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Lanthane – Propriétés – Prix – Applications – Production

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À propos du Lanthane

Le lanthane est un métal doux, ductile, blanc argenté qui ternit rapidement lorsqu’il est exposé à l’air et est suffisamment mou pour être coupé avec un couteau. C’est l’éponyme de la série des lanthanides, un groupe de 15 éléments similaires entre le lanthane et le lutétium dans le tableau périodique, dont le lanthane est le premier et le prototype. Il est aussi parfois considéré comme le premier élément des métaux de transition de 6ème période et est traditionnellement compté parmi les éléments de terres rares.

Résumé

Élément Lanthane
Numéro atomique 57
Catégorie d’élément Métal de terre rare
Phase à STP Solide
Densité 6,146 g/cm3
Résistance à la traction ultime 130 MPa
Limite d’élasticité 125 MPa
Module de Young 36,6 GPa
Échelle de Mohs 2,5
Dureté Brinell 350 MPa
Dureté Vickers 360 MPa
Point de fusion 920°C
Point d’ébullition 3454°C
Conductivité thermique 13W/mK
Coefficient de dilatation thermique 12,1 µm/mK
Chaleur spécifique 0,19 J/g·K
Température de fusion 6,2 kJ/mol
Chaleur de vaporisation 414 kJ/mole
Résistivité électrique [nanoohmmètre] 615
Susceptibilité magnétique + 118,6e-6 cm^3/mol


Applications du Lanthane

Le lanthane n’est pas un métal largement utilisé. Cependant, ses alliages ont une variété d’utilisations intéressantes. Un alliage lanthane-nickel est utilisé pour stocker l’hydrogène gazeux à utiliser dans les véhicules à hydrogène. Le lanthane se trouve également dans l’anode des batteries à hydrure métallique de nickel (NiMH) utilisées dans les voitures hybrides. Le lanthane est un composant important de l’alliage de mischmétal. Une composition typique comprend environ 55 % de cérium, 25 % de lanthane et 15 à 18 % de néodyme suivis d’autres métaux de terres rares. L’utilisation la plus connue de cet alliage est dans les « pierres à feu » pour les briquets.


 
 

Applications de lanthane

Production et prix du Lanthane

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du lanthane pur se situaient autour de 640 $/kg.

Les minerais contenant du lanthane, tels que la monazite, contiennent généralement une gamme d’autres terres rares. Par conséquent, ils subissent une série de traitements chimiques pour éliminer les terres rares telles que le thorium et le cérium pour produire des sels de lanthane. La monazite est un minerai important pour le thorium, le lanthane et le cérium. On le trouve souvent dans les gisements de placers. L’Inde, Madagascar et l’Afrique du Sud possèdent d’importants gisements de sables de monazite. Les gisements en Inde sont particulièrement riches en monazite.

Tableau périodique des lanthanes

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Lanthane

Lanthane-propriétés-mécaniques-résistance-dureté-structure cristalline

Force du Lanthane

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Lanthane

La résistance à la traction ultime du lanthane est de 130 MPa.

Limite d’élasticité du Lanthane

La limite d’élasticité du lanthane  est de 125 MPa.

Module de Young du Lanthane

Le module de Young du lanthane est de 125 MPa.

Dureté du Lanthane

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayuresLe test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur  est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du lanthane est d’environ 350 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du lanthane est d’environ 360 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le lanthane a une dureté d’environ 2,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Lanthane – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du lanthane est la structure compacte  hexagonale double.

structures cristallines - FCC, BCC, HCP

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Lanthane
La structure cristalline du lanthane est : double hexagonale compacte

Force des éléments

Élasticité des éléments

Dureté des éléments

Propriétés thermiques du Lanthane

Lanthane-point-de-fusion-conductivité-propriétés-thermiques

Lanthane – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du lanthane est de 920°C.

Le point d’ébullition du lanthane est de 3454°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Lanthane – Conductivité thermique

La conductivité thermique du lanthane est de 13 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Lanthane

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du lanthane est de 12,1 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Lanthane – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du lanthane est de 0,19 J/g K.

La capacité calorifique  est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C  a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la  capacité thermique  est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du lanthane est de 6,2 kJ/mol .

La chaleur latente de vaporisation du lanthane est de 414 kJ/mol .

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces attractives intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Point de fusion des éléments

Tableau périodique des éléments - point de fusion

Conductivité thermique des éléments

Tableau périodique des éléments - conductivité thermique

Dilatation thermique des éléments

Tableau périodique des éléments - dilatation thermique

Capacité calorifique des éléments

Tableau périodique des éléments - capacité calorifique

Chaleur de fusion des éléments

Tableau périodique des éléments - fusion par chaleur latente

Chaleur de vaporisation des éléments

Tableau périodique des éléments - vaporisation de la chaleur latente

Lanthane – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

Lanthane-résistivité-électrique-susceptibilité-magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur  et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique .

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Lanthane

La résistivité électrique du lanthane est de  615 nΩ⋅m .

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le lanthane conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Lanthane

La susceptibilité magnétique du lanthane est de +118,6e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du lanthane en réponse à un champ magnétique appliqué.

Résistivité électrique des éléments

Tableau périodique des éléments - résistivité électrique

Susceptibilité magnétique des éléments

Application et prix des autres éléments

Lanthane - Comparaison des propriétés et des prix

Tableau périodique en résolution 8K

Autres propriétés du Lanthane