Praséodyme

Praséodyme

Caractéristiques du praséodyme

Symbole : Pr
Masse atomique : 140,907 66 ± 0,000 02 u¹
Numéro CAS : 7440-10-0
Configuration électronique : [Xe]4f³6s²
Numéro atomique : 59
Groupe : –
Bloc : Bloc f
Famille d’éléments : Lanthanide
Électronégativité : 1, 13
Point de fusion : 931 °C

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Le praséodyme, élément atomique n°59 de symbole Pr : ses propriétés, ses composés, ses isotopes, son histoire, son origine et ses utilisations.

Le praséodyme fait partie de l’élément chimique de Mendeleïev connu sous le numéro atomique 59. Doté d’un symbole chimique Pr, il est classé dans la famille des lanthanides et dans le groupe des terres rares. À la fois doux, ductile et malléable, ce métal s’oxyde doucement au contact de l’air et à température ambiante. Pour mieux le conserver, on le met dans de l’huile minérale. Cet élément réagit violemment avec l’eau. Son nom vient des mots grecs prason qui signifie poireau (à cause de la couleur verte de son nitrate) et didymos signifiant jumeau. Le praséodyme se caractérise par sa couleur gris argent. On a longtemps cru que le corps simple du praséodyme est un mélange d’oxyde de praséodyme, jusqu’à ce que Carl Auer von Welsbach réussisse à l’isoler en 1885.

Propriétés physiques du praséodyme

Le praséodyme résiste mieux à la corrosion que ses compères du groupe des lanthanides (l’europium, le cérium, le lanthane et le néodyme). Exposé à l’air, le praséodyme éclate et répand une couche d’oxyde verte un peu gluante. La conservation de ce métal se fait sous l’huile ou dans une ampoule scellée. Par ailleurs, il se distingue des autres métaux par sa particularité paramagnétique face à une température supérieure à 1 K. En général, les métaux de terre rares sont antiferromagnétiques et/ou ferromagnétiques à basse température.

Propriétés chimiques du praséodyme

Le praséodyme métallique se ternit lentement à l’air. Pouvant s’enflammer à 150 °C, il forme les oxydes de praséodyme III et IV dont la formule est 12 Pr + 11 O₂ → 2 Pr₆O₁₁. Relativement électropositif, ce métal réagit doucement face à l’eau froide. Afin de constituer l’hydroxyde de praséodyme, il faut le mettre en contact avec de l’eau chaude.

Le praséodyme réagit avec tous les halogènes tels que le fluor, le chlore, le brome et l’iode :

2 Pr (s) + 3 F₂ (g) → 2 PrF₃ (s)
2 Pr (s) + 3 Cl₂ (g) → 2 PrCl₃ (s)
2 Pr (s) + 3 Br₂ (g) → 2 PrBr₃ (s)
2 Pr (s) + 3 I₂ (g) → 2 PrI₃ (s)

Quand il est dissout dans de l’acide sulfurique dilué, le praséodyme devient une solution à base d’ions verts Pr III, dont la forme complexe est [Pr(H₂O)₉]³⁺. Pour obtenir cette solution, voici la formule : 2 Pr (s) + 3 H₂SO₄ (aq) → 2 Pr³⁺(aq) + 3 SO₄²⁻ (aq) + 3 H₂ (g)

Composés du praséodyme

Le praséodyme IV est considéré comme un puissant oxydant. En effet, il peut oxyder directement l’eau en oxygène et l’acide chlorhydrique en chlore. Dans une solution aqueuse, l’état d’oxydation maximum du praséodyme est de +3.

Les sels de praséodyme présentent une teinte jaune verdâtre. En ce qui concerne l’oxyde de praséodyme, celui-ci est obtenu par calcination des sels d’oxalate ou de carbonate. Il se caractérise par sa couleur noire avec des reflets brun-vert. La formule de l’oxyde de praséodyme est Pr₆O_11.

Comme pour les autres lanthanides, les composés moléculaires de praséodyme sont typiquement liés à l’état d’oxydation +3. La plupart d’entre eux contiennent de l’ion praséodyme II. Il existe cependant un seul composé moléculaire de Pr (IV).

