Praséodyme

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Praséodyme
CériumPraséodymeNéodyme
   
 
59
Pr
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Pr
Pa
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Praséodyme, Pr, 59
Série chimique Lanthanides
Groupe, période, bloc L/A, 6, f
Masse volumique 6,773 g·cm-3 [1]
Couleur blanc argenté
No CAS 7440-10-0
Propriétés atomiques
Masse atomique 140,90766 ± 0,00002 u[1]
Rayon atomique (calc) 185 pm (247 pm)
Rayon de covalence 2,03 ± 0,07 Å [2]
Configuration électronique [Xe] 4f3 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 21, 8, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde basique
Structure cristalline Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 931 °C [1]
Point d’ébullition 3 520 °C [1]
Énergie de fusion 6,89 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 296,8 kJ·mol-1
Volume molaire 20,8×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 1,333224×10-6 Pa (1 193 K)
Vitesse du son 2 280 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,13
Chaleur massique 193 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,48×106 S·m-1
Conductivité thermique 12,5 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[3]
1re : 5,473 eV 2e : 10,55 eV
3e : 21,624 eV 4e : 38,98 eV
5e : 57,53 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
141Pr 100 % stable avec 82 neutrons
142Pr {syn.} 19,12 h β-
ε
2,162
0,745
142Nd
142Ce
143Pr {syn.} 13,57 j β- 0,934 MeV 143Nd
Précautions
Directive 67/548/EEC[4]
Facilement inflammable
F



SGH[4]
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, P222, P231, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Praséodyme

Le praséodyme est un élément chimique, de symbole Pr et de numéro atomique 59.

Le praséodyme est un métal gris argent du groupe des terres rares. Il fait partie de la famille des lanthanides. À température ambiante, il est ductile, malléable et s'oxyde lentement à l'air. On le conserve dans de l'huile minérale, car il réagit fortement avec l'eau.

Son nom vient des mots grecs prason (πράσον - « le poireau ») et didymos (δίδυμος - « jumeau »), en raison de la couleur verte de son nitrate.

En effet, les chimistes ont longtemps cru que le mélange d'oxyde de praséodyme-néodyme était un corps simple jusqu'à ce que Carl Auer von Welsbach les sépare en 1885.

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

Le praséodyme est un métal doux, argenté, malléable et ductile du groupe des lanthanides. Il est un peu plus résistant à la corrosion dans l'air que l'europium, le lanthane, le cérium et le néodyme mais il produit une couche verte d'oxyde peu adhérente qui éclate lorsqu'elle est exposée à l'air[5]. Le métal est ainsi exposé de nouveau à l'oxydation. On conserve donc, en général, le praséodyme, sous huile ou en ampoules scellées.

Au contraire d'autres métaux de terres rares qui se montrent antiferromagnétiques et/ou ferromagnétiques à basse température, Pr est paramagnétique à n'importe quelle température supérieure à 1 K[6].

Propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

Le praséodyme métallique ternit lentement à l'air et brûle à 150 °C pour former les oxydes de praséodyme (III et IV):

12 Pr + 11 O2 → 2 Pr6O11

Le praséodyme est relativement électropositif et réagit lentement avec de l'eau froide et plus rapidement avec de l'eau chaude pour former l'hydroxyde de praséodyme :

2 Pr (s) + 6 H2O (l) → 2 Pr(OH)3 (aq) + 3 H2 (g)

Le praséodyme métallique réagit avec tous les halogènes.

2 Pr (s) + 3 F2 (g) → 2 PrF3 (s) [vert]
2 Pr (s) + 3 Cl2 (g) → 2 PrCl3 (s) [vert]
2 Pr (s) + 3 Br2 (g) → 2 PrBr3 (s) [vert]
2 Pr (s) + 3 I2 (g) → 2 PrI3 (s) [vert]

Il se dissout facilement dans l'acide sulfurique dilué pour constituer une solution qui contient les ions verts de Pr(III) sous forme de complexes [Pr(H2O)9]3+

2 Pr (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Pr3+(aq) + 3 SO42- (aq) + 3 H2 (g)

Composés[modifier | modifier le code]

Dans ses composés, le praséodyme se présente dans les états +2, +3 et/ou +4. Le praséodyme (IV) est un oxydant puissant, il oxyde l'eau instantanément en oxygène (O2) ou l'acide chlorhydrique en chlore. Ainsi en solution aqueuse, l'état d'oxydation +3 est le maximum.
Les sels de praséodyme sont jaune verdâtre et, en solution, montrent un simple spectre d'absorption dans la région visible avec une bande dans le jaune orangé à 589-590 nm et trois bandes dans la région bleu/violet à 444, 468 et 482 nm environ. Ces positions varient légèrement selon le contre-ion. L'oxyde de praséodyme lorsqu'il est obtenu par calcination de sels comme l'oxalate ou le carbonate dans l'air est de couleur noire (avec des reflets brun-vert) et contient du praséodyme +3 et +4 dans une proportion variable dépendant des conditions de la réaction. Sa formule est conventionnellement écrite : Pr6O11.

