique, permet à la poudre ainsi fabriquée d’émettre une lumière visible pendant plus de 10 heures après une irradiation de 10 minutes. Mélangée à de l’encre, de la peinture, des plastiques, elle remplace le prométhium, radioactif.

Fluorescence : les lampes fluorescentes, renferment, en fonctionnement, de la vapeur de mercure à basse pression qui permet d’exciter le revêtement luminophore qui contient pour les lampes fluo-compactes, en masse, 69,2 % d’oxyde d’yttrium, 11 % d’oxyde de cérium, 8,5 % d’oxyde de lanthane, 4,9 % d’oxyde d’europium, 4,6 % d’oxyde de terbium. Les lampes trichromatiques utilisées dans l’éclairage familial font intervenir :

  • pour le bleu, à 450 nm : la transition 4f–>5d de Eu2+ dans BaMgAl10O17.
  • pour le vert, à 540 nm : des transferts d’énergie de Ce3+ à Tb3+ dans (Ce,Tb)MgAl11O19.
  • pour le rouge, à 610 nm : la transition f–>f de Eu3+ dans Y2O3.

Dans le cas des lampes à vapeur de mercure à haute pression, qui n’émettent pas dans le rouge, un dépôt interne de luminophore Eu3+ dans du vanadate d’yttrium (YVO4), est excité par la partie UV du spectre de décharge du mercure (entre 220 et 310 nm) et émet dans le rouge à 620 et 700 nm. Les grains de luminophore ont environ 5 µm de diamètre.

 

Samarium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
62 150,4 g.mol-1 [Xe] 4f6 6s2 rhomboédrique de paramètres a = 0,8996 nm et angle alpha = 23°13′ 185 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
7,52 g.cm-3 1 077°C 1 791°C 0,956.106 S.m-1 13,3 W.m-1.K-1 insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Sm3+ + 3e = Sm(s) E° : Sm3+ + e = Sm2+
1,17 -2,41 V -1,56 V

Données thermodynamiques

Samarium cristallisé :

  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 8,8 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 192 kJ.mol-1
 Samarium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1

Données industrielles

Le samarium est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont détaillées que pour la principale utilisation de cet élément dans l’élaboration d’aimants. Les données industrielles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

Utilisation

La formation d’alliages samarium-cobalt, tels que SmCo5 ou Sm2Co17, à point de Curie supérieur à 700°C, et à performances magnétiques remarquables a permis la miniaturisation des aimants et leur utilisation dans les moteurs pas à pas ou dans les écouteurs miniatures des baladeurs. En 2014, la production mondiale d’aimants Sm-Co est de 1 300 t.

 

Prométhium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
61 145 g.mol-1 [Xe] 4f5 6s2 hexagonale compacte 185 pm

Données physiques

Masse
volumique		 Pas d’isotope stable Température
de fusion		 Température
d’ébullition		 Conductibilité
thermique
7,26 g.cm-3 1 042°C 3 000°C 17,9 W.m-1.K-1

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Pm3+ + 3e = Pm(s)
1,13 -2,42 V

Données industrielles

Le prométhium est un élément de la famille des terres rares. Il présente la particularité, parmi ces éléments, d’être le seul qui soit radioactif. Il n’existe pas à l’état naturel et apparaît comme isotope instable dans les produits de fission de l’uranium. L’étude des données industrielles de l’ensemble des terres rares est regroupée dans le produit terres rares.

La période de 147Pm est de 2,63 ans, celle de 146Pm de 5,53 ans, celle de 145Pm de 17,7 ans.

Néodyme

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
60 144,2 g.mol-1 [Xe] 4f4 6s2 hexagonale de paramètres a = 0,3658 nm et c = 1,1799 nm 185 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
7,007 g.cm-3 2,5 1 010°C 3 127°C 1,57.106 S.m-1 16,5 W.m-1.K-1 décomposé

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Nd3+ + 3e = Nd(s)
1,14 -2,45 V

Données thermodynamiques

Néodyme cristallisé :

  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 30,1 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 7,1 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 289 kJ.mol-1
 Néodyme gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1

Données industrielles

Le néodyme est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont détaillées que pour la principale utilisation de cet élément dans l’élaboration d’aimants. Les données industrielles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

