# Óxido de lantano(III)

El óxido de lantano(III), de fórmula química La$_2$O$_3$, es un compuesto químico que contiene el elemento lantano, perteneciente a las tierras raras(nombre con el que se conocen 17 elementos químicos diferentes y 15 elementos lantánidos), y el oxígeno. Se utiliza para elaborar materiales ferroeléctricos, y en materiales ópticos. La producción se realiza fundamentalmente a escala de laboratorio.

## Propiedades

La$_2$O$_3$ 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 La$_2$O$_3$ 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. La$_2$O$_3$ 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 La$_2$O$_3$ tiene una estructura cristalina hexagonal A-M$_2$O$_3$ . El ion metálico La$^{3+}$ 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 Por otro lado, a altas temperaturas el óxido de lantano(III), se convierte en una estructura cristalina cúbica CM$_2$O$_3$. El ion La$^{3+}$ está rodeado por un grupo coordinado de seis iones O$^{2-}$ (iones óxido)

## Síntesis

Se han preparado diferentes formas cristalinas del óxido de lantano(III).
Para producir La$_2$O$_3$ hexagonal, se rocía una solución 0,1 M de LaCl$_3$ sobre un sustrato precalentado, generalmente de calcogenuro de metal El proceso puede ser visto como una etapa en dos pasos - una hidrólisis seguida por una deshidratación.:
    2 LaCl$_3$ + 3 H$_2$O → La(OH)$_3$ + 3 HCl
    2 La(OH)$_3$ + calor → La$_2$O$_3$ + 3 H$_2$O
Una ruta alternativa para obtener La$_2$O$_3$ hexagonal implica la precipitación de La(OH)$_3$ en disolución acuosa mediante una combinación de NH$_3$ al 2,5% y el surfactante dodecilsulfato de sodio seguido de calentamiento y agitación durante 24 horas a 80 °C:
    2 LaCl$_3$+ 3 H$_2$O + 3 NH$_3$ → La(OH)$_3$ + 3 NH$_4$Cl
    LaCl$_3$·3H$_2$O → La$_2$O$_3$
Existen otras rutas de reacción alternativas, a partir de sulfuro de lantano(III) o de sulfato de lantano(III):
    2 La$_2$S$_3$ + 3 CO$_2$ → 2 La$_2$O$_3$ + 3 CS$_2$
    2 La$_2$(SO$_4$)$_3$ + calor → 2 La$_2$O$_3$ + 6 SO$_3$

## Reacciones

El óxido de lantano se utiliza para elaborar materiales ferroeléctricos, como La-dopado Bi$_4$Ti$_3$O$_{12}$ (BLT). El óxido de lantano también se utiliza en materiales ópticos, a menudo los vidrios ópticos están dopados con La$_2$O$_3$ para mejorar el índice de refracción del vidrio, su durabilidad química y su resistencia mecánica.
    3 B$_2$O$_3$ + La$_2$O$_3$ → 2 La(BO$_2$)$_3$
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. La adición de la La$_2$O$_3$ 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 La$_2$O$_3$ 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. La$_2$O$_3$ es un ingrediente para la fabricación de materiales piezoeléctricos y termoeléctricos. Los convertidores de gases de escape de los automóviles contienen La$_2$O$_3$. El La$_2$O$_3$ 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.
La$_2$O$_3$ ha sido estudiado por la reacción llamada acoplamiento oxidativo del metano.
Las películas de La$_2$O$_3$ 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.