Lanthanide

Définition

Un lanthanide est une terre rare métallique de numéros atomiques 57 à 71 dans un tableau périodique, allant du lanthane jusqu'au lutécium. Les 15 lanthanides (qui, avec les actinides, sont parfois appelés métaux des terres rares) constituent un groupe spécial d'éléments métalliques, généralement indiqués dans le tableau périodique comme la première rangée d'un bloc séparé, sous les métaux de transition.

Les lanthanides dans la table périodique :

15 lanthanides sont présents dans une table périodique avec les éléments chimiques suivants : lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, ytterbium, lutécium.

Explications

Les lanthanides, récemment appelés préférentiellement lanthanoïdes par l'IUPAC, forment une série de 15 éléments de numéro atomique 57 à 71. Collectivement, les éléments sont parfois désignés par le symbole Ln.

Tous les éléments lanthanoïdes ont un électron de valence dans la couche 5d. Ils partagent des propriétés communes avec le premier élément du groupe, le lanthane. Les lanthanides sont des métaux réactifs de couleur argentée. L'état d'oxydation le plus stable pour les atomes de lanthanide est +3, mais les états d'oxydation +2 et +4 sont également courants.

Bien que les lanthanides soient parfois appelés les terres rares, les éléments ne sont pas particulièrement rares. Cependant, ils sont difficiles à séparer les uns des autres.

Utilisations

Les lanthanides sont un groupe spécial de métaux indispensables pour les applications dans les matériaux avancés, la catalyse, l'imagerie biomédicale et les lasers.

Les lanthanides ou éléments de terres rares sont particulièrement utiles dans les analyses géologiques, car leurs propriétés chimiques similaires mais leur rayon ionique décroissant en douceur en font des traceurs idéaux pour de nombreux processus géologiques et environnementaux.

Présence dans l'environnement

Les lanthanides peuvent être trouvés dans la croûte terrestre à une large gamme de concentrations. Par exemple, le thulium est présent à seulement 0,5 ppm, tandis que le lanthane et le cérium sont présents à 30 et 60 ppm, respectivement.

Les formes minéralisées des lanthanides qui présentent le plus grand intérêt commercial et minier sont la monazite, la bastnaésite et la cérite.

Les formes commerciales les plus courantes des lanthanides sont les oxydes et les carbonates, qui ont une faible solubilité et mobilité. En revanche, les chlorures, nitrates et acétates de lanthanides, en raison de leur grande solubilité, sont plus susceptibles de s'infiltrer dans les eaux souterraines et les eaux de surface.

Exposition environnementale

L'exposition environnementale aux lanthanides est bien connue en Chine, où les lanthanides sont utilisés comme engrais. Des composés de lanthanide se trouvent également dans les eaux usées provenant de l'extraction de métaux précieux (par exemple, l'extraction de l'or ou de l'uranium).

Les activités minières et le raffinage des lanthanides ont des conséquences environnementales imprévues, notamment :

1. certains minerais contiennent naturellement de l'uranium et du thorium qui présentent une légère radioactivité naturelle et peuvent être présents dans les déchets et/ou les produits lanthanides ;
2. le raffinage nécessite des acides, qui solubilisent les lanthanides, augmentant la biodisponibilité et le devenir et le transport potentiels dans l'eau et dans le sol.

Au cours de la dernière décennie, l'utilisation accrue des lanthanides dans de nouvelles industries a accru l'exposition environnementale et humaine potentielle à ces composés chimiques.

L'exposition environnementale potentielle, la toxicité humaine et l'écotoxicité des lanthanides dépendent beaucoup de leur biodisponibilité qui est liée à leur forme (complexée ou libre) et à leur solubilité.

Biochimie

La biochimie des lanthanides a connu un renouveau ces dernières années grâce à la découverte de nouvelles plateformes biomoléculaires susceptibles de se lier, de séquestrer ou de transporter des ions lanthanides.

Cela a intrinsèquement créé un besoin de méthodes physico-chimiques qui rendent compte des systèmes macromoléculaires contenant des lanthanides. L'utilisation de méthodes spectrophotométriques pour étudier la stabilité des complexes lanthanide-macromolécule en solution devient connue.

En effet, les ions lanthanides ont des propriétés spectrales uniques dans les domaines ultraviolet, visible et proche infrarouge qui les distinguent des éléments les plus courants rencontrés en biochimie, et ces caractéristiques uniques peuvent être exploitées pour étudier, de manière quantitative et robuste, la chimie en solution de leurs espèces biopertinentes (Kd, stabilité du pH, profil de température, etc.).

Dans les protéines

Étant donné que les ions lanthanides peuvent se substituer au Ca²⁺ dans différentes protéines, il a été suggéré que la spectroscopie de dichroïsme circulaire magnétique des protéines substituées par des lanthanides pourrait être utilisée pour sonder les sites actifs Ca²⁺ de ces protéines.

Le fait que les sites actifs Ca²⁺ soient sondés par spectroscopie de luminescence après substitution Eu3+ ou Tb3+, et la sensibilité du spectre de dichroïsme circulaire magnétique vis-à-vis de petits changements dans l'environnement des ions lanthanides coordonnés, suggèrent que le dichroïsme circulaire magnétique pourrait être une bonne technique pour étudier le structure du site métal-ion.

Dans le passé, plusieurs études de dichroïsme circulaire magnétique ont été consacrées aux ions lanthanides (principalement Nd3+) liés aux protéines, mais ces études étaient de nature qualitative, soulignant les différences des spectres de Dichroïsme Circulaire Magnétique des ions lanthanides en solution aqueuse et des protéines– complexes de lanthanides.

L'utilisation de la spectroscopie de dichroïsme circulaire magnétique des ions lanthanides en chimie bioinorganique a été examinée, mais il y a eu peu d'activité dans ce domaine de recherche.

En rapport avec "lanthanide"

• tableau périodique

  

  Le tableau périodique des éléments est un arrangement des éléments chimiques sous la forme d'une table, ordonnée par leur nombre atomique (nombre de protons)...

• terre rare

  

  Les métaux d'une terre rare comprennent les éléments chimiques du sous-groupe 3 de la classification périodique (à l'exception de l'actinium)...

• ytterbium

  

  L'ytterbium est le nom d'une terre rare du groupe des lanthanides, de symbole chimique Yb, de masse atomique 173,04 et de numéro atomique 70.