Thulium

Thulium

Caractéristiques du thulium

Symbole : Tm
Masse atomique : 168,934 22 ± 0,000 02 u
Numéro CAS : 7440-30-4
Configuration électronique : [Xe] 4f13 6s2
Numéro atomique : 69
Groupe : n. a
Bloc : Bloc f
Famille d’éléments : Lanthanide
Électronégativité : 1,25
Point de fusion : 1 545 °C

Le thulium, élément atomique n°69 de symbole Tm : ses origines, ses propriétés et ses utilisations.

De numéro atomique 69, le thulium est l’élément chimique de symbole Tm. Ce métal appartient au groupe des terres rares. À température ambiante, il est ductile et malléable, comme tout lanthanide. À l’air sec, il s’oxyde faiblement.

Sa dénomination découle du grec Thule qui veut dire « pays du Nord ». Autrefois, ce fut l’appellation de la Scandinavie. En 1879, le chimiste suédois Per Theodor Cleve découvre la gadolinite. Ce minerai est l’origine de l’holmium et du thulium.

Avant d’être représenté par Tm, le thulium a été symbolisé par « Tu ».

L’élément 69 est le plus rarissime des terres rares. On ne le trouve qu’à 0,007 % dans la monazite. Il est plus onéreux que l’or sous forme de métal. Le thulium 169 est l’isotope stable qui constitue l’élément naturel 69.

Origine du thulium

L’année 1789 marque la découverte d’un nouvel oxyde dans un échantillon d’ytterbite. Cette trouvaille est attribuée à Johan Gadolin, puis le minéral a été nommé gadolinite. La roche a été découverte deux ans auparavant par le lieutenant chimiste Carl Axel Arrhenius. Sa recherche s’est déroulée en Suède, dans le village d’Ytterby. En 1797, le chimiste suédois Anders Gustaf Ekeberg confirme ces études. Il nomme ainsi le nouvel oxyde « yttria ».

Environ 50 ans après, Carl Gustav Mosander isole trois produits de l’yttria. Il a utilisé pour cela les nouvelles techniques de cristallisation fractionnée. Comme nomenclature, il choisit yttria pour la partie incolore, erbia pour la jaune et terbia pour la rose. Les appellations font référence au village d’Ytterby. Les disciples de Mosander mélangèrent les dénominations pour des raisons restées inconnues. Le terme erbia finit par désigner l’oxyde d’erbium, représenté par la fraction rose. Le terbia est devenu l’oxyde de terbine qui est la partie jaune.

En 1878, Jean-Charles Galissard de Marignac, chimiste suisse, se rend compte de la non-homogénéité de l’erbine. Il en dissocie un nouveau corps, qu’il appelle « ytterbium ». Per Theodor Cleve se lance alors dans l’étude des sels d’erbium restants. En 1879, il arrive à avoir trois portions qu’il fait passer au spectromètre. Un fragment correspond à l’erbium, mais les deux autres lui sont étrangers. Il décide de nommer le premier morceau inconnu « holmium », découlant du nom latin de Stockholm. Le second extrait est appelé « thulium » selon l’ancienne dénomination de la Scandinavie.

En 1911, le chimiste américain Theodore William Richards se lance dans 15.000 recristallisations du bromate de thulium. Ces travaux ont pour but d’avoir l’échantillon le plus pur possible. Ils serviront aussi à déterminer précisément la masse atomique de l’élément. Ses recherches lui valent le prix Nobel de chimie en 1914.

Propriétés du thulium

Les propriétés physiques du thulium

Dans sa forme pure, le thulium brille d’une couleur argentée. Lorqu’il est exposé à l’air, sa couleur s’altère. Sur l’échelle de Mohs, la dureté du thulium se situe entre 2 et 3. En effet, il est sectionnable, maniable et friable.

En dessous de 32 K, il est ferromagnétique.
Entre 32 et 56 K, il est antiferromagnétique.
Au-dessus de 56 K, il est paramagnétique.

Sous forme liquide, il est volatile.

Deux formes allotropiques de l’élément 69 ont été identifiées : le thulium tétragonal α-Tm et l’hexagonal β-Tm. Ce dernier est le plus stable.

Les propriétés chimiques du thulium

Exposé à l’air, l’élément 69 perd de son éclat. Pour former l’oxyde de thulium (III), il faut le brûler à 150 °C.

4 Tm + 3 O₂ → 2 Tm₂O₃

Pour former le chlorure de thulium, cet oxyde réagit avec le chlorure d’ammonium.

Tm₂O₃ + 6 NH₄Cl → 2 TmCl₃ + 6 NH₃ + 3 H₂O

Utilisations du thulium

Les applications du thulium sont limitées à cause de son coût notable.

Les batteries nucléaires peuvent entre autres être constituées par du thulium 171. Il y est exploité comme source de chaleur. L’isotope ¹⁷¹Tm a une demi-vie de 1,92 an.
Les magnétrons fonctionnent avec des céramiques magnétiques contenant de l’oxyde de thulium. Il est surtout usité dans les fours à micro-ondes.
Il sert de substance phosphorescente bleue aux tubes cathodiques. Pour ce faire, le sulfure de zinc est stimulé par l’oxyde de thulium.
Il est utilisé dans la radiologie. Les appareils radiographiques mobiles emploient du ¹⁶⁹Tm bombardés avec des neutrons comme source de rayonnement.

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