Thulium

Thulium
Cristaux dendritiques et cube de un cm3 de thulium.
Erbium ← Thulium → Ytterbium —     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 169Tm 100 % stable avec 100 neutrons 171Tm {syn.} 1,92 a β- 0,096 171Yb
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 : Danger H228, H319, H335, P210, P261 et P305+P351+P338 H228 : Matière solide inflammable H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H335 : Peut irriter les voies respiratoires P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer. P261 : Éviter de respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P305+P351+P338 : En cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
Transport[5]
État pulvérulent : -    3089    Numéro ONU : 3089 : POUDRE MÉTALLIQUE INFLAMMABLE, N.S.A. Classe : 4.1 Étiquette : 4.1 : Matières solides inflammables, matières autoréactives, matières solides explosibles désensibilisées et matières qui polymérisent Emballage : Groupe d'emballage II : matières moyennement dangereuses ;
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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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.

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.

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].

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].

Le thulium ternit lentement dans l'air et brûle facilement 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

Le thulium est assez électropositif et réagit lentement avec l'eau froide et assez rapidement avec l'eau chaude pour former de l'hydroxyde de thulium :

2Tm_(s) + 6 H₂O_(l) → 2Tm(OH)_3(aq) + 3H_2(g)

Le thulium réagit avec tous les halogènes. Les réactions sont lentes à température ambiante, mais vigoureuses au-dessus de 200°C :

2Tm_(s) + 3F_2(g) → 2TmF_3(s) (blanc)

2Tm_(s) + 3Cl_2(g) → 2TmCl_3(s) (jaune)

2Tm_(s) + 3Br_2(g) → 2TmBr_3(s) (blanc)

2Tm_(s) + 3I_2(g) → 2TmI_3(s) (jaune)

Le thulium se dissout rapidement dans l'acide sulfurique dilué pour former des solutions contenant les ions vert pâle Tm(III), qui existent sous forme de complexes [Tm(OH₂)₉]^3+[14] :

2Tm_(s) + 3H₂SO_4(aq) → 2Tm³⁺_(aq) + 3SO₄^2-_(aq) + 3H_2(aq)

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.
• Luminophore 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.

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Thulium » (voir la liste des auteurs).

• (en) « Technical data for Thulium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

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