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Thulium

élément chimique de numéro atomique 69 et de symbole Tm

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.

Thulium
Image illustrative de l’article Thulium
Cristaux dendritiques et cube de un cm3 de thulium.
Erbium ← Thulium → Ytterbium
—
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
69		 Tm
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Tm
↓
Md
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Tm
Nom Thulium
Numéro atomique 69
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 4f13 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 31, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 168,934 22 ± 0,000 02 u
Rayon atomique (calc) 175 pm (222 pm)
Rayon de covalence 190 ± 10 pm[1]
État d’oxydation 3
Électronégativité (Pauling) 1,25
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[2]
1re : 6,184 31 eV 2e : 12,05 eV
3e : 23,68 eV 4e : 42,7 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
169Tm100 %stable avec 100 neutrons
171Tm{syn.}1,92 aβ-0,096171Yb
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 9,321 g·cm-3 (25 °C)[3]
Système cristallin Hexagonal compact
Couleur blanc argenté
Point de fusion 1 545 °C[3]
Point d’ébullition 1 950 °C[3]
Énergie de fusion 16,84 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 191 kJ·mol-1
Volume molaire 19,1×10-3 m3·mol-1
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
Divers
No CAS 7440-30-4[4]
No ECHA 100.028.309
Précautions
SGH[5]
État pulvérulent :
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Danger
H228, H319, H335, P210, P261 et P305+P351+P338
Transport[5]
État pulvérulent :
-
   3089   
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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

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Découvertes des terres rares.
Yttrium (1794)

Yttrium



Terbium (1843)



Erbium (1843)
Erbium

Erbium



Thulium (1879)



Holmium (1879)

Holmium



Dysprosium (1886)






Ytterbium (1878)

Ytterbium

Ytterbium



Lutécium (1907)




Scandium (1879)








Cérium (1803)

Cérium


Lanthane (1839)

Lanthane


Didyme (1839)
Didyme

Néodyme (1885)



Praséodyme (1885)



Samarium (1879)

Samarium

Samarium



Europium (1901)





Gadolinium (1880)







Prométhium (1947)


Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[6]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).

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 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 raisons, 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)[8].

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[8].

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[7].

Propriétés

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Propriétés physiques

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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[9] et il est malléable et ductile[10] : 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[11]. Le thulium liquide est très volatil[12].

Le thullium possède deux principales formes allotropiques : le thulium tétragonal α-Tm et le thulium hexagonal (le plus stable) β-Tm[10].

Propriétés chimiques

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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

Cet oxyde peut, par réaction avec le chlorure d'ammonium, former le chlorure de thulium(III)[13] :

Tm2O3 + 6 NH4Cl → 2 TmCl3 + 6 NH3 + 3 H2O

Utilisations

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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

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  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,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  2. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  3. ↑ 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)
  4. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. ↑ a et b Fiche Sigma-Aldrich du composé Thulium powder, ~40 mesh, 99.9% trace metals basis, consultée le 28 août 2018.
  6. ↑ (en) Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.
  7. ↑ a et b (en) John Emsley, Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements, Oxford, Oxford University Press, , 240–242 p. (ISBN 0-19-850341-5, lire en ligne).
  8. ↑ a et b (en) Per Enghag, Encyclopedia of the Elements : Technical Data - History - Processing - Applications, John Wiley & Sons, , 1309 p. (lire en ligne).
  9. ↑ (en) Eagleson, Concise Encyclopedia Chemistry, Walter de Gruyter, , 1201 p. (ISBN 978-3-11-011451-5, lire en ligne), p. 1061
  10. ↑ a et b (en) Hammond, C. R., Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton/New York/Washington, CRC press, , 81e éd. (ISBN 0-8493-0481-4), « The Elements »
  11. ↑ (en) Jackson, M., « Magnetism of Rare Earth », The IRM quarterly, vol. 10, no 3,‎ , p. 1 (lire en ligne)
  12. ↑ (en) Krebs, Robert E., The History And Use of Our Earth's Chemical Elements : A Reference Guide, Greenwood Publishing Group, , 422 p. (ISBN 978-0-313-33438-2, lire en ligne), p. 299
  13. ↑ (de) Georg Brauer, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, vol. 2, , 608 p. (ISBN 978-3-432-87813-3 et 3-432-87813-3), p. 897

Voir aussi

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