Óxido de lantano(III)

El óxido de lantano(III), de fórmula química La₂O₃, es un compuesto químico que contiene el elemento lantano, perteneciente a las tierras raras, y el oxígeno. Se utiliza para elaborar materiales ferroeléctricos, y en materiales ópticos. La producción se realiza fundamentalmente a escala de laboratorio.

Óxido de lantano(III)
Nombre IUPAC
Trióxido de dilantano
General
Otros nombres	Sesquióxido de lantano Lantana
Fórmula semidesarrollada	La2O3
Fórmula molecular	?
Identificadores
Número CAS	1312-81-8^[1]​
Número RTECS	OE5330000
ChemSpider	2529886
UNII	4QI5EL790W
InChI InChI=InChI=1S/2La.3O/q2*+3;3*-2 Key: MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Apariencia	Polvo blanco, higroscópico
Densidad	6510 kg/m³; 651 g/cm³
Masa molar	325,81 g/mol
Punto de fusión	2590 K (2317 °C)
Punto de ebullición	4500 K (4227 °C)
Estructura cristalina	Hexagonal, hP5
Propiedades químicas
Solubilidad en agua	Insoluble
Peligrosidad
NFPA 704	1 1 W
Frases R	R36/37
Frases S	S26, S22, S37/39
Riesgos
Riesgos principales	Irritante
Compuestos relacionados
Otros cationes	Óxido de escandio(III) Óxido de ytrio(III) Óxido de actinio(III)
Otros compuestos	Óxido de lantano y aluminio, LaSrCoO4
Valores en el SI y en condiciones estándar (25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
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Propiedades

 

Óxido de lantano(III) en polvo

La₂O₃ tiene la banda prohibida más grande entre los óxidos de las tierras raras con un valor de 4,3 eV, mientras que también tiene la energía reticular más baja, con una constante dieléctrica muy alta, ε = 27. Estas propiedades hacen que La₂O₃ sea ampliamente utilizado en la industria, así como en el laboratorio de investigación. El óxido de lantano(III) es un sólido blanco, inodoro, que es insoluble en agua, pero soluble en ácidos diluidos. Dependiendo del pH del compuesto, se puede obtener diferentes estructuras cristalinas. La₂O₃ es higroscópico: si se expone al aire, el óxido de lantano absorbe la humedad con el tiempo y se convierte en hidróxido de lantano. El óxido de lantano tiene propiedades semiconductoras de tipo-p, debido a que su resistencia eléctrica disminuye al aumentar la temperatura. A temperatura ambiente su resistividad media es de 10 kW·cm.

Estructura

A bajas temperaturas, el compuesto La₂O₃ tiene una estructura cristalina hexagonal A-M₂O₃ . El ion metálico La³⁺ está rodeado por un grupo de 7 iones O^2-, los iones oxígeno se encuentran distribuidos de forma octaédrica alrededor del átomo de metal y falta un ion oxígeno sobre una de las caras octaédricas^[2]​ Por otro lado, a altas temperaturas el óxido de lantano(III), se convierte en una estructura cristalina cúbica CM₂O₃. El ion La³⁺ está rodeado por un grupo coordinado de seis iones O^2- (iones óxido)^[3]​

Síntesis

Se han preparado diferentes formas cristalinas del óxido de lantano(III).

Para producir La₂O₃ hexagonal, se rocía una solución 0,1 M de LaCl₃ sobre un sustrato precalentado, generalmente de calcogenuro de metal^[4]​ El proceso puede ser visto como una etapa en dos pasos - una hidrólisis seguida por una deshidratación.:

2 LaCl₃ + 3 H₂O → La(OH)₃ + 3 HCl

2 La(OH)₃ + calor → La₂O₃ + 3 H₂O

Una ruta alternativa para obtener La₂O₃ hexagonal implica la precipitación de La(OH)₃ en disolución acuosa mediante una combinación de NH₃ al 2,5% y el surfactante dodecilsulfato de sodio seguido de calentamiento y agitación durante 24 horas a 80 °C:

2 LaCl₃+ 3 H₂O + 3 NH₃ → La(OH)₃ + 3 NH₄Cl

LaCl₃·3H₂O → La₂O₃

Existen otras rutas de reacción alternativas, a partir de sulfuro de lantano(III) o de sulfato de lantano(III):

2 La₂S₃ + 3 CO₂ → 2 La₂O₃ + 3 CS₂

2 La₂(SO₄)₃ + calor → 2 La₂O₃ + 6 SO₃

Reacciones

El óxido de lantano se utiliza para elaborar materiales ferroeléctricos, como La-dopado Bi₄Ti₃O₁₂ (BLT). El óxido de lantano también se utiliza en materiales ópticos, a menudo los vidrios ópticos están dopados con La₂O₃ para mejorar el índice de refracción del vidrio, su durabilidad química y su resistencia mecánica.

