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C'est parti

Présentation du Nobélium

Le nobélium est l'élément chimique qui porte le numéro atomique 102 dans la classification périodique des éléments.

Informations générales
SymboleNo
Numéro atomique102
Familleactinide
Groupe (colonne) -
Période (ligne)7
Bloc (sous couche électronique)f
Propriétés atomiques
Masse atomique (isotope principal)259 u
Structure électronique(K)2(L)8(M)18(N)32(O)32(P)8(Q)2
Configuration électronique1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p67s2
Propriétés physico-chimique
électronégativité1.3

Le nobélium fait partie de la famille des actinides qui comprends tous les éléments de la 7e période du tableau périodique allant de l'actinium au lawrencium.

Ces éléments sont souvent représentés en dessous du tableau principal car ils n'appartiennent à aucun des groupes 18 groupes définis pour construire le tableau périodique. Ceci signifie qu'il n'ont pas particulièrement d'élément chimique partageant la même structure électronique de valence et donc des propriétés physico-chimiques similaires.

A noter que c'est à cette famille qu'appartiennent les isotopes 235 et 238 de l'uranium, deux radioisotopes naturels de l'uranium. Ces radioisotopes sont naturellement abondants à la surface de la terre. Ceci est en partie du au fait qu'ils ont des demi-vie tellement longues (de l'ordre de centaines de millions et milliard d'années) qu'ils n'ont pas disparus de la surface de la terre à cause de leur désintégration radioactive.

Ceci n'est pas le cas de tous les radioisotopes, qui peuvent avoir des demi-vie de l'ordre de quelques secondes, ce qui peut être une explication à leur absence à l'état naturel. En effet, si ces radioisotopes ne sont pas produit par la désintégration de noyaux pères, alors ils se sont désintégrés depuis longtemps et nous ne les retrouvons plus aujourd'hui.

Origine et étymologie du Nobélium

Le nom nobélium est un hommage à Alfred Nobel, chimiste et ingénieur suédois.

C'est en tant que fabriquant d'armes qu'il fut l'inventeur de la dynamite, découverte fortuitement au cours d'expériences dans un laboratoire français. Il était également possesseur de l’entreprise d'armement suédoise Bofors. A sa mort, sans enfants, il lègue sa fortune pour créer une fondation chargée, entre autres, de décerner des prix qui portent son nom, les prix Nobel.

Les prix Nobel sont donc décernés depuis l'automne 1901 dans les domaines de :

  • la Paix (décerné par le parlement suédois),
  • de littérature (décerné par l'académie suédoise),
  • de médecine (décerné par l'institut Karolinska),
  • de physique et de chimie décernés par l'académie royale de science de suède.

En plus de la distinction hautement honorifique, Les lauréats reçoivent des financements, issus de la fortune de Alfred Nobel, afin de continuer leurs travaux sans subir de pressions financières.

Le premier prix Nobel de chimie fut Jacob Henricus Van 't Hoff, chimiste néerlandais pour ses découvertes dans la dynamique chimique ainsi que la notion de pression osmotique dans les solutions (relative aux échanges d'ions ou de molécules au travers d'une membrane).

Dernièrement le prix Nobel de chimie de 2017, a lui été décerné conjointement à Jacques Dubochet (chimiste suisse travaillant à l'université de Lausanne), Joachim Frank (chimiste américain d'origine allemande, université de Columbia au Etats-Unis), et Richard Henderson (chimiste britannique travaillant à l'université de Cambridge en Angleterre). Ils ont été récompensés pour leur travaux en cryo-microscopie électronique qui rend possible l'étude de la structure moléculaire de protéines en solution sans les dénaturer (dénaturation : changement de configuration spatiale par rapport à la configuration naturelle).

Depuis sa création, il y a eu 9 lauréats français du prix Nobel de chimie.

Le nom nobélium est validé par l'UICPA (union internationale de chimie pure et appliquée, c'est l'organisme référence en matière de nomenclature chimique depuis 1921) en août 1997.

La découverte du nobélium : un peu d'histoire

La découverte du Nobélium est revendiquée pour la première fois en 1957 par des physiciens suédois de l'institut Nobel qui affirment l'avoir obtenu en bombardant des noyaux de curium (mélange d'isotopes 244, 246 et 248) avec du carbone 13.

Cependant, le rapport qu'ils présentent comporte des incertitudes et certaines équipes de chercheurs remettent en cause ces résultats, n'arrivant pas à obtenir l'élément dans leur laboratoire.

D'autres synthèses de l'élément 102 sont tentées, notamment aux USA par une équipe du laboratoire Berkeley, mais les preuves incontestables de la synthèses du nobélium sont présentées en 1966 par une équipe russe de l'institut unifié de recherches nucléaires de Dubna (JINR).

