Lanthanides


Lanthanides

Lanthanide

  1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
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.

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

Ces éléments ne sont pas rares dans le milieu naturel, le cérium 58Ce étant le 26ème élément le plus abondant de la croûte terrestre. Le néodyme 60Nd est plus abondant que l'or, 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 lorsqu'ils ont un numéro atomique pair que lorsqu'il est impair.

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

Les lanthanides forment une série chimique très homogène caractérisée par le remplissage progressif de la sous-couche électronique 4f, à l'exception du lutécium 71Lu qui appartient au bloc d. Ces éléments sont tous des terres rares. Ils sont chimiquement très similaires au lanthane — d'où leur nom — en ce sens qu'ils favorisent 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). En raison de leur similitude poussée, on les représente souvent indistinctement avec le pseudo-symbole chimique Ln, désignant n'importe quel lanthanide.

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

D'une manière générale, les lanthanides sont très électropositifs et les cations Ln3+ sont des cations durs (selon la théorie HSAB).

Le rayon ionique des cations Ln3+ décroît tout au long de la période en vertu du phénomène appelé 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 quand le numéro atomique augmente.

Élément chimique Configuration électronique Rayon ionique
du trication Ln3+
n° 57 La Lanthane 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 ( * ) —        
n° 58 Ce Cérium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f1 5d1 ( * ) 102 pm    
n° 59 Pr Praséodyme 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f3 99 pm    
n° 60 Nd Néodyme 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4 98,3 pm    
n° 61 Pm Prométhéum 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f5 97 pm    
n° 62 Sm Samarium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f6 95,8 pm    
n° 63 Eu Europium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 94,7 pm    
n° 64 Gd Gadolinium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f7 5d1 ( * ) 93,8 pm    
n° 65 Tb Terbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9 92,3 pm    
n° 66 Dy Dysprosium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10 91,2 pm    
n° 67 Ho Holmium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f11 90,1 pm    
n° 68 Er Erbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f12 89 pm    
n° 69 Tm Thulium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13 88 pm    
n° 70 Yb Ytterbium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 86,8 pm    
n° 71 Lu Lutécium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d1 86,1 pm    
( * ) Exceptions à la règle de Klechkowski : lanthane 57La, cérium 58Ce, gadolinium 64Gd.

Note

  1. On rencontre parfois le nom lanthanoïde en raison de la préconisation de l'UICPA d'appeler ces éléments en anglais lanthanoid plutôt que lanthanide afin de 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 désigne les membres d'une même famille, ce qui correspond exactement au sens des lanthanides : ils sont « de la famille du lanthane ».

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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   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


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