Thulium

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Thulium
Thulium sublimed dendritic and 1cm3 cube.jpg
Cristaux dendritiques et cube de un cm3 de thulium.
ErbiumThuliumYtterbium
   
 
69
Tm
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Tm
Md
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Thulium, Tm, 69
Série chimique Lanthanides
Groupe, période, bloc L/A, 6, f
Masse volumique 9,321 g·cm-3 (25 °C)[1]
Couleur blanc argenté
No CAS 7440-30-4 [2]
Propriétés atomiques
Masse atomique 168,93422 ± 0,00002 u
Rayon atomique (calc) 175 pm (222 pm)
Rayon de covalence 190 ± 10 pm [3]
Configuration électronique [Xe] 4f13 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 31, 8, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde basique
Structure cristalline Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 545 °C [1]
Point d’ébullition 1 950 °C [1]
Énergie de fusion 16,84 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 191 kJ·mol-1
Volume molaire 19,1×10-3 m3·mol-1
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,25
Chaleur massique 160 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,5×106 S·m-1
Conductivité thermique 16,8 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 6,18431 eV 2e : 12,05 eV
3e : 23,68 eV 4e : 42,7 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
169Tm 100 % stable avec 100 neutrons
171Tm {syn.} 1,92 a β- 0,096 171Yb
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
État pulvérulent :
Irritant
Xi
Facilement inflammable
F



SGH[5]
État pulvérulent :
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Danger
H228, H319, H335, P210, P261, P305, P338, P351,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le thulium est un élément chimique de symbole Tm et de numéro atomique 69. Le thulium est un métal du groupe des terres rares. Comme les autres lanthanides, il est malléable et ductile à la température ambiante. Il s'oxyde peu dans l'air sec.

Son nom dérive du grec « Thule », ce qui signifie « pays nordique ». Il s'agit de l'ancienne dénomination de la Scandinavie, où l'on a trouvé la gadolinite, minerai dans lequel Per Theodor Cleve l'a découvert en 1879, en même temps que l'holmium.

À l'origine, le symbole était « Tu » ; par la suite, l'accord s'est fait sur « Tm ».

C'est la plus rare des terres rares (0,007% dans la monazite) ; sous forme de métal, il est beaucoup plus cher que l'or. Le thulium naturel est formé exclusivement de l'isotope stable 169Tm.

Découverte[modifier | modifier le code]

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[6].

Près d'un demi-siècle plus tard, le Suédois Carl Gustav Mosander parvient à isoler trois composés distincts à partir de l'yttria grâce à de nouveaux procédés de cristallisation fractionnée. 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)[7].

En 1878, le chimiste suisse Jean Charles Galissard de Marignac découvre que l'erbine n'est pas homogène et il parvient à en extraire un nouvel élément, qu'il nomme ytterbium. Le Suédois Per Thodor Cleve décide de concentrer ses recherches sur les sels d'erbium restant après cette séparation. En 1879, il obtient trois fractions distinctes qu'il soumet à un examen spectroscopique. L'une correspond bien à l'erbium, mais les deux autres sont inconnues. En l'honneur de son pays, Cleve propose de les nommer holmium, d'après le nom latin de Stockholm, et thulium, d'après le nom légendaire de la Scandinavie[7].

En 1911, l'Américain Theodore William Richards procède à 15 000 recristallisations du bromate de thulium afin d'obtenir un échantillon de la plus grande pureté et déterminer sa masse atomique le plus précisément possible. Il reçoit le prix Nobel de chimie en 1914 en reconnaissance de ses travaux[6].

Propriétés[modifier | modifier le code]

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

Échantillons de thulium.

Le thulium pur est brillant et argenté. Il ternit lorsqu'il est exposé à l'air. Il peut être coupé au couteau[8] et il est malléable et ductile[9] : il possède une dureté comprise entre 2 et 3 sur l'échelle de Mohs. Le thulium est ferromagnétique en dessous de 32 K, antiferromagnétique entre 32 K et 56 K et paramagnétique au-dessus de 56 K[10]. Le thulium liquide est très volatil[11].

Le thullium possède deux principales formes allotropiques : le thulium tétragonal α-Tm et le thulium hexagonal (le plus stable) β-Tm[9].

Propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

Le thulium ternit lentement dans l'air et brûle réellement à 150 °C pour former de l'oxyde de thulium(III) :

4 Tm + 3 O2 → 2 Tm2O3.

Utilisations[modifier | modifier le code]

Elles sont limitées, en raison du prix élevé de cet élément.

  • Source de rayonnement : on utilise des composés de 169Tm « bombardés » avec des neutrons comme source de rayonnement dans des appareils radiographiques portables.
  • Pigment pour tube cathodique : le sulfure de zinc dopé avec de l'oxyde de thulium (Tm2O3) sert comme substance phosphorescente bleue pour les tubes cathodiques.
  • Composant pour micro-ondes : on utilise des céramiques magnétiques contenant de l'oxyde de thulium dans les magnétrons (dispositif générateur hyperfréquence, utilisé, par exemple, dans les fours à micro-ondes).
  • Source de chaleur, entre autres dans des batteries nucléaires composées de l'isotope 171Tm. Celui-ci a une demi-vie de 1,92 ans.


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, , 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. a et b [ SIGMA-ALDRICH]
  6. a et b (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).
  7. a et b (en) Per Enghag, Encyclopedia of the Elements, John Wiley & Sons, , 1309 p. (lire en ligne).
  8. (en) Eagleson, Concise Encyclopedia Chemistry, (ISBN 978-3-11-011451-5, lire en ligne), p. 1061
  9. a et b (en) Hammond, C. R., Handbook of Chemistry and Physics, 81st, (ISBN 0-8493-0481-4), « The Elements »
  10. (en) Jackson, M., « Magnetism of Rare Earth », The IRM quarterly, vol. 10, no 3,‎ , p. 1 (lire en ligne)
  11. (en) Krebs, Robert E., The History And Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide, (ISBN 978-0-313-33438-2, lire en ligne), p. 299

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