Prométhium

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Prométhium
NéodymeProméthiumSamarium
   
 
61
Pm
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Pm
Np
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Prométhium, Pm, 61
Série chimique Lanthanides
Groupe, période, bloc L/A, 6, f
Masse volumique 7,264 g·cm-3 (25 °C)[1]
Couleur blanc argenté
No CAS 7440-12-2 [2]
No EINECS 231-121-9
Propriétés atomiques
Masse atomique 145 u
Rayon atomique (calc) 185 pm (205 pm)
Rayon de covalence 1,99 Å [3]
Configuration électronique [Xe] 4f5 6s2
 
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 23 ,8, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde basique
Structure cristalline Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 042 °C [1]
Point d’ébullition 3 000 °C (estimation)[1]
Énergie de fusion 86,7 kJ·mol-1
Volume molaire 20,23×10-6 m3·mol-1
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,13
Chaleur massique 180 J·kg-1·K-1
Conductivité thermique 17,9 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 5,582 eV 2e : 10,90 eV
3e : 22,3 eV 4e : 41,1 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
145Pm {syn.} 17,7 ans ε 0,163 145Nd
146Pm {syn.} 5,53 ans ε
β-
1,472
1,542
146Nd
146Sm
147Pm traces
{syn.}
2,6234 ans β- 0,224 147Sm
Précautions
Élément radioactif
Élément radioactif
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le prométhium (anciennement prométhéum puis promethium) , est un élément chimique, de symbole Pm et de numéro atomique 61. Avec le technétium, il est l'un des deux seuls éléments plus légers que le bismuth à n'avoir aucun isotope stable. Ce lanthanide est présent dans le milieu naturel à l'état de traces comme produit de fission spontanée de l'uranium 238 et de désintégration α de l'europium 151 : ces deux sources entretiendraient une masse totale de prométhium naturel sur Terre de 560 g et 12 g respectivement[5]. Il est notamment présent dans le minerai d'uranium à hauteur de 4 g pour 1012 tonnes de pechblende[6]. On l'a identifié également parmi les raies spectrales de l'étoile HR 465 de la constellation d'Andromède, et peut-être aussi dans celles de l'étoile de Przybylski (HD 101065) et de l'étoile HD 965[7].

Le nom de cet élément provient de Prométhée, un Titan de la mythologie grecque qui a volé le feu aux dieux.

Caractéristiques notables[modifier | modifier le code]

Le prométhium est un émetteur de particules bêta, il n'émet pas de rayonnement gamma. On ne connaît toujours pas bien les propriétés du prométhéum métallique, mais deux formes allotropiques existent. Les sels de prométhium, par exemple le mélange de 147Pm2O et de ZnS/Cu2+, sont faiblement luminescents dans le noir avec une lueur bleue ou verte causée par leur haute radioactivité.

Applications[modifier | modifier le code]

L'élément ne possède pas d'autre application courante que les composés luminescents du fait de sa radioactivité. Son utilisation comme source de chaleur et donc d'électricité dans les applications spatiales est présentement à l'étude [réf. nécessaire] ainsi que son usage en tant que source potentielle de rayons X portable.

Histoire[modifier | modifier le code]

Prédiction[modifier | modifier le code]

L'existence du prométhium a d'abord été prédite par Bohuslav Brauner en 1902[8]. Au cours de ses recherches sur les propriétés chimiques des terres rares, Il trouve des différences entre le néodyme et le samarium plus fortes qu'entre d'autres lanthanides voisins[8]. Cette prédiction a été soutenue en 1914 par Henry Moseley qui, ayant découvert que le numéro atomique est une propriété des éléments expérimentalement mesurable, a constaté qu'aucun élément connu n'avait numéro atomique 61[9]. Avec la connaissance de cette lacune dans le tableau périodique des éléments, plusieurs groupes ont commencé à rechercher l'élément 61 parmi les autres terres rares dans le milieu naturel[9].

Florentium et Illinium[modifier | modifier le code]

La première déclaration d'une découverte a été publiée par les scientifiques italiens Luigi Rolla et Lorenzo de Florence Fernandes. Après la séparation d'un concentré de nitrate de didyme issu de monazite brésilienne par cristallisation fractionnée, ils obtiennent une solution contenant principalement du samarium. Cette solution donne un spectre en rayons X attribué au samarium et à l'élément 61. En l'honneur de leur ville, ils nomment l'élément 61 Florentium. Les résultats ont été publiés en 1926, mais les scientifiques ont déclaré que les expériences avaient été effectuées en 1924[10],[11],[12],[13],[14],[15].

Également en 1926, un groupe de scientifiques de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Smith Hopkins et Len Yntema publient la découverte de l'élément 61. Ils l'appelle illinium, d'après le nom de leur université[16],[17],[18].

Ces deux découvertes sont maintenant connues pour être erronées car il n'y a pas d'isotopes stables ou de longue demi-vie du prométhium, il n'y avait donc pas à trouver dans ces sources.

Véritable prométhium[modifier | modifier le code]

Le prométhium a été produit et caractérisé pour la première fois en 1945, à l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennessee, par Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin et Charles D. Coryell en séparant et analysant les produits de fission de l'uranium irradié dans un réacteur graphite X-10 (en). Cependant, étant trop occupés par les recherches militaires liées à la Seconde Guerre mondiale, ils n'annoncent leur découverte qu'en 1947[19]. Le nom prométhium est dérivé de Prométhée, un Titan de la mythologie grecque, qui vola le feu de l'Olympe et l'offrit à l'humanité. Ce nom a été suggéré par Grace Marie Coryell, l'épouse de Charles Coryell, qui estima qu'ils avaient volé le feu aux dieux.

