Prométhium

Prométhium

Caractéristiques du prométhium

Symbole : Pm
Masse atomique : 145u
Numéro CAS : 7440-12-2
Configuration électronique : [Xe]4f⁵ 6s²
Numéro atomique : 61
Groupe : n. a
Bloc : Bloc f
Famille d’éléments : Lanthanide
Électronégativité : 1,13
Point de fusion : 1 042 °C

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Le prométhium, élément atomique n°61 de symbole Pm : ses propriétés, ses isotopes, usages et historiques.

Le prométhium est un élément chimique portant le numéro atomique 61 et noté Pm dans le tableau périodique des éléments. Cette appellation est dérivée de Prométhée, le nom du titan de la mythologie grecque. Il fait partie de la famille des lanthanides qui sont également connus sous le nom de « terres rares ». Sa classification dans ce groupe est due à sa rareté ainsi qu’à la complexité de son extraction à partir de minerais.

Par ailleurs, le prométhium est présent sous forme de traces dans la nature. Il provient essentiellement de la fission spontanée de l’uranium 238 et de la désintégration α de l’europium 151. Sur Terre, ces deux sources entretiendraient respectivement 560 g et 12 g de sa masse totale. À noter que sur 10 t de pechblende (principal minerai d’uranium), on retrouve 4 g de prométhium. D’ailleurs, l’étoile HR 465 de la constellation d’Andromède a révélé la présence de cet élément parmi ses raies spectrales. On peut aussi suggérer qu’il soit détectable dans les raies spectrales de deux autres étoiles : la Przybylski (HD 101065) et la HD 965. Ces observations suggèrent qu’il pourrait être plus répandu dans l’Univers qu’on ne le pensait auparavant.

L’histoire du prométhium

Autrefois, le prométhium était appelé prométhéum, puis promethium. Son existence a suscité un grand intérêt chez les scientifiques depuis sa première prédiction par Bohuslav Brauner en 1902. En effet, ce chimiste s’appuyait sur la théorie selon laquelle il manquait un élément dans la table périodique des éléments, notamment entre le néodyme et le samarium. Cette prédiction a d’ailleurs été soutenue par le physicien Henry Moseley en 1914. Ce dernier a réalisé des expériences pour mesurer le numéro atomique des éléments chimiques connus à l’époque. Il a constaté qu’il n’y avait pas d’élément correspondant au numéro atomique 61.

1945 : les scientifiques de l’ORNL honorent Prométhée en découvrant un nouvel élément

En 1945, à l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) aux États-Unis, Lawrence E. Glendenin, Jacob A. Marinsky et Charles D. Coryell ont découvert le prométhium. L’observation de cet élément est survenue après que ces derniers ont réalisé la séparation et l’analyse des produits de fission issus de l’uranium irradié dans un réacteur à graphite X-10. Ces scientifiques l’ont nommé ainsi en l’honneur de Prométhée, le titan de la mythologie grecque qui a donné le feu de l’Olympe aux hommes. Toutefois, c’est seulement en 1947 qu’ils ont révélé leur trouvaille au public. Ils ont retardé l’annonce, car ils étaient très occupés dans les recherches militaires liées à la Seconde Guerre mondiale.

Le prométhium peut être produit artificiellement en bombardant de l’isotope neodymium 146 avec des neutrons. Durant le processus, le ¹⁴⁶Nd se transforme en ¹⁴⁷Nd qui est instable et qui a une demi-vie de onze jours. Celui-ci se désintègre ensuite par émission β^– pour former du ¹⁴⁷Pm.

Note : en 1963, l’ORNL a exploité les techniques d’échange d’ions pour produire une quantité d’environ 10 g de prométhium en partant de débris de réacteurs nucléaires.

Faits divers sur la découverte du prométhium

Avant la trouvaille effective de l’élément 61, plusieurs scientifiques ont prétendu, à tort ou par faute de preuve, l’avoir identifié. En 1926, Luigi Rolla et Lorenzo de Florence Fernandes ont publié la première déclaration d’une découverte du prométhium. Ils ont réussi à séparer un concentré de nitrate de didyme issu de monazite brésilienne par cristallisation fractionnée. La solution obtenue a donné un spectre en rayons X attribué à l’élément 61 et au samarium. La même année, Smith Hopkins et Len Yntema, deux scientifiques de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, ont également signalé la découverte du prométhium. Ils ont nommé cet élément « illinium » en référence à leur université. Après des vérifications approfondies, il s’est avéré que toutes ces affirmations étaient inexactes, car l’élément 61 n’a pas d’isotopes stables ni de longue demi-vie.

En 1941, J.B. Kurbatov H.B. Law, M.L. Pool et L.L. Quill déclarent avoir découvert deux isotopes du prométhium. Ils ont utilisé des protons et des deutérons pour bombarder une cible de samarium. Ils l’ont nommé cyclonium (Cy). Néanmoins, malgré leurs efforts, ils n’ont pas réussi à isoler l’élément ni à déterminer son spectre. Il n’y a donc pas de preuve directe de l’existence du cyclonium.

Propriétés du prométhium

Le prométhium est un métal blanc argenté qui possède deux formes allotropiques. Bien qu’il soit connu depuis longtemps, les recherches sur ses propriétés métalliques sont toujours en cours pour mieux comprendre son potentiel. En ce qui concerne sa radioactivité, il émet des particules bêta. Il ne produit pas de rayonnement gamma qui est dangereux pour les organismes vivants. Ses sels, notamment le mélange de ¹⁴⁷Pm₂O et de ZnS/Cu²⁺, sont faiblement luminescents dans l’obscurité et émettent une lueur bleue ou verte.

Par ailleurs, le prométhium possède 38 isotopes connus, tous instables. Avec le technétium, il fait partie des deux seuls éléments plus légers que le bismuth. Parmi ces isotopes, le ¹⁴⁵Pm est celui qui a une certaine stabilité grâce à une demi-vie d’environ 17,7 ans. Il est suivi du ¹⁴⁶Pm et du ¹⁴⁷Pm avec respectivement une période radioactive de 5,53 et de 2,62 années.

Les applications du prométhium

Le prométhium trouve principalement des applications dans le domaine de la production de composés luminescents. Toutefois, il a été utilisé comme source de chaleur dans le cadre du programme expérimental des États-Unis appelé Systems Nuclear Auxiliary Powers (SNAP). En substance, le SNAP visait à fournir de l’énergie électrique aux satellites en employant des sources radioisotopiques.

En outre, le prométhium a également été utilisé comme source de chaleur dans les pacemakers (stimulateurs cardiaques). À l’heure actuelle, des études sont en cours pour évaluer l’usage éventuel de cet élément en tant que source de rayons X portable.

Influences culturelles de l’élément 61 : du carburant spatial au métal extrêmement puissant

Le prométhium est un élément qui suscite l’imagination des créateurs de science-fiction de par son nom et sa rareté. Il est souvent représenté dans les médias populaires comme étant un composant exotique ou futuriste. Il est, entre autres, utilisé en tant que carburant pour les vaisseaux spatiaux dans le jeu de figurines « Warhammer 40,000 ». Deux séries télévisées américaines, The Flash et Supergirl, le décrivent comme un métal extrêmement puissant. Il est aussi au centre de l’intrigue dans la bande dessinée « Prométhium », sans parler qu’il constitue une ressource rare et spéciale dans le jeu Forge of Empires.

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