Autres composés du praséodyme[modifier | modifier le code]

Isotopes[modifier | modifier le code]

Naturellement, le praséodyme est composé d'un isotope stable, le 141Pr. Trente huit radioisotopes ont été caractérisés dont le plus stable est 143Pr avec une demi-vie de 13,57 jours et 142Pr avec une demi-vie de 19,12 heures. Tous les autres isotopes radioactifs ont une demi-vie moindre que 5,985 heures et la majorité a une demi-vie moindre que 33 secondes. Cet élément a aussi six isomères nucléaires, les plus stables étant 138mPr (t½ 2,12 heures), 142mPr (t½ 14,6 minutes) and 134mPr (t½ 11 minutes).

La plage de poids atomiques des isotopes va de 120,955 u (121Pr) à 158,955 u (159Pr). Le premier type de désintégration avant l'isotope stable, 141Pr, est une capture électronique et le premier type après cet isotope est une radioactivité bêta. Le premier produit de radioactivité avant 141Pr sont les isotopes de l'élément 58 (cérium) et les produits primaires après 141Pr sont les isotopes de l'élément 60 (néodyme).

Histoire[modifier | modifier le code]

En 1841, Carl Gustaf Mosander sépare la terre rare didymium de l'oxyde de lanthane. En 1874, Per Teodor Cleve découvre que le dydimium est en fait deux éléments et, en 1879, Lecoq de Boisbaudran isole une nouvelle terre, le samarium du didymium extrait du minerai samarskite. En 1885, le chimiste autrichien, baron Carl Auer von Welsbach, sépare le didymium en deux éléments le praséodyme et le néodyme qui donnent des sels de couleurs différentes.

Dans la fin des années 1920, Leo Moser (fils de Ludwig Moser, fondateur de la cristallerie Moser à l'actuelle Karlovy Vary, en République tchèque (à ne pas confondre avec Leo Moser, le mathématicien) recherche l'utilisation du praséodyme dans la coloration du verre. Il en résulte un verre jaune-vert qu'il nomme "Prasemit". Cependant, la même couleur peut être atteinte avec des colorants coûtant une petite fraction du coût de celui à base de praséodyme. Moser a aussi mélangé le praséodyme avec du néodyme pour produire le verre "Heliolite" qui fut plus accepté. Le premier emploi commercialement important de praséodyme purifié et qui continue encore aujourd'hui est la coloration de la céramique.

Par séparation classique, il est difficile de purifier le praséodyme. Beaucoup moins abondant que le lanthane et le néodyme dont il doit être séparé, le praséodyme est dispersé dans une grand nombre de fractions et le rendement de la purification est faible. Historiquement, l'offre de praséodyme a toujours dépassé la demande, c'est pourquoi il est parfois offert moins cher que le néodyme plus abondant. Inutilisé tel quel, le praséodyme a été souvent utilisé en mélange avec le lanthane et le cérium. Ce mélange est appelé "LCP" selon les premières lettres de ses composants ; remplaçant les mélanges traditionnels de lanthanides, il est produit à partir de la monazite ou de la bastnäsite, LCP étant ce qui reste après extraction par solvant du néodyme recherché et de toutes les terres plus lourdes, plus rares et de plus grande valeur. Cependant LC (le mélange simple de lanthane et de cérium) commence à supplanter LCP.

Origine[modifier | modifier le code]

Le praséodyme est contenu en petites quantités dans la croûte terrestre (9,5 ppm). On le trouve dans les minerais de terres rares monazite et bastnäsite. On l'extrait de ces minerais par échange d'ions ou extraction par solvant à contre-courant.

Utilisations[modifier | modifier le code]

  • Pierre à briquet : le praséodyme entre dans la composition du mischmétal, base des pierres à briquet.
  • Colorant du verre : il colore le verre en vert. En combinaison avec le néodyme, il colore les verres de protection solaire jusqu'aux lunettes de soudeur.
  • Colorant pour céramiques : les pigments zircon (ZrSiO4) dopés au Pr donnent un jaune vif éclatant. Dans la fluorine (CaF2), le praséodyme donne une couleur rouge.
  • Autres utilisations : dans les aimants permanents, en alliage avec le cobalt en substitution du samarium dans les phases Sm1-xPrxCo5. En additif dans les verres optiques « flint ». Comme composant de catalyseur dans l'industrie du pétrole.
  • Amplificateur EDFA : une fibre optique dopée au praséodyme entre dans la composition d'un amplificateur optique de type EDFA.
  • Compositions réfractaires
  • Allié avec du nickel, le praséodyme a un fort effet magnétocalorique, cela a permis aux scientifiques de s'approcher à moins d'un millième de degré du zéro absolu.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,‎ 2009, 89e éd., p. 10-203
  4. a et b SIGMA-ALDRICH
  5. (en) « Rare-Earth Metal Long Term Air Exposure Test » (consulté le 2009-08-08)
  6. M. Jackson "Magnetism of Rare Earth" The IRM quarterly col. 10, No. 3, p. 1, 2000

Sur les autres projets Wikimedia :

  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés