Les lanthanides Les métaux.

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1 Les lanthanides Les métaux

2 Production des métaux La calciothermie: E0 (Ca2+/Ca) < E0(Ln3+/Ln)
lanthanides légers La Ce Pr Nd Gd réduction du chlorure au dessus de 1000°C 2 LnCl3 + 3 Ca  2 Ln + 3 CaCl2 Réaction à l’abri de l’air

3 Réduction métallothermique
creuset en Ta enveloppe en métal matériau isolant charge four

4 isolant

5 Distillation du métal vitre vide refroidissement distillat
écran en tantale colonne distillation creuset en tantale bobine d’induction métal à purifier tube en silice isolant

6 trichlorure trop volatile
A) La calciothermie: 2) lanthanides lourds: Tb Dy Ho Er Tm trichlorure trop volatile réduction du fluorure 2 LnF3 + 3 Ca  2 Ln + 3 CaF2

7 B) Autres réducteurs industriels
1) Obtention du prométhium PmF3 est réduit par Li: E0(Li+/Li) – 3V/ECS < E0(Pm3+/Pm) PmF Li  Pm + 3 LiF 2) Obtention de Eu, Sm et Yb 2 LnCl3 + Ca  2 LnCl2 + CaCl2 Réduction de l ’oxyde par le lanthane Ln2O3 + 2 La  2 Ln + La2O3

8 Préparation d’europium
tube en silice chambre de réduction charge four à induction creuset en Ta résistance chauffante thermocouple

9 cathode en acier ou en graphite
C) Électrolyse Électrolyse de LnCl3/NaCl fondu: forme le mischmétal (mélange de lanthanides légers) anode en graphite 2 Cℓ-  Cℓ2 + 2é cathode en acier ou en graphite Ln3+ + 3é  Ln

10 Électrolyse de CeCℓ3 couvercle graphite refroidisseur à eau gaine
boîtier en Ni sels fondus T= 850°C cathode en Mo cérium métal:pureté 99,7% coupelle graphite foyer

11 Structure des métaux

12 Structure des métaux Tableau général hg cubique mode F ABCABC...
double hexagonal ABACABAC. cubique mode I hexagonal compact ABABAB... hg

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15 Structure du cérium cubique mode F
a = 516 pm r = 182 pm coordinence 12

16 Présentation du cérium
Utilisé pour le crackage dans le raffinage du pétrole, couleur jaune dans les céramiques et verres, filtre les UV sur les pare-brises…

17 Structure du praséodyme double hexagonal
a = 367 pm c = 2366 pm r = 183 pm coordinence 12

18 Présentation du Praséodyme
Utilisé dans les aimants, lasers et couleur verte dans les céramiques et verres, dans la lampes basse-consommation

19 Structure du neodyme double hexagonal
a = 366 pm c = 2358 pm r = 182 pm coordinence 12

20 Présentation du Néodyme
Utilisé dans les aimants permanents (disques durs, turbines éoliennes, moteurs voitures électriques), lasers et couleur violette dans les céramiques et verres

21 Structure du samarium double hexagonal
a = 362 pm c =2625 pm r = 180 pm coordinence = 12

22 Présentation du Samarium
Utilisé dans les aimants, lasers et capture de neutrons, avec d’autres terres rares dans les arcs électriques des projecteurs de l’industrie du cinéma

23 Structure de l’europium cubique mode I
hg a = 458 pm r = 204 pm coordinence 8

24 Présentation de l’europium
Utilisé dans les composés luminescents, lasers et les lampes à vapeur de mercure, les écrans électroniques plasma

25 Structure du gadolinium hexagonal compact
a = 363 pm c = 578 pm r = 180 pm coordinence 12

26 Présentation du Gadolinium
Utilisé dans les aimants, mémoire d’ordinateurs, imagerie médicale

27 Structure du terbium hexagonal compact
a = 360 pm c = 569 pm r = 178 pm coordinence 12

28 Présentation du Terbium
Utilisé pour la couleur verte dans les céramiques et peintures, lasers et lampes fluorescentes, écrans plasma

29 Structure du dysprosium hexagonal compact
a = 359 pm c = 565 pm r = 177 pm coordinence 12

30 Présentation du dysprosium
Utilisé dans les aimants et les lasers, pour fabriquer les CD

31 Structure de l’holmium hexagonal compact
a = 357 pm c = 561 pm r = 176 pm coordinence 12

32 Structure de l’erbium hexagonal compact
a = 356 pm c = 559 pm r = 175 pm coordinence 12

33 Présentation de l’erbium
Utilisé dans les alliages des aciers avec le vanadium, dans les lasers

34 Structure du thulium hexagonal compact
a = 353 pm c = 555 pm r = 174 pm coordinence 12

35 Présentation du thulium
Utilisé dans les équipements portables de RX

36 Structure de l’ytterbium cubique mode F
a = 548 pm r = 194 pm coordinence 12

37 Présentation de l’ytterbium
Utilisé dans les lasers infra-rouges

38 Propriétés des métaux Blanc argenté Plutôt mous
températures de changement d ’état élevées masse volumique, moyenne, suit Z 6 g/cm3 Tfus °C 9,3 g/cm3 5,2 g/cm3

39 Propriétés des métaux A) Action de l’eau: très réactifs:
 oxydes aqueux + H2 2 Ln + 3 H2O  Ln2O3 + 3 H2 (lent à froid, rapide à chaud)

40 B) Action de l’air  Ln2O3 + LnN lent à froid, brûlent à T>150°C la poudre est pyrophorique C) Avec les non métaux  composés binaires par chauffage LnN Ln2S3 LnC2 LnB6 D) Avec l’hydrogène (exothermique) hydrures LnH2 et LnH3 souvent non stœchiométriques

41 E) Solutions dans l ’ammoniac liquide
Eu et Yb donnent des solutions bleues qui absorbent fortement à 150 nm présence d ’électrons solvatés et de cations Ln2+: Eu  Eu2+ + 2esolvatés Eu + 2 NH3  Eu(NH2)2 + H2 lent à froid

42 Utilisation des métaux
Mischmétal: additif (<1%) dans aciers inox désoxydant, prévient la corrosion (plaques , tuyaux, ...) Alliages avec Mg, Al, Ni,... augmentent les performances pour des applications nouvelles

43 Utilisation des métaux
Mischmétal pyrophorique: pierres à briquet

44 Rare Earth Permanent Magnet/Metal Hydride Melting Furnace