Les Russes proposent alors le nom de joliotium en souvenir de Frédéric Joliot-curie, mari d'Irène Joliot-Curie, elle même fille de Pierre et Marie Curie. Ce dernier a contribué à la recherche en chimie nucléaire, et a été durant sa carrière directeur de l'institut du radium.

Cependant, les Américains de Berkeley qui obtiennent également des résultats validant ceux des Russes ne donnent pas leur accord pour ce nom.

Les principaux isotopes du nobélium

Comment sont organisées les couches d'électron pour le nobélium ?
Schéma des couches électroniques de l'atome de nobélium

Isotopes stables

Le nobélium ne possède pas d'isotope stable. En effet, il s'agit d'un noyau lourd, les forces attractives qui permettent la cohésion des nucléons ne compensent pas suffisamment les forces de répulsions du aux charges positives des protons, ce qui confère une grande insatiabilité à cet atome.

Radioisotopes naturels

Le nobélium n'a jamais été trouvé à l'état naturel sur la Terre. Il semblerait qu'il s'agisse d'un élément trop lourd pour avoir été synthétisé lors de nucléosynthèse stellaire (réactions nucléaires ayant lieu dans les étoiles et à l'origine de la majorité des atomes présents sur terre).

De plus, au vu de sa rapidité de désintégration, cet élément est tellement instable que s'il a été produit, les différents isotopes se sont désintégrés et ont formés des isotopes stables depuis longtemps.

Principaux radiosisotopes synthétiques

Neuf radioisotopes du nobélium sont connus, allant du nobélium 251 au nobélium 259. L'isotope le plus stable étant le nobélium 259.

Nobélium et radioactivité

Tous les isotopes connus du nobélium sont radioactifs et se désintègrent selon la radioactivité α, c'est-à-dire en émettant un noyau d'hélium He (particule α).

Pour tous ces isotopes, les dégradations sont extrêmement rapides caractérisées par des temps de demi-vie allant d'environ 1h à quelques minutes.

Différentes synthèses du nobélium

Il existe plusieurs voies de synthèse du nobélium, en voici deux exemples :

  • Les équipes de recherches de Dubna ont synthétisé du nobélium à partir de la fusion nucléaire d'ions lourds à partir des isotopes 204, 206, 208 du plomb et des isotopes de calcium 44 et 48.
  • Les équipes de Berkeley en ont obtenus à partir du bombardement de l'isotope 248 de curium avec des atomes d'oxygène 18.

Réactivité du nobélium

Pendant longtemps, aucune étude expérimentale n'a été menée sur le nobélium métallique et ses composés car les quantités synthétisées étaient très faibles et ses isotopes de très courte durée de vie.

Cependant, plus récemment, la stabilité des ions du nobélium a pu être étudiée. Cet atome lourd a des propriétés physico-chimique proches des alcalino-terreux, atomes constituant le deuxième groupe du tableau périodique (bérylium, magnésium, calcium, strontium, baryum et radium).

Par exemple, c'est au deuxième degré d’oxydation que l'ion nobélium est le plus stable en solution.

Sécurité associée au nobélium

Quelles sont les règles de sécurité pour la manipulation du nobélium ?
Symbole prévenant que les règles de sécurité relative à la manipulation de radioisotope doivent être suivi pour la manipulation du nobélium.

Les règles de sécurité lors de la manipulation de nobélium sont les mêmes que pour la manipulation de n'importe quel radioisotope :

  • travailler dans des locaux adaptés à la manipulation de radioisotopes : circulation des personnes limitée et contrôlée, revêtements protecteurs, détecteur de radioactivité, aération, aspiration...
  • Toujours travailler sous aspiration.
  • Porter des équipements personnels de protection adaptés : blouse à usage unique, gants jetables, lunettes, protection respiratoire...
  • Avoir des zones de stockage adaptées.
  • Un soin extrême est porté sur l'évacuation des déchets (poubelles fermées évacuées très régulièrement).

Cependant, en raison de la rapidité de désintégration des noyaux de nobélium et des faibles quantités manipulées, les risques radioactifs associés sont très faibles. En effet, les durées d’émission radioactives demeureront très courtes.

De plus les particules α émises sont des faibles énergies et n'ont qu'une faible capacité de pénétration dans l'organisme.

Sources

  • "Chemical elements how they were discovered" - D.N. et V.D. Trifonov p 244 à 245
  • "Spontaneous-fission decay properties and production cross-sections for the neutron deficient nobelium isotopes formed in the 44,48Ca + 204,206,208Pb reactions", the european physical Journal A - Hadrons and Nuclei, April 2003, V 16, issue 4, pp 447-456
  • "The new nuclide nobelium-259", V 216, issue 1, 26 novembre 1973, pp 97-108

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Yann

Fondateur de Superprof et ingénieur, nous essayons de rendre disponible la plus grande base de savoir. Passionné par la physique-chimie et passé par la filière scientifique au lycée, je partage mes cours (après les avoir mis à jour selon le programme de l’Éducation Nationale).