Erbium

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Erbium
Erbium-crop.jpg
Échantillon d'erbium.
HolmiumErbiumThulium
   
 
68
Er
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Er
Fm
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Erbium, Er, 68
Série chimique Lanthanides
Groupe, période, bloc L/A, 6, f
Masse volumique 9,066 g·cm-3 (25 °C)[1]
Couleur blanc métallique
No CAS 7440-52-0 [2]
No EINECS 231-160-1
Propriétés atomiques
Masse atomique 167,259 ± 0,003 u [1]
Rayon atomique (calc) 175 pm (226 pm)
Rayon de covalence 189 ± 6 pm [3]
Configuration électronique [Xe] 4f12 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 30, 8, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde basique
Structure cristalline Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 529 °C [1]
Point d’ébullition 2 868 °C [1]
Énergie de fusion 17,2 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 261 kJ·mol-1
Vitesse du son 2 830 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,24
Chaleur massique 170 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,17×106 S·m-1
Conductivité thermique 14,3 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 6,1077 eV 2e : 11,93 eV
3e : 22,74 eV 4e : 42,7 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
162Er 0,14 % stable avec 94 neutrons
164Er 1,61 % stable avec 96 neutrons
166Er 33,6 % stable avec 98 neutrons
167Er 22,95 % stable avec 99 neutrons
168Er 26,8 % stable avec 100 neutrons
169Er {syn.} 9,4 j β− 0,351 169Tm
170Er 14,9 % stable avec 102 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
Facilement inflammable
F



SGH[6]
SGH02 : Inflammable
Danger
H228, P210,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'erbium est un élément chimique de symbole Er et de numéro atomique 68. L'erbium constitue un métal du groupe des terres rares. Comme la plupart des autres lanthanides, il est de couleur gris argent, malléable et ductile à température ambiante. Il s'oxyde peu dans l'air sec.

L'appellation erbium, provient de l'endroit, Ytterby près de Stockholm en Suède, où l'on a découvert le minerai dans lequel ont également été identifiées plusieurs autres terres rares. Les éléments chimiques yttrium, terbium et ytterbium partagent la même étymologie.

L'erbium naturel est constitué d'un mélange de 6 isotopes stables.

Histoire[modifier | modifier le code]

Morceau d'erbium métallique.

En 1789, le chimiste finlandais Johan Gadolin identifie un nouvel oxyde (ou « terre ») dans un échantillon d'ytterbite (rebaptisée plus tard « gadolinite » en son honneur). Cette nouvelle roche avait été découverte deux ans auparavant par le lieutenant Carl Axel Arrhenius près du village d'Ytterby en Suède. Ces travaux sont confirmés en 1797 par Anders Gustaf Ekeberg qui baptise le nouvel oxyde yttria[7].

Près d'un demi-siècle plus tard, le Suédois Carl Gustav Mosander parvient à isoler plusieurs terres rares (cérium, lanthane et didyme) grâce à de nouveaux procédés de cristallisation fractionnée[8]. Convaincu que l'yttria extraite de la gadolinite est également un mélange, il décide d'y chercher certains de ces nouveaux composés. A l'automne 1842, il parvient à isoler deux oxydes, l'un blanc (donnant des sels incolores), qu'il considère comme le véritable yttrium, et l'autre jaune (donnant des sels roses), qu'il décide de nommer « odinium » en l'honneur du dieu Odin de la mythologie nordique. Avant de publier les résultats de ces recherches en 1843, Mosander achève une étape supplémentaire de fractionnement des oxalates de ces composés et découvre un troisième oxyde. Il décide de conserver le terme yttria pour la fraction incolore (oxyde d'yttrium pur) et nomme la fraction jaune erbia et la fraction rose terbia, toujours en rappel du village d'Ytterby. Pour d'obscures raison, les successeurs de Mosander intervertiront ces deux termes. C'est ainsi que erbia (l'erbine) finit par désigner l'oxyde d'erbium (rose) et terbia (la terbine) l'oxyde de terbium (jaune)[9].