En 1963, des techniques d'échange d'ions sont utilisées à l'ORNL pour préparer une dizaine de grammes de prométhéum à partir des déchets de réacteurs nucléaires[20],[21].

Aujourd'hui, en 2012, le prométhium est encore récupéré comme sous-produit de fission de l'uranium. Il peut être également obtenu en bombardant du néodyme 146, 146Nd, avec des neutrons ce qui le transforme en 147Nd qui se désintègre par émission β , avec une demi-vie de 11 jours, en prométhium 147, 147Pm.

Influences culturelles[modifier | modifier le code]

  • Une substance appelée Prométhium est utilisée dans l'univers fictif du jeu de figurines Warhammer 40,000 et fait office de carburant extrêmement inflammable.
  • Prométhium est le nom de la reine de l'Empire Mécanique dans l'univers de Leiji Matsumoto. Elle apparait dans la série Galaxy Express 999.
  • L'élément 61 est l'enjeu du roman "Lost Temple" de Tom Harper (Arrow Books, 2007).
  • Dans le MMORPG Runescape, un métal du nom de prométhium peut être retrouvé.
  • Dans la série télévisée américaine Terra Nova, les disques durs sont à base de prométhium, métal en pénurie [22].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c (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. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (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)
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,‎ 2009, 89e éd., p. 10-203
  5. (en) P. Belli, R. Bernabei, F. Cappella, R. Cerulli, C.J. Dai, F.A. Danevich, A. d’Angelo, A. Incicchitti, V.V. Kobychev, S.S. Nagorny, S. Nisi, F. Nozzoli, D. Prosperi, V.I. Tretyak, S.S. Yurchenko, « Search for α decay of natural Europium », Nuclear Physics A, vol. 789,‎ 2007, p. 15-29 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001)
  6. (en) Moses, Jr. Attrep, « Promethium in pitchblende », Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, vol. 30, no 3,‎ mai 1968, p. 699-703 (DOI 10.1016/0022-1902(68)80427-0)
  7. (en) C. R. Cowley, W. P. Bidelman, S. Hubrig, G. Mathys, and D. J. Bord, « On the possible presence of promethium in the spectra of HD 101065 (Przybylski's star) and HD 965 », Astronomy & Astrophysics, vol. 419,‎ 2004, p. 1087-1093 (DOI 10.1051/0004-6361:20035726)
  8. a et b (en) Michael Laing, « A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned », Foundations of Chemistry, vol. 7, no 3,‎ 2005, p. 203–233 (DOI 10.1007/s10698-004-5959-9)
  9. a et b American Chemical Society, "Separation of Rare Earth Elements"
  10. (en) Luigi Rolla et Lorenzo Fernandes, « Über das Element der Atomnummer 61 », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 157,‎ 1926, p. 371 (DOI 10.1002/zaac.19261570129)
  11. (en) Noyes, W. A., « Florentium or Illinium? », Nature, vol. 120, no 3009,‎ 1927, p. 14 (DOI 10.1038/120014c0, Bibcode 1927Natur.120...14N)
  12. (en) Rolla, L. et L. Fernandes, « Florentium or Illinium? », Nature, vol. 119, no 3000,‎ 1927, p. 637 (DOI 10.1038/119637a0, Bibcode 1927Natur.119..637R)
  13. (en) Rolla, Luigi et Lorenzo Fernandes, « Florentium. II », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 169,‎ 1928, p. 319 (DOI 10.1002/zaac.19281690128)
  14. (en) Rolla, Luigi et Lorenzo Fernandes, « Florentium », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 163,‎ 1927, p. 40 (DOI 10.1002/zaac.19271630104)
  15. (en) Rolla, Luigi et Lorenzo Fernandes, « Über Das Element der Atomnummer 61 (Florentium) », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 160,‎ 1927, p. 190 (DOI 10.1002/zaac.19271600119)
  16. (en) Harris, J. A., L. F. Yntema et B. S. Hopkins, « The Element of Atomic Number 61; Illinium », Nature, vol. 117, no 2953,‎ 1926, p. 792 (DOI 10.1038/117792a0, Bibcode 1926Natur.117..792H)
  17. (en) Brauner, BOHUSLAV, « The New Element of Atomic Number 61: Illinium », Nature, vol. 118, no 2959,‎ 1926, p. 84 (DOI 10.1038/118084b0, Bibcode 1926Natur.118...84B)
  18. (en) Meyer, R. J., G. Schumacher et A. Kotowski, « Über das Element 61 (Illinium) », Naturwissenschaften, vol. 14, no 33,‎ 1926, p. 771 (DOI 10.1007/BF01490264, Bibcode 1926NW.....14..771M)
  19. (en) « Discovery of Promethium », ORNL Review, vol. 36, no 1,‎ 2003 (lire en ligne)
  20. (en) Lee, Chung-Sin, Yun-Ming Wang, Wu-Long Cheng et Gann Ting, « Chemical study on the separation and purification of promethium-147 », Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Articles, vol. 130,‎ 1989, p. 21 (DOI 10.1007/BF02037697)
  21. (en) « Ion exchange purification of promethium-147 and its separation from americium-241, with diethylenetriaminepenta-acetic acid as the eluant »
  22. Terra Nova Saison 1, épisode 11
  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