3 B₂O₃ + La₂O₃ → 2 La(BO₂)₃

Cuando esta reacción 1:3 se mezcla con un compuesto de vidrio, el alto peso molecular del lantano provoca un aumento de la mezcla homogénea de la masa fundida que lleva a un punto de fusión más bajo.^[5]​ La adición de la La₂O₃ al vidrio fundido conduce a una temperatura de transición vítrea más alta, de 658 °C a 679 °C. La adición también conduce a valores más altos de densidad, microdureza, y del índice de refracción del vidrio.

Usos y aplicaciones

El La₂O₃ se utiliza para fabricar lentes ópticas, a las que este óxido confiere mayor densidad, índice de refracción y dureza. Junto con los óxidos de wolframio, de tántalo, y de torio, La2O3 mejora la resistencia del vidrio al ataque de álcalis. La₂O₃ es un ingrediente para la fabricación de materiales piezoeléctricos y termoeléctricos. Los convertidores de gases de escape de los automóviles contienen La₂O₃.^[6]​ El La₂O₃ también se utiliza en las pantallas intensificadoras para proyección de imágenes de rayos X, fósforos o sustancias luminiscentes, así como en cerámicas dieléctricas y conductoras.

La₂O₃ ha sido estudiado por la reacción llamada acoplamiento oxidativo del metano.^[7]​

Las películas de La₂O₃ pueden ser depositadas por muchos métodos diferentes, incluyendo: deposición química de vapor, oxidación térmica, pulverización catódica y pirólisis de pulverización. Las deposiciones de estas películas se presentan en una gama de temperaturas de 250-450 °C. Películas policristalinas se forman a 350 °C.^[4]​

Referencias

1. Número CAS
2. Wells, AF (1984). Estructurales Química Inorgánica. Oxford: Clarendon Press. p. 546. .
3. Wyckoff, GTR (1963). Crystal Structures: Inorganic Compounds RXn, RnMX2, RnMX3. Nueva York: Interscience Publishers. 
4. Kale, S.S.; Jadhav, K.R.; Patil, P.S.; Gujar, T.P.; Lokhande, C.D. (2005). «Characterizations of spray-deposited lanthanum oxide (La2O3) thin films». Materials Letters 59: 3007. doi:10.1016/j.matlet.2005.02.091. 
5. Vinogradova, N. N.; Dmitruk, L. N.; Petrova, O. B. (2004). «Glass Transition and Crystallization of Glasses Based on Rare-Earth Borates». Glass Physics and Chemistry 30: 1. doi:10.1023/B:GPAC.0000016391.83527.44. 
6. Cao, J; Ji, H; Liu, J; Zheng, M; Chang, X; Ma, X; Zhang, A; Xu, Q (2005). «Controllable syntheses of hexagonal and lamellar mesostructured lanthanum oxide». Materials Letters 59: 408. doi:10.1016/j.matlet.2004.09.034. 
7. O.V. Manoilova et al. (2004). «Surface Acidity and Basicity of La2O3, LaOCl, and LaCl3 Characterized by IR Spectroscopy, TPD, and DFT Calculations». J. Phys. Chem. B 108: 15770. doi:10.1021/jp040311m. 

• Bedoya, C. "MOCVD of Lanthanum Oxides from La(tmhd)3 and La(tmod)3 Precursors: A Thermal and Kinetic Investigation." Chemical Vapor Deposition. 12 (2006): 46-53.
• Imanaka, Nobuhito. "Preparation of the cubic-type La2O3 phase by thermal decomposition of LaI3." Journal of Solid State Chemistry. 178 (2005): 395-398.
• "Lanthanum oxide." The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biological. 11th ed. 1989.
• Veldurthy, B. "Magnesium-Lanthanum Mixed Metal Oxide: A Strong Solid Base for the Michael Addition Reaction." Adv. Synth. Catal. 347 (2005): 767-771.
• "Lanthanum oxide." Encyclopedia of Chemical Reactions. 1951.

Enlaces externos

• Datos sobre el lantano (en inglés)
• Ficha de seguridad MSDS 1. (en inglés)
• . (en inglés)

•   Datos: Q417250
•   Multimedia: Lanthanum(III) oxide / Q417250