Lanthanide

L’UICPA définit comme lanthanide 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 signifie « rester caché », appliqué au lanthane en raison de la difficulté à l’isoler de l’oxyde de cérium.

Ce sont des métaux 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. Leur 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 Ce étant le 26 élément le plus abondant de la croûte terrestre. Le néodyme Nd est plus abondant que l’azote, et le thulium Tm 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.

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 Ce (qui présente les états +3 et +4) et de l’europium Eu (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. D’une manière générale, ils sont très électropositifs et forment avec les autres éléments des complexes trivalents ; leurs trications Ln sont des cations durs (selon la théorie HSAB)

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

Les lanthanides plus lourds que Ce atteignent difficilement le 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.

Le rayon ionique des cations Ln 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.

() Exceptions à la règle de Klechkowski : lanthane La, cérium Ce, gadolinium Gd.

() Le prométhéum Pm n’a pas d’isotope stable ou de demi-vie assez longue. Comme il n’est pas possible 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.