Utilisation

Les aimants néodyme-fer-bore (Nd2Fe14B), dopés au dysprosium, sont actuellement les plus performants disponibles industriellement qui avec un point de Curie à 310°C, sont utilisés à plus basse température que les aimants samarium-cobalt. Ils contiennent, en masse, 31 % de néodyme et 5,5 % de dysprosium. Les actuels véhicules automobiles en contiennent de 1 à 2 kg. Ils sont également utilisés pour positionner les têtes de lecture des disques durs. Les éoliennes off shore renferment 155 kg de néodyme, 27,5 kg de praséodyme et de 2,8 à 24 kg de dysprosium par MW de puissance. La production est assurée, à 75 %, en Chine, avec, en 2014, une production mondiale de 79 500 t. Neo Performance Materials, avec sa filiale Magnequench, à côté d’une production classique d’aimants Nd-Fe-B et Nd-Pr-Fe-B, a développé une production de matériaux amorphe et nanocristallin par solidification rapide en projetant l’alliage en fusion sur une roue tournant à grande vitesse et permettant d’évacuer très rapidement la chaleur. Les particules obtenues ont une épaisseur de 35 µm sur une largeur de 1 à 3 mm.

Praséodyme

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
59 140,9 g.mol-1 [Xe] 4f3 6s2 hexagonale de paramètres a = 0,3672 nm et c = 1,1835 nm 185 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
6,773 g.cm-3 931°C 3 212°C 1,48.106 S.m-1 12,5 W.m-1.K-1 décomposé

Données chimiques

Électronégativité de Pauling E° : Pr3+ + 3e = Pr(s) E° : Pr4+ + e = Pr3+
1,13 -2,47 V 2,86 V

Données thermodynamiques

Praséodyme cristallisé :

  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 28,5 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 11,3 kJ.mol-1
 Praséodyme gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 364,1 kJ.mol-1

Données industrielles

Le praséodyme est un élément de la famille des terres rares ou lanthanides. Ces éléments possédant des propriétés chimiques très proches sont extrait des mêmes gisements, par les mêmes sociétés et ont des domaines d’application similaires. En conséquence les données industrielles ne sont pas détaillées pour cet élément. Elles sont regroupées avec celles des autres éléments dans le produit terres rares.

 

Cérium

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon atomique
58 140,1 g.mol-1 [Xe] 4f1 5d1 6s2 cubique à faces centrées de paramètre a = 0,485 nm 185 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
6,757 g.cm-3 2,5 798°C 3 257°C 1,15.106 S.m-1 11,4 W.m-1.K-1 décomposé

Données chimiques

Électronégativité de Pauling pKa : Ceaq3+/Ce(OH)aq+ E° : Ce3+ + 3e = Ce(s) E° : CeIV + e = CeIII E° : CeOH3+ + H+ + e = Ce3+ + H2O pKs : Ce(OH)3 pKs  : Ce(OH)4
1,12 9 -2,33 V 1,74 à 1,28 V 1,70 V 22,3 54,8

Données thermodynamiques

Cérium cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 57,8 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,9 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 8,8 kJ.mol-1
 Cérium gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 355,8 kJ.mol-1

Données industrielles

Voir le produit terres rares. Ne sont détaillées ici que quelques données particulières, des données plus complètes sont développées dans le produit terres rares.

Les terres rares représentent le groupe des lanthanides (éléments de numéros atomiques compris entre 57 et 71, du lanthane au lutécium) auquel on ajoute, du fait de propriétés chimiques voisines (même colonne de la classification périodique), l’yttrium (Y) et le scandium (Sc). On distingue les terres cériques, légères (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme et samarium) des terres yttriques, plus lourdes (les autres terres rares).

Malgré leur nom, les éléments constituant les terres rares ne sont pas rares. Le plus abondant, le cérium, est plus répandu dans l’écorce terrestre que le cuivre, le plus rare, le thulium, est 4 fois plus abondant que l’argent (voir le produit terres rares). Les teneurs sont, en général, exprimées sous forme d’oxydes.

Le cérium est l’élément le plus abondant de la famille des terres rares ou lanthanides.

État naturel

Le cérium est l’exemple le plus clair que l’appellation terres rares est inappropriée. En effet, sa teneur dans l’écorce terrestre est de 46 ppm, soit une teneur plus élevée que celle du cobalt et proche de celle du cuivre. Voir le produit terres rares pour plus de précisions.

Obtention

Toute la difficulté de la séparation, entre-elles, des terres rares réside dans leur similitude de propriétés chimiques. Toutefois, elles peuvent parfois se distinguer par leurs nombres d’oxydation. Des terres rares ne possèdent qu’un nombre d’oxydation (III). Quelques unes peuvent présenter deux nombres d’oxydation différents III et IV pour Ce, Pr, Tb ou II et III pour Eu, Sm et Yb. Pour le cérium et l’europium, cela est exploité pour leur récupération, à partir d’un mélange de terres rares en solution.

