Prométhium

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[alpha 1]. 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].

Prométhium

Néodyme ← Prométhium → Samarium

—

61

Pm

↑

Pm

↓

Np

Tableau complet • Tableau étendu

Position dans le tableau périodique

Symbole

Pm

Nom

Prométhium

61

–

6^e période

Configuration électronique

[Xe] 4f⁵ 6s²

Électrons par niveau d’énergie

2, 8, 18, 23, 8, 2

Propriétés atomiques de l'élément

Masse atomique

145 u

Rayon atomique (calc)

185 pm (205 pm)

Rayon de covalence

199 pm[1]

État d’oxydation

3

Électronégativité (Pauling)

1,13

Oxyde

Base

Énergies d’ionisation[2]

1^re : 5,582 eV

2^e : 10,90 eV

3^e : 22,3 eV

4^e : 41,1 eV

Isotopes les plus stables

Iso	AN	Période	MD	Ed	PD
Iso	AN	Période	MD	MeV	PD
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.}	2,623 4 ans	β^-	0,224	¹⁴⁷Sm

Propriétés physiques du corps simple

État ordinaire

solide

Masse volumique

7,264 g·cm^-3 (25 °C)[3]

blanc argenté

1 042 °C[3]

3 000 °C (estimation)[3]

Énergie de fusion

86,7 kJ·mol^-1

Volume molaire

20,23×10^-6 m³·mol^-1

Chaleur massique

180 J·kg^-1·K^-1

Conductivité thermique

17,9 W·m^-1·K^-1

Divers

N^o CAS

7440-12-2[4]

N^o ECHA

100.028.292

N^o CE

231-121-9

Précautions

Radioélément à activité notable

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

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

Caractéristiques notables

Le prométhium est un émetteur de particules bêta, il n'émet pas de rayonnement gamma. On ne connaît toujours pas bien les propriétés du prométhium 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.

Isotopes

Le prométhium ne possède pas d'isotope stable. Le radioisotope le plus stable, le prométhium 145, a une période radioactive d'environ 17,7 années.

Applications

L'élément ne possède pas d'autre application courante que les composés luminescents du fait de sa radioactivité. Il a également été utilisé comme source de chaleur dans le cadre du Systems Nuclear Auxiliary Powers et dans des stimulateurs cardiaques[8]. Son usage en tant que source potentielle de rayons X portable est présentement à l'étude[9]^,[10].

Histoire

Prédiction

L'existence du prométhium a d'abord été prédite par Bohuslav Brauner en 1902[11]. 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[11]. 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 le numéro atomique 61[12]. 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[12].

Florentium et illinium

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[13]^,[14]^,[15]^,[16]^,[17]^,[18].

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'appellent illinium (Il[19]), d'après le nom de leur université[20]^,[21]^,[22].

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 en avait donc pas à trouver dans ces sources.

Cyclonium

En 1941, J. B. Kurbatov H. B. Law, M. L. Pool et L. L. Quill annoncent la découverte de deux isotopes de l'élément 61 à partir du bombardement d'une cible de samarium avec des protons et des deutérons. Ils renomment l'élément cyclonium (Cy). Cependant, l'isolation de l'élément n'a pas été réalisée et son spectre n'a pas été déterminé, si bien qu'il n'existe pas d'indices directs de l'existence du cyclonium[23].

Véritable prométhium

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[24]. 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[25]^,[26].

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

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 [27].
Dans la série télévisée américaine The Flash (saison 2 - épisode 15) le méta-humain King Shark est évacué via un conteneur en prométhium, métal réputé impénétrable.
Dans la série télévisée américaine Supergirl (saison 2 - épisode 2) les parties bioniques du cyborg Metallo sont faites de Promethium épuisé, ce métal étant très instable il est capable de générer et d'absorber des quantités d'énergie presque illimitées.
Dans le jeu en ligne Forge of Empires, le prométhium est la ressource spéciale du Futur Arctique ; on l'obtient quasi seulement en lançant une expédition dans le Nord. Elle est impossible à produire ou à échanger sur le marché.
Dans la série Stranger Things, le promethium est le nom du composé que Dustin pense avoir trouvé dans la base russe située sous le centre commercial.

Notes et références

Notes

Le bismuth est l'élément primordial le plus léger à n'avoir aucun isotope stable.

Références

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Terra Nova Saison 1, épisode 11

Voir aussi

Liens externes

(en) « Technical data for Promethium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

1

2

3

4

5

6

7

8

*

Métaux Alcalins	Alcalino- terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métal- loïdes	Non- métaux	Halo- gènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides

Portail de la chimie

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[5] Le bismuth est l'élément primordial le plus léger à n'avoir aucun isotope stable.

[1] (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)

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[4] Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)

[6] (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)

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[11] J. O. Karttunen et D. J. Henderson, « An Improved Portable Fluorescent X-Ray Instrument Using Radioisotope Excitation Sources. », Analytical Chemistry, vol. 37, n^o 2,‎ février 1965, p. 307–309 (ISSN 0003-2700, DOI 10.1021/ac60221a045, lire en ligne)

[61a-12] (en) Michael Laing, « A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned », Foundations of Chemistry, vol. 7, n^o 3,‎ 2005, p. 203–233 (DOI 10.1007/s10698-004-5959-9).

[look-13] American Chemical Society, "Separation of Rare Earth Elements".

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[17] (en) Rolla, Luigi et Lorenzo Fernandes, « Florentium. II », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 169,‎ 1928, p. 319 (DOI 10.1002/zaac.19281690128).

[18] (en) Rolla, Luigi et Lorenzo Fernandes, « Florentium », Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, vol. 163,‎ 1927, p. 40 (DOI 10.1002/zaac.19271630104).

[19] (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).

[20] (en) Marco Fontani, Mariagrazia Costa et Mary Virginia Orna, The Lost Elements : The Periodic Table's Shadow Side, New York, Oxford University Press, 2015 (1^re éd. 2014), 531 p. (ISBN 9780199383344), p. 295.

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[22] (en) Brauner, BOHUSLAV, « The New Element of Atomic Number 61: Illinium », Nature, vol. 118, n^o 2959,‎ 1926, p. 84 (DOI 10.1038/118084b0, Bibcode 1926Natur.118...84B).

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[25] (en) « Discovery of Promethium », ORNL Review, vol. 36, n^o 1,‎ 2003 (lire en ligne, consulté le 17 septembre 2006).

[26] (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).

[27] (en) « Ion exchange purification of promethium-147 and its separation from americium-241, with diethylenetriaminepenta-acetic acid as the eluant » [archive du 29 juin 2011].

[28] Terra Nova Saison 1, épisode 11