Dès la fin des années 1870, l'avènement des méthodes spectroscopiques montrent que l'erbine est elle aussi un mélange et permet d'y découvrir plusieurs nouveaux éléments : ytterbium, scandium, holmium et thulium (1879), puis dysprosium (1886) et enfin lutécium (1907). L'oxyde d'erbium pur n'est finalement isolé qu'en 1905 par Georges Urbain et Charles James (en). Le métal à l'état pur est quant à lui extrait pour la première fois en 1934 par Wilhelm Klemm (de) et Heinrich Bommer. Ces deux chimistes allemands y parviennent en réduisant le chlorure d'erbium anhydre avec des vapeurs de potassium[10].

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Isotopes[modifier | modifier le code]

L'erbium est naturellement présent sous forme d'un mélange de 6 isotopes stables : 162Er, 164Er, 166Er, 167Er, 168Er et 170Er. L'erbium-166 est le plus abondant (33,503%). 29 radioisotopes ont été caractérisés, le plus stable est 169Er avec une demi-vie de 9,4 jours. L'élément compte également 13 isomères nucléaires, le plus stable étant 167mEr avec une demi-vie de 2,269 secondes[11].

Abondance naturelle et production[modifier | modifier le code]

L'erbium est l'une des terres rares les plus abondantes. Sa concentration dans l'écorce terrestre est d'environ 3,5 g/tonne[9], ce qui est presque le double de celle de l'étain et en fait le 44e élément par ordre d'abondance[7].

Les principales ressources minières sont situées en Chine et aux États-Unis. L'erbium peut être extrait des mêmes minerais que les autres terres rares, tels que xénotime, gadolinite, euxénite, fergusonite, polycrase ou blomstrandine, mais les plus utilisés sont la monazite et la bastnäsite. La production annuelle est d'environ 500 tonnes, principalement sous forme d'oxyde. Le métal pur est obtenu en chauffant le chlorure d'erbium avec des vapeurs de calcium sous vide et est disponible en morceaux, en lingots ou en poudre[7]. Pour une pureté de 99,9%, son prix était d'environ 21 $ le gramme en 2015[10].

Utilisations[modifier | modifier le code]

  • Médecine nucléaire : synoviorthèse isotopique des doigts dans la polyarthrite rhumatoïde (erbium 169).
  • Industrie nucléaire : du fait de sa forte capacité d'absorption des neutrons.
  • Alliages : il diminue la dureté et facilite l'usinage du vanadium.
  • Colorants : pour le verre et les glaçures pour porcelaine. L'oxyde d'erbium donne une couleur rose.
  • Filtres photographiques : coloré en rose, il permet de rehausser la qualité des photos prises en ambiance nuageuse.
  • Lasers médico-chirurgicaux :
    • Chirurgie : le laser YAG dopé à l'erbium concurrence ceux dopés à l'holmium.
    • Dentisterie : le laser Erbium est le plus polyvalent des lasers dentaires.
  • Télécommunications optiques : les amplificateurs optiques à base de fibres dopées erbium sont devenus un élément standard des réseaux de télécommunications optiques longue distance.
  • Panneaux solaires photovoltaïques : usage potentiel à la suite d'une récente découverte.

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, , 90e éd., 2804 p., Relié (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,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  5. Entrée de « Erbium » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  6. SIGMA-ALDRICH
  7. a, b et c (en) John Emsley, Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements, Oxford University Press, , 240–242 p. (ISBN 0198503415, lire en ligne).
  8. (en) Pieter Thyssen et Koen Binnemans, « Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table », dans Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, vol. 41, Elsevier, , 560 p. (lire en ligne).
  9. a et b (en) Per Enghag, Encyclopedia of the Elements, John Wiley & Sons, , 1309 p. (lire en ligne).
  10. a et b (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis, , 96e éd., 2677 p. (ISBN 9781482260977, présentation en ligne)
  11. (en) Georges Audi, O. Bersillon, J. Blachot et A.H. Wapstra, « The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties », Nuclear Physics A, vol. 729, no 3,‎ , p. 3–128 (lire en ligne [PDF]).

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