Chapitres
- 01. Présentation
- 02. Un peu d’histoire
- 03. Présence à l’état naturel
- 04. Propriétés physiques et chimiques
- 05. Utilisations
- 06. Toxicité
- 07. Écotoxicité
Présentation
Le thulium est un élément chimique qui porte le numéro 69 dans la classification périodique des éléments. 
| Informations générales | |
|---|---|
| Symbole | Tm |
| Numéro atomique | 69 |
| Famille | Lanthanide |
| Période | 6 |
| Bloc | f |
| Masse volumique | 9,321 g.cm-3 |
| Couleur | Blanc argenté |
| Propriétés atomiques | |
| Masse atomique | 168,93422 u |
| Rayon atomique | 175 pm |
| Configuration électronique | [Xe] 6s2 4f13 |
| Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 18 | 31 | 8 | 2 |
| Oxyde | Base |
| Système cristallin | Hexagonal compact |
| Propriétés physiques | |
| État ordinaire | Solide |
| Point de fusion | 1 545°C |
| Point d'ébullition | 1 950°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
Le nom de l'élément 69, le thulium, dérive du terme grec thule ou Ultima Thule qui désignait dans l'antiquité les zones habitées les plus au nord du monde connu et correspondant à l'actuelle Scandinavie. Ce nom fut proposé par son découvreur, le chimiste suédois Per Teodor Cleve.
Découverte
En 1789, le chimiste finlandais Johan Gadolin identifie un nouvel oxyde dans un échantillon d’ytterbite qui sera plus tard rebaptisé gadolinite en l’honneur du chimiste finlandais. Cette même roche avait été découverte deux ans auparavant près du village d’Ytterby en Suède par le lieutenant Carl Alex Arrhenius. Cette découverte aura été confirmée en 1797 par Anders Gustaf Ekeberg qui baptisera le nouvel oxyde yttria. Il faudra attendre un demi-siècle plus tard, le Suédois Carl Gustav Mosander isolera alors trois composés différents à partir d’yttria. Cette découverte sera permise par la cristallisation fractionnée.
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.
Il choisira de conserver le terme d’yttria pour l’oxyde d’yttrium pur incolore et nommera la fraction jaune erbia et la fraction rose terbia toujours en hommage du village d’Ytterby. Pour des raisons qui sont inconnues, des successeurs du Suédois intervertiront les deux terme. Ainsi, erbia désignera l’oxyde d’erbium rose et terbia l’oxyde de terbium jaune. Le chimiste suisse Marc Delafontaine cru découvrir en 1878 un nouvel élément dans la samarskite. Il nommera ce nouvel élément philippium, de symbole Pp, en l’honneur de Philippe Plantamour. Ses recherche sur l’yttria qui, rappelons-le, est issue de la gadolinite, seront analysée par Jacques-Louis Soret, un compatriote qui confirmera la présence d’un quatrième oxyde en plus de l’erbine et de la terbine. Il le nommera de façon provisoire terre X. Parallèlement, à Genève, Jean Charles Galissard de Marignac découvrira que l’erbine n’est pas homogène. Il en extraira un nouvel élément qu’il nommera utterbium. A Upppsala, Per Thodor Cleve décidera de concentrera ses recherches sur les sels d’erbium restant après la séparation. Ce sera en 1879 qu’il obtiendra trois fractions distinctes qu’il soumettra à une analyse de spectroscopie. Les résultats montreront la présence d’erbium mais aussi deux autres éléments inconnus. Il décidera alors, en hommage à son pays, de les nommer holmium, en référence au nom latinisé de Stockholm, et thulium en référence du nom légendaire de la Scandinavie. Ce ne sera qu'en 1911 que le scientifique américain Theodore William Richards procéda à 15 000 recristallisation de bromate de thulium dans le but d'obtenir un échantillon de pureté extrême et de déterminer ainsi la masse atomique de l'élément de manière la plus précise possible. Pour cela, Richards recevra un prix Nobel de chimie en 1914.
Un prix Nobel, Nobelpriset de son nom original en suédois, est une récompense au niveau mondial qui gratifie son détenteur d’être l’une des personne ayant apporté le plus grand bénéfice à l’humanité. C’est un prix qui se remet tous les ans.Le premier a été remis en 1901. Ils récompensent des découvertes ou un travail en faveur de la paix. Il en existe 5 : le prix Nobel de physique, le prix Nobel de chimie, le prix Nobel de la paix, le prix Nobel de médecine et de physiologie et le prix Nobel de littérature.
Présence à l’état naturel
Le thulium, présent dans la croûte terrestre, est le terre rare le plus rare avec un clarke très faible.
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 terres rares constituent un groupe de métaux possédant des propriétés proches du scandium 21Sc, de l’yttrium 39Y, et des quinze lanthanides.
Propriétés physiques et chimiques
Le thulium sous forme de corps simple
- Le thulium tétragonal
- Et le thulium hexagonal
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
Les ions du thulium en solution aqueuse
L'ion thulium III, de formule Tm3+, est un cation monoatomique de couleur vert clair qui présente un défaut de trois électrons.
Composés à base de thulium
L'oxyde de thulium, de formule Tm2O3, est un oxyde qui se forme lorsque le thulium métallique est oxydé par le dioxygène.
Isotopes
Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons
L'élément 69 possède 35 isotopes dont le nombre de masse est compris entre 145 et 179.
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
En plus de ces isotopes, le thulium possède également 26 isomères nucléaires.
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
Parmi ces isomères nucléaires, un seul est stable. C'est le thulium 169 qui représente à lui seul l'intégralité du thulium naturel. On parle alors d'élément monoisotopique et mononucléidique.
On dit d'un élément qu'il est monoisotopique lorsqu'il ne possède qu'un seul isotope stable. 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.
On peut ajouter à ces isotopes et ces isomères nucléaires 34 radioisotopes dont les plus stables sont :
- Le thulium 171 possédant une période radioactive de 1,92 ans
- Le thulium 170 possédant une période radioactive de 128,6 jours
- Le thulium 168 possédant une période radioactive de 93,1 jours
- Et le thulium 167 possédant une période radioactive de 9,25 jours
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
Utilisations
Le thulium, malgré son prix élevé dû à sa rareté, est utilisé en tant que source de rayonnement dans les appareils radiographiques portables mais aussi en tant que source de chaleur dans les batteries nucléaires. De plus, il est possible d'utiliser l'oxyde de thulium en tant que dopant dans le sulfure de zinc afin d'obtenir une phosphorescence de couleur bleue dans les tubes cathodiques. 
Toxicité
Il est important de manipuler le thulium avec précaution car celui-ci peut être dangereux. En effet, les vapeurs et les gaz de thulium peuvent provoquer des embolies pulmonaires. Ce risque est d’autant plus accru si l’exposition devient prolongée. En général, le thulium, 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 thulium 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. L'élément 69 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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