Le lanthane est un métal dont les applications passent souvent par ses composés plutôt que par le métal pur. Sa place parmi les terres rares explique à la fois ses ressemblances avec des éléments voisins et la difficulté de l’isoler. Des minerais à la fabrication de verres et d’alliages, voici les principaux repères pour situer cet élément dans la chimie et l’industrie.
Où trouve-t-on le lanthane ?
Dans la nature, le lanthane est présent dans des minerais qui contiennent aussi d’autres terres rares. La monazite, un phosphate, et la bastnäsite, un fluorocarbonate, comptent parmi les minerais concernés. Il ne s’agit donc généralement pas d’extraire un métal pur directement d’un gisement : il faut d’abord traiter le minerai, puis séparer les différents éléments. L’Élémentarium de la Société chimique de France décrit cette présence dans des minerais associés et le traitement des terres rares.
Le lanthane est le premier élément de la famille des lanthanides, dont les membres ont des propriétés chimiques proches. Cette proximité rend leur séparation délicate : après la mise en solution des éléments du minerai, des procédés de séparation sont nécessaires pour isoler les fractions contenant le lanthane des autres terres rares.
Sa découverte est attribuée au chimiste suédois Carl Gustaf Mosander, qui l’a isolé sous forme d’oxyde en 1839. Son nom vient du grec ancien lanthanein, « être caché » : l’élément était resté dissimulé dans un échantillon d’oxyde de cérium, selon la fiche de l’Élémentarium.
Que révèlent sa place et sa réactivité ?
Le lanthane a le symbole La et le numéro atomique 57. Dans le tableau périodique, il appartient à la période 6 et au bloc f. Sa configuration électronique est [Xe]6s² 5d¹. Il forme principalement des ions à l’état d’oxydation +3, comme d’autres lanthanides. Cette ressemblance chimique aide à comprendre pourquoi il se trouve dans les mêmes minerais que ses voisins, mais complique aussi leur séparation.
À température ambiante, le lanthane est un solide métallique. Sa masse atomique est de 138,90547 u, une valeur qui décrit la moyenne pondérée des masses de ses isotopes naturels selon leur abondance. La fiche de la Commission des abondances isotopiques et des poids atomiques de l’IUPAC donne la masse atomique standard du lanthane. La fiche d’identité affichée avec ces informations fournit également sa masse molaire, exprimée en grammes par mole.
À quoi servent le lanthane et ses composés ?
L’oxyde de lanthane, de formule La₂O₃, est employé dans certains verres optiques spéciaux. Il peut améliorer des propriétés utiles à la fabrication de verres pour lentilles. L’Élémentarium indique également des usages comme catalyseur et composant de batteries, tandis que des alliages contenant du lanthane sont étudiés ou utilisés pour des fonctions précises.
Le lanthane entre aussi dans la composition du mischmétal, un alliage de plusieurs terres rares employé dans les pierres à briquet. La Société chimique de France décrit ce mélange et indique que le lanthane en représente environ un quart dans la composition qu’elle rapporte. Cette proportion concerne le mischmétal décrit par la source, et non toutes les pierres à briquet ni toutes les formulations commerciales.
Des composés de lanthane ont aussi été utilisés dans les éclairages à arc de carbone, notamment pour l’éclairage de studios et la projection cinématographique, selon le programme de vulgarisation scientifique Jefferson Lab. Ces lampes constituent un usage historique ou spécialisé, distinct des applications du lanthane dans les verres et les alliages.
Le lanthane est-il une terre rare rare ?
L’appellation « terre rare » désigne une famille chimique et ne signifie pas que chaque élément soit extrêmement rare dans la croûte terrestre. Le lanthane y est présent, mais son exploitation dépend de la présence de minerais adaptés et de la possibilité de séparer efficacement les terres rares. Les difficultés industrielles tiennent donc autant à la concentration et à la composition des minerais qu’à la seule abondance naturelle.
Le lanthane naturel est constitué principalement de lanthane 139, accompagné d’une faible proportion de lanthane 138, d’après les données d’identité fournies. Pour les risques liés à une manipulation, il faut distinguer le métal, les poussières et les différents composés : les précautions dépendent de la substance et de sa forme. Une formule chimique commune ne suffit pas à établir que toutes les préparations présentent les mêmes dangers.