  • Procédé utilisé par Mountain Pass :
    Le cérium est oxydé de CeIII en CeIV à l’air à chaud, ou en solution, à l’aide de peroxyde d’hydrogène à pH 4, puis précipité sélectivement en oxyde de cérium hydraté (CeO2,2H2O).
  • Procédé Rhône-Poulenc utilisé par Solvay à La Rochelle : c’est un procédé de séparation continu par extraction liquide-liquide à l’aide de solvants.
    Le lanthane (à 99,995 % de pureté) est extrait, puis le cérium (à 99,5 %), le didyme (alliage Nd-Pr séparé ensuite en Pr à 98 % et Nd à 95 %), le samarium/europium (séparé ensuite en Sm à 98 % et Eu à 99,99 %), le gadolinium/terbium (séparé ensuite en Gd à 99,99 % et Tb à 99,9 %), et l’ensemble des autres terres rares, l’yttrium étant obtenu, en fin d’extraction, à 99,99 %.
    Lors des diverses extractions, réalisées en milieu nitrique, de nombreux types de solvants sont employés : acide di(2-ethylhexyl)phosphorique, tri(n-butyl)phosphate, sels d’ammonium quaternaire, acides carboxyliques… Dans l’usine de La Rochelle, plus de 1 100 étages de mélangeurs-décanteurs sont utilisés.

Utilisations

Industries du verre et des céramiques :

  • Polissage du verre optique : utilise de l’oxyde de cérium plus ou moins pur. Il a totalement remplacé l’oxyde de fer et est employé pour tous les types de surfaces à polir : verres de lunettes (2 g par verre), optique de précision, cristallerie, miroiterie, face avant des téléviseurs. Le polissage des écrans (téléviseurs, ordinateurs, smartphones, tablettes…) représente le principal marché. Après une mise en forme des pièces à l’aide de meules diamantées, celles-ci sont doucies par un abrasif (carbure de silicium ou diamant) en suspension aqueuse puis, le dépoli restant est éliminé par polissage à l’aide de poudre d’oxyde de cérium également en suspension aqueuse.
  • Décoloration du verre : le verre contient comme principale impureté colorante des oxydes de fer. Le pouvoir colorant de FeO étant supérieur à celui de Fe2O3, pour décolorer un verre, la première étape (décoloration chimique) consiste à oxyder les ions Fe2+. Parmi les divers oxydants utilisés, l’oxyde de cérium (CeO2), qui absorbe peu les rayonnements dans le spectre visible, est le plus employé. La quantité d’oxyde de cérium introduit correspond, en masse, à 2 à 3 fois celle de fer. La teinte jaunâtre résultant de ce premier traitement est éliminée en introduisant un colorant (autre oxyde de terre rare) absorbant fortement cette couleur (décoloration physique) : oxyde de néodyme (teneur égale à celle du fer) ou oxyde d’erbium.
  • Agent antibrunissement des verres : CeIV, à des teneurs de 1 à 2 % d’oxyde, incorporé aux verres subissant des rayonnements ionisants (face avant des tubes télévision, fenêtres de l’industrie nucléaire, fenêtres des installations de stérilisation UV), piège les électrons libérés par le rayonnement et se transforme en CeIII incolore. La formation de centres colorés (liés à la présence d’électrons interstitiels), à l’origine du brunissement, est ainsi évitée.
  • Absorbant fortement le rayonnement UV, l’oxyde de cérium, à des teneurs de 2 à 4 %, est également utilisé dans les verres de lunettes.
  • Émaux et céramiques : CeO2 est utilisé comme opacifiant des émaux, en concurrence avec TiO2.
  • Pigment rouge (Ce2S3, sulfure de cérium) : pour colorer les matières plastiques, en remplacement des pigments traditionnels, toxiques, à base de sulfure de cadmium. Rhodia, devenu Solvay, a lancé la production de tels pigments. La sulfuration avait lieu aux Roches-Roussillon (38) et la finition du pigment à Clamecy (58). La capacité de production était de 500 t/an. Depuis, la production a été déplacée en Chine.

