Prométhium

Le prométhium est un élément chimique radioactif, métal des terres rares, portant le numéro atomique 61. Il est remarquable pour être le seul élément parmi les lanthanides à ne posséder aucun isotope stable dans la nature. Il émet des rayonnements bêta, produisant une lueur bleu-vert ou rougeâtre caractéristique.

Introduction

Le prométhium (symbole Pm) est un membre singulier et énigmatique de la famille des lanthanides. Sa particularité fondamentale réside dans son absence totale d'isotopes stables, ce qui en fait le seul élément de cette série à être exclusivement radioactif. Cette instabilité intrinsèque explique sa rareté extrême dans la croûte terrestre et confère à son histoire une quête scientifique longue et complexe. Son nom, chargé de symbolisme, évoque à la fois le mythe du feu volé et les espoirs, mais aussi les dangers, de l'ère atomique.

Description

Le prométhium est un métal argenté des terres rares, mais sa radioactivité intense le rend difficile à manipuler et à étudier sous forme pure. Il s'oxyde rapidement à l'air, formant de l'oxyde de prométhium (Pm₂O₃). Son isotope le plus important est le prométhium-147, avec une demi-vie de 2,62 ans. Il se désintègre par émission bêta en samarium-147 stable. Cette désintégration, sans émission de rayons gamma pénétrants, en fait une source de rayonnement relativement sûre pour certaines applications. La lumière produite par l'interaction des particules bêta avec un phosphore est sa propriété la plus spectaculaire et la plus utile.

Histoire

L'existence d'un élément de numéro atomique 61 fut prédite par Mendeleïev. Pendant des décennies, plusieurs équipes de scientifiques affirmèrent l'avoir découvert, lui donnant des noms comme 'illinium' ou 'florentium', mais ces affirmations ne purent être reproduites. La première identification incontestable revient à Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin et Charles D. Coryell en 1945. Ils isolèrent l'isotope Pm-147 à partir des produits de fission de l'uranium dans un réacteur nucléaire à Oak Ridge, aux États-Unis. Ils proposèrent le nom 'prométhium', en référence à Prométhée, le Titan de la mythologie grecque qui vola le feu aux dieux pour l'offrir aux humains, une analogie avec la maîtrise de l'énergie atomique. L'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) officialisa ce nom en 1949.

Caracteristiques

Numéro atomique : 61. Masse atomique standard : [145] (la masse atomique d'un élément sans isotope stable est celle de son isotope le plus long). Point de fusion : environ 1042 °C. Point d'ébullition : environ 3000 °C. Structure cristalline : double hexagonale compacte. Propriété clé : Radioactivité. Tous ses isotopes sont radioactifs ; les plus significatifs sont le Pm-145 (demi-vie de 17,7 ans), le Pm-146 (5,53 ans) et le Pm-147 (2,62 ans). Le Pm-147 est le plus utilisé en raison de sa demi-vie pratique et de son rayonnement bêta 'doux'. Il est produit artificiellement en quantités kilogrammes par an comme sous-produit de la fission nucléaire dans les réacteurs. Des traces infimes ont été détectées dans des minerais d'uranium naturels (comme la pechblende) où il se forme spontanément par fission.

Importance

Malgré sa rareté et sa radioactivité, le prométhium trouve des applications de niche où ses inconvénients deviennent des atouts. Son utilisation historique la plus célèbre est dans les peintures luminescentes autonomes, notamment pour les cadrans de montres et les instruments de bord militaires ou aéronautiques, remplaçant le radium beaucoup plus dangereux. Il est utilisé comme source bêta pour les jauges d'épaisseur dans l'industrie (papier, métal, plastique). Dans l'espace, le Pm-147 a alimenté des générateurs thermoélectriques à radioisotopes (RTG) pour certaines sondes et satellites, convertissant sa chaleur de désintégration en électricité. Il sert également de source d'excitation pour les phosphores dans les signaux de sortie de secours et a été étudié comme source portable de rayons X. Son impact culturel est fort, symbolisant à la fois le progrès scientifique et les risques inhérents aux matériaux radioactifs.

Anecdotes

Le feu volé de l'atome

Le choix du nom 'prométhium' n'est pas anodin. Coryell, l'un de ses découvreurs, laissa sa femme choisir entre 'prometheum' et 'clintonium' (d'après le laboratoire d'Oak Ridge, situé à Clinton, Tennessee). Elle opta pour 'prometheum', estimant que le mythe de Prométhée, qui apporta la lumière et la connaissance à l'humanité au prix d'un terrible châtiment, était une métaphore parfaite pour les promesses et les périls de l'énergie atomique nouvellement maîtrisée.

Une présence stellaire éphémère

Bien qu'extrêmement rare sur Terre, le prométhium a été détecté dans l'atmosphère de certaines étoiles, notamment l'étoile variable de type Mira, HR 465 dans la constellation d'Andromède. Sa présence, prouvée par des raies spectrales spécifiques, est temporaire. Il est synthétisé dans les étoiles par le processus de capture de neutrons (processus s), mais sa courte demi-vie à l'échelle cosmique fait qu'il se désintègre rapidement après la fin des réactions nucléaires stellaires.

Des allumettes qui ne s'éteignent jamais ?

Dans les années 1960, la société américaine 'Kappa Lambda' commercialisa brièvement des briquets à prométhium. Une minuscule quantité de Pm-147, encapsulée avec un phosphore, produisait une lueur permanente permettant de localiser le briquet dans le noir. Bien que le rayonnement bêta soit peu pénétrant, les inquiétudes concernant la sécurité (en cas de rupture de l'ampoule) et la réglementation sur les matériaux radioactifs firent rapidement disparaître ces produits du marché.

Le fantôme du tableau périodique

Avant sa découverte confirmée, l'élément 61 était souvent appelé 'l'élément manquant' ou 'le fantôme des terres rares'. Sa place dans le tableau périodique était une case vide persistante, défiant les chimistes pendant plus de 40 ans. De nombreuses fausses découvertes alimentèrent la controverse, au point que certains doutèrent même de son existence possible, jusqu'à ce que les techniques de la physique nucléaire moderne permettent enfin de le capturer.

Sources

  • International Atomic Energy Agency (IAEA), 'The Radiochemistry of Promethium'
  • Los Alamos National Laboratory, 'Periodic Table: Promethium'
  • Greenwood, N.N. & Earnshaw, A., 'Chemistry of the Elements' (2nd ed.), Butterworth-Heinemann
  • U.S. Department of Energy, 'Promethium: A Fission Product with Practical Applications'
  • IUPAC, 'Names and Symbols of the Elements with Atomic Numbers 113, 115, 117 and 118' & historical reports
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