Chapitres
- 01. Présentation
- 02. Un peu d’histoire
- 03. Présence à l’état naturel
- 04. Propriétés physiques et chimiques du terbium
- 05. Utilisations
- 06. Toxicité
- 07. Écotoxicité
Présentation
Le terbium est un élément chimique qui porte le numéro 65 dans la classification périodique des éléments. 
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | Tb |
| Numéro atomique | 65 |
| Famille | Lanthanide |
| Période | 6 |
| Bloc | f |
| Masse volumique | 8,230 g.cm-3 |
| Couleur | Blanc argenté |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique | 158,92534 u |
| Rayon atomique | 175 pm |
| Configuration électronique | [Xe] 6s2 4f9 |
| Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 18 | 27 | 8 | 2 |
| Oxyde | Base |
| Système cristallin | Hexagonal compact |
| Propriétés physiques | |
| État ordinaire | Solide |
| Point de fusion | 1 356°C |
| Point d'ébullition | 3 230°C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique fond, passant ainsi de l'état solide à l'état liquide
- Point d'ébullition : Le point d'ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d’histoire
Étymologie
L'élément 65, le terbium, doit comme d'autres terres rares son nom au petit village suédois d'Ytterby dont les minéraux ont permis la découverte de cet élément. Plus précisément, son nom provient du village d'Ytterby car il a été identifié dans un minerai de gadolinite extrait à Ytterby.
Découverte
Les terres rares constituent un groupe de métaux possédant des propriétés proches du scandium 21Sc, de l’yttrium 39Y, et des quinze lanthanides. La cristallisation fractionnée est un procédé chimique de purification par fractionnement qui repose sur le fait que, dans une solution, deux ou plusieurs solutés peuvent avoir, en général, des solubilités différentes dans le même solvant. Ils vont donc cristalliser à des températures différentes. En pratique, on chauffe une solution du mélange à séparer puis on le refroidit lentement pour laisser chaque composant du mélange précipiter. Cette méthode repose sur le fait que la solubilité est souvent croissante en fonction de la température.
Contrairement à ce qu'avait étudié plus tôt Anders Gustaf Ekeberg, le scientifique Mosander était persuadé que l'yttria provenant de la gadolinite n'était pas un nouvel élément mais un mélange dont il décidera d'en découvrir les composés. Il y parviendra en 1842 et obtiendra après les avoir isolés deux oxydes dont l'un, blanc, donnant des sels incolores et qu'il nommera yttrium et un autre, jaune, donnant des sels roses et qu'il nommera, en l'honneur du célèbre dieu de la mythologie nordique, odinium. Mais son travail n'était pas terminé puisque, un an plus tard, il parviendra via une étape supplémentaire de la cristallisation fractionnée à isoler un troisième oxyde composant de l'yttria. Il décida de conserver le nom yttria pour l'oxyde d'yttrium pur qui est incolore et il nommera la fraction jaune erbine puis la fraction rose terbine.
Présence à l’état naturel
Le terbium est présent dans la croûte terrestre en association avec d'autres terres rares dans de nombreux minéraux tels que :
- L'euxénite qui est composé de 1,3% d'oxyde de terbium
- Le xénotime qui est composé de 1% d'oxyde de terbium
- Mais aussi la cérite, la monazite et la gadolinite
Le terbium n'est pas, contrairement à son appellation, rare puisqu'avec un clarke de 1,2 mg/kg, il est deux fois plus commun que l'argent.
Le clarke d’un élément chimique définit sa présence moyenne dans la croûte terrestre . Il s’exprime sous la forme d’une fraction massique en pourcentage, ppm (partie par million), ou ppb (partie par milliard)
Les principaux gisements et mines se situent en Chine, aux Etats-Unis ou au Brésil.
Propriétés physiques et chimiques du terbium
Le terbium sous forme de corps simple
Un corps est dit ductile quand il peut être étiré sans pour autant se rompre
De plus le terbium est un élément stable dans l'air mais qui possède deux formes allotropiques dont le changement de phase se produit à 1 289°C
L'allotropie est la faculté de certains corps simples d'exister sous plusieurs formes cristallines ou moléculaires différentes. Une forme allotropique peuvent avoir des propriétés physique, comme la couleur et la dureté, et une réactivité chimique différentes même si elles sont composées d'atomes identique Les transformations d'une forme allotropique à l'autre peuvent être induites par des changements de pression et de température ou même par une réaction chimique. Certaines formes ne sont stables que sous certaines conditions définies de température et de pression
En présence de dioxygène, l'élément 65 se recouvre d'une couche d'oxyde de terbium qui peut également être produit par combustion du terbium métallique. Il peut également réagir avec l'eau, les acides et les bases.
Isotopes
Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons
A l'état naturel, le terbium est un élément mononucléidique et monoisotopique.
On dit d'un élément qu'il est mononucléidique lorsque cet élément n’est présent sur Terre que sous la forme d’un seul nucléide, stable ou non et monoisotopique lorsqu'il ne possède qu'un seul isotope stable.
En effet, son seul isotope stable est le terbium 159. Cependant, 36 radioisotopes synthétiques on été caractérisés et leur nombre de masse est compris entre 135 et 171.
Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome
Parmi ces radioisotopes, les plus stables sont :
- Le terbium 158 qui possède une période radioactive de 180 ans
- Et le terbium 157 qui possède une demi-vie de 71 ans
On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré
De plus, il faut être prudent ces radioisotopes se désintègrent via une désintégration bêta moins produisant des atomes de dysprosium.
La radioactivité bêta est un type de désintégration radioactive où une particule bêta (électron ou positron) est émise. On parle de radioactivité bêta plus quand un positron est émis mais on parle de radioactivité moins quand c’est un électron qui est émis
En plus de ces radioisotopes synthétiques, l'élément 65 possède également 27 isomères nucléaire dont le plus stable est le terbium 156m. Celui-ci présente une période radioactive de 24,4 heures.
Des isomères nucléaires sont des atomes qui partagent le même noyau mais dans états énergétiques différents. C’est à dire qu’ils comportent un spin et une énergie d’excitation spéciaux. Dans leur état d’énergie le plus bas, on dit qu’ils atteignent l’état fondamental
Les ions du terbium en solution aqueuse
L'ion terbium III, de formule Tb3+, est un ion monoatomique de couleur rose clair qui présente un défaut de trois électrons.
Utilisations
Le terbium est fréquemment utilisé afin de fabriquer des écrans à rayons X. Il est également utilisé en tant que stabilisateur de cristaux de dioxyde de zirconium dans les piles à combustion ou encore en tant que substance phosphorescente verte dans les tubes cathodiques.
Toxicité
Il est important de manipuler le terbium avec précaution car celui-ci peut être dangereux. En effet, les vapeurs et les gaz de terbium peuvent provoquer des embolies pulmonaires. Ce risque est d'autant plus accru si l'exposition devient prolongée. En général, le terbium, comme les autres terres rares dont les propriétés sont comparables, s'accumulent dans le foie lorsqu'ils sont absorbés.
Écotoxicité
On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant
En effet, le terbium et d'autres terres rares sont rejetés dans l'environnement via les industries pétrolières mais aussi par les particuliers abandonnant dans la nature certains équipements ménagers comme les télévisions. Le terbium va alors s'accumuler dans le sol et en augmenter les concentrations jusqu'à ruissellement dans le cours d'eau le plus proche.
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