Manchons incandescents : c’est la première utilisation des terres rares, en 1891, par Carl Auer von Welsbach (chimiste autrichien) qui a mis au point un manchon incandescent permettant l’éclairage (par candoluminescence) par le gaz de ville. Cette technique est toujours utilisée dans l’éclairage de camping, au gaz. Le manchon de coton ou de soie artificielle est trempé dans une solution aqueuse de nitrates de thorium et de cérium, puis séché. Lors du premier chauffage, la fibre brûle et les nitrates sont transformés en oxydes. La composition est de 99 % de ThO2 et 1 % de CeO2. A la mort de von Welsbach, en 1929, environ 5 milliards de manchons avaient été produits, dans le monde. Actuellement, la fabrication et la commercialisation de manchons incandescents renfermant du thorium sont interdites en France. Le thorium est remplacé par de l’oxyde d’yttrium ou de zirconium avec toutefois une efficacité moindre.

La monazite, minerai de terres rares et de thorium a été d’abord traitée pour récupérer le thorium (et, en partie, le cérium) destiné aux manchons à gaz. Le résidu, les terres rares, était valorisé en métallurgie ou pour la fabrication des pierres à briquet.

Pot catalytique des automobiles : l’existence des 2 degrés d’oxydation du cérium permet aux oxydes de cérium de jouer soit un rôle d’oxydant (CeO2) soit un rôle de réducteur (Ce2O3). Pour fonctionner efficacement, la teneur en dioxygène au niveau du catalyseur de post-combustion doit rester dans les proportions stœchiométriques des réactions de combustion des composés imbrûlés (CO et hydrocarbures). L’oxyde de cérium joue un rôle de régulateur de la teneur en dioxygène. En présence d’un excès de dioxygène, l’oxyde de cérium stocke l’oxygène (Ce2O3 + 1/2O2 = 2CeO2), inversement, quand le dioxygène est en défaut, CeO2 le restitue. Le support du catalyseur (100 à 3000 ppm de Pd, Rh ou Pt) est en alumine avec environ 20 % en masse d’oxyde de cérium. Les qualités réfractaires des oxydes de cérium sont également appréciées dans cette application. Les catalyseurs 3 voies assurent, à 90 %, la conversion de CO en CO2 et des hydrocarbures imbrûlés, en CO2 et H2O.

Additif au carburant diesel : l’ajout au carburant diesel d’un additif (50 g/t) organo-soluble contenant 6 % de cérium, sous forme organométallique, permet d’améliorer la combustion des composés polyaromatiques (cancérigènes) condensés (suies, 300 000 t/an en Europe) émis par les moteurs diesel et ainsi de diminuer la pollution et la fumée noire émise. L’élimination des fumées noires est possible par combustion à 600°C mais cette température n’est pas atteinte par les gaz d’échappement d’un moteur froid et les particules bouchent les filtres destinés à les éliminer. L’ajout de cérium permet d’abaisser la température de combustion de 600 à 200°C et ainsi, de brûler les particules sitôt leur formation. Les 2 000 autobus d’Athènes, ville dont l’atmosphère est particulièrement polluée, sont équipés pour consommer ce carburant diesel.

Chimie analytique : dosages par oxydo-réduction à l’aide du couple Ce4+/Ce3+ (E° = 1,61 V).

 

Lanthane

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure cristalline Rayon métallique pour la coordinence 12
57 138,9 g.mol-1 [Xe] 5d1 6s2 hexagonale de paramètres a = 0,3770 nm et c= 0,1216 nm 187,7 pm

Données physiques

Masse volumique Dureté Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
6,145 g.cm-3 2,5 920°C 3 454°C 1,26.106 S.m-1 13,5 W.m-1.K-1 décomposé

Données chimiques

Électronégativité de Pauling pKa : Laaq3+/La(OH)aq2+ E° : La3+ + 3e = La(s) pKs : La(OH)3
1,1 9 -2,52 V 19,0

Données thermodynamiques

Lanthane cristallisé :

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 57,3 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 27,6 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 6,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 402 kJ.mol-1
 Lanthane gazeux :

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 368,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 330,7 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 182,4 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 22,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

Voir le produit terres rares. Des données complètes sont développées dans le produit terres rares.

Les terres rares représentent le groupe des lanthanides (éléments de numéros atomiques compris entre 57 et 71, du lanthane au lutécium) auquel on ajoute, du fait de propriétés chimiques voisines (même colonne de la classification périodique), l’yttrium (Y) et le scandium (Sc). On distingue les terres cériques, légères (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme et samarium) des terres yttriques, plus lourdes (les autres terres rares).