Voici la liste des autres composés du praséodyme :

Nitrure (PrN)
Fluorures (PrF₂, PrF₃, PrF₄)
Chlorure (PrCl₃)
Tellurures (PrTe, Pr₂Te₃)
Bromures (PrBr₃, Pr₂Br₄)
Oxydes (PrO₂, Pr₂O₃, Pr₆O₁₁)
Iodures (PrI₂, PrI₃, Pr₂I₅)
Sulfates (Pr₂(SO₄)₃)
Sulfures (PrS, Pr₂S₃)
Séléniure (PrSe)

Isotopes du praséodyme

Dans son état naturel, le praséodyme se compose d’un isotope stable, le ¹⁴¹Pr. Il possède 38 radioisotopes, dont les plus stables sont ¹⁴³Pr et ¹⁴²Pr. Leur demi-vie respective est de 13,57 jours et 19,12 heures. Quant aux isotopes radioactifs, ceux-ci disposent d’une demi-vie de moins de six heures. Certains ne peuvent même pas atteindre 33 secondes. Le métal praséodyme dispose de six isomères nucléaires, dont les plus stables sont, ^138mPr (demi-vie de 2,12 heures) et ^142mPr (demi-vie de 11 minutes). Le poids atomique de ces isotopes oscille entre 120,955 u (¹²¹Pr) et 158,955 u (¹⁵⁹Pr). La première désintégration avant l’isotope ¹⁴¹Pr s’est effectuée par capture électronique et les isotopes après le ¹⁴¹Pr ont été désintégrés par radioactivité bêta. Ces premiers produits avant ¹⁴¹Pr sont les isotopes de l’élément 58 (cérium). Les produits primaires après l’isotope ¹⁴¹Pr font partie de l’élément 60 (néodyme).

Histoire du praséodyme

L’isolement du praséodyme s’est effectué pendant 40 ans par différents chimistes. Ce processus d’isolement a commencé en 1841 avec Carl Gustaf Mosander qui a séparé la terre rare didyme de l’oxyde de lanthane. Il continua avec Per Teodor Cleve en 1879 qui a découvert que le didyme était composé de deux éléments. Plus tard, en 1879, Lecoq de Boisbaudran a isolé une nouvelle terre appelée le samarium du didyme (un extrait du minerai samarskite). Mais finalement, c’est le chimiste autrichien Carl Auer von Welsbach qui a réussi à séparer les deux éléments composant le didyme : le praséodyme et le néodyme (le sel qui donne différentes couleurs). Le praséodyme fut ainsi isolé.

Fin 1920, Leo Moser (fils de Ludwig Moser, le propriétaire de la cristallerie Moser en République tchèque) a utilisé le praséodyme dans la coloration du verre. Ainsi, celui-ci se colore en jaune-vert qu’il nomma « Prasemit ». Il a aussi mélangé le praséodyme avec du néodyme et a inventé le verre appelé « Héliolite ». Cette dernière version fut mieux acceptée que son prédécesseur. L’emploi premier du praséodyme purifié, et qui perdure jusqu’à aujourd’hui, est dans la coloration de la céramique.

La séparation du praséodyme avec le néodyme et le lanthane se fait difficilement. Ce métal doux se disperse en plusieurs fractions, offrant ainsi un rendement de purification faible. Sur le marché minier, l’offre en praséodyme a toujours été plus forte que la demande. Il coûte moins cher que le néodyme qui est plus abondant. Le praséodyme pur est inutilisable. Il convient de le mélanger avec du cérium et du lanthane pour former le LCP (les premières lettres de ses composants). Cet amalgame remplace le lanthanide. Il est fabriqué avec de la monazite ou de la bastnäsite. Le LCP est extrait à partir du néodyme et de toutes les terres lourdes, rares et de grandes valeurs. Le LC, mélange simple de cérium et de lanthane, est en train de supplanter le LCP.

Origine du praséodyme

Le praséodyme est présent en petite quantité dans la croûte terrestre à 9,5 ppm. On en détecte également dans les minerais de terres rares comme bastnäsite et monazite. Pour obtenir ces minerais, on procède par échange d’ions ou par extraction avec du solvant à contre-courant.

Utilisations du praséodyme

Le praséodyme est utile dans une fabrication de :

pierre à briquet : il entre dans la composition du mischmétal ;
colorant du verre : combiné avec le néodyme, il donne une couleur verte au verre et sert de teinte au verre de protection solaire et aux lunettes de soudeur ;
colorant des céramiques : les pigments de zircons (ZrSiO₄) dopés avec du praséodyme donnent une couleur jaune vif ; avec de la fluorine (CaF₂) donne une couleur rouge ;
aimant permanent : en alliage avec le cobalt ;
additif dans les verres optiques flint ;
luminophore ;
batteries ;
catalyseurs dans le pétrole ;
amplificateur EDFA : la fibre optique est dopée avec du praséodyme ;