Prométhium
Le prométhium, initialement appelé prométhéum, est un élément chimique de symbole Pm et de numéro atomique 61. Tous ses isotopes sont radioactifs. Il fait partie des deux seuls éléments qui ne possèdent aucun isotope stable et qui sont suivis, dans le tableau périodique, par des éléments possédant des isotopes stables, l’autre étant le technétium. Sur le plan chimique, le prométhium est un lanthanide qui forme des sels en se combinant avec d’autres éléments.
Identité
- Masse atomique
- 145 u
- Catégorie
- Lanthanides
- Groupe
- 3
- Période
- 6
- Bloc
- f
- États d'oxydation
- +3
- État physique (à 25 °C)
- Solide
- Apparence
- metallic
Structure électronique
- Configuration électronique
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f5
- Configuration abrégée
- [Xe] 4f5 6s2
- Électrons par couche
- 2, 8, 18, 23, 8, 2
- Électronégativité (Pauling)
- 1.13
- Affinité électronique
- 12.4 kJ/mol
- 1ʳᵉ énergie d'ionisation
- 540 kJ/mol
- Énergies d'ionisation
- 540 · 1050 · 2150 · 3970 kJ/mol
Propriétés physiques
- Point de fusion
- 1041.8 °C (1315 K)
- Point d'ébullition
- 2999.8 °C (3273 K)
- Densité
- 7.26 g/cm³
- Capacité thermique molaire
- —
Comportement chimique de l'prométhium
Le prométhium possède cinq électrons externes ([Xe] 4f⁵ 6s²) et adopte presque toujours l’état d’oxydation +3. Son électronégativité est très faible (1.13) et ses liaisons présentent un caractère nettement ionique. C’est le seul lanthanide qui ne possède aucun isotope stable : toute son étude chimique doit être réalisée sur des échantillons radioactifs qui se désintègrent. Comme les autres lanthanides, il est très électropositif : il s’oxyde à l’air, réagit avec l’eau et se dissout facilement dans les acides dilués.
Réactivité
4 Pm + 3 O₂ → 2 Pm₂O₃
À l’air, il s’oxyde rapidement en oxyde de prométhium(III) rose violacé. La chaleur produite par sa propre désintégration accélère l’oxydation de sa surface.
2 Pm + 6 H₂O → 2 Pm(OH)₃ + 3 H₂
Il réagit avec l’eau en libérant de l’hydrogène et en formant l’hydroxyde correspondant. La réaction doit être réalisée dans des enceintes blindées en raison du rayonnement bêta du métal.
2 Pm + 6 HCl → 2 PmCl₃ + 3 H₂
Il se dissout dans les acides dilués en donnant des sels de prométhium(III) rosâtres. Le chlorure constitue le point de départ de la séparation du Pm-147 à partir du combustible nucléaire usé.
Pm₂O₃ + 6 HF → 2 PmF₃ + 3 H₂O
Avec l’acide fluorhydrique, il forme un fluorure insoluble, utile pour précipiter et purifier le prométhium en le séparant des autres produits de fission.
Composés notables
| Composé | Formule | Utilisation ou importance |
|---|---|---|
| Oxyde de prométhium | Pm₂O₃ | Source bêta pour les batteries et les matériaux phosphorescents |
| Chlorure de prométhium | PmCl₃ | Séparation à partir du combustible nucléaire |
| Fluorure de prométhium | PmF₃ | Précipitation et purification |
| Oxalate de prométhium | Pm₂(C₂O₄)₃ | Produit intermédiaire dans la purification radiochimique |
| Borure de prométhium | PmB₆ | Études des matériaux radioactifs |
Distribution de la couche électronique
Afficher dans le générateur d'atomesIsotopes
Aucun isotope du prométhium n’est stable. Celui qui possède la plus longue durée de vie est le prométhium 145 (¹⁴⁵Pm), avec 84 neutrons et une demi-vie d’environ 17.7 ans. L’isotope le plus utilisé est le prométhium 147 (¹⁴⁷Pm), un émetteur bêta pur dont la demi-vie est de 2.62 ans et qui se désintègre en samarium 147 avec une émission gamma presque nulle. Le prométhium 151 (¹⁵¹Pm, demi-vie de 28 heures) est utilisé comme traceur dans la recherche.
Occurrence et production
Il n’existe qu’en quantités infimes dans la nature : seules des traces éphémères apparaissent lors de la fission spontanée de l’uranium 238 ou de la désintégration de l’europium-151, à raison de quelques picogrammes par tonne. Tout le prométhium exploitable est produit artificiellement, soit par fission de l’uranium-235 dans des réacteurs, soit par capture de neutrons par le néodyme 146, qui devient du néodyme 147 puis se désintègre en Pm-147. Oak Ridge et Dimitrovgrad sont les sites de production historiques.
Histoire et origine du nom
La case 61 fut la dernière des terres rares à être remplie. Moseley en avait prédit l’existence grâce aux rayons X, et des dizaines de fausses découvertes avaient été annoncées à sa recherche, sous des noms tels que florenium et illinium. En 1945, Marinsky, Glendenin et Coryell l’isolèrent par échange d’ions parmi les produits de fission du réacteur Clinton Pile, puis annoncèrent leur découverte en 1947. Ils le nommèrent prométhium, d’après Prométhée, qui déroba le feu aux dieux : un nom tragique et lumineux pour un élément qui brille grâce à sa radioactivité.
Applications et importance de l'prométhium
Utilisations de l'élément
En tant que source bêta pure, le Pm-147 alimente des batteries nucléaires miniatures qui convertissent sa désintégration en électricité pendant des années, sans recharge. Elles sont destinées notamment aux capteurs à distance, aux équipements spatiaux et aux stimulateurs cardiaques expérimentaux. La chaleur dégagée par sa désintégration a également été étudiée comme source de chaleur auxiliaire.
Utilisations de ses composés
Mélangé à des matériaux phosphorescents à base de sulfure de zinc, il permet de produire des peintures et des panneaux lumineux qui brillent sans électricité, comme alternative au radium autrefois utilisé sur les cadrans de montres et les tableaux de bord. En tant que source bêta étalonnée, il permet de mesurer sans contact l’épaisseur de feuilles de papier, de plastique et de métal sur des lignes industrielles.
Santé, sécurité et environnement
Rôle biologique
Il ne remplit aucune fonction biologique et présente une double toxicité : celle liée à la chimie des lanthanides et celle liée à son rayonnement bêta. En cas d’absorption, le Pm-147 se fixe dans les os et le foie ; sa manipulation exige donc un contrôle dosimétrique et un confinement complet.
Sécurité
Son rayonnement bêta de faible énergie ne traverse pas la peau intacte, mais, en cas d’ingestion ou d’inhalation, il irradie les tissus internes. Le prométhium est manipulé uniquement dans des installations agréées, encapsulé dans de l’acier et avec un blindage en acrylique, des gants et des appareils de surveillance. Il n’est pas présent dans les produits de consommation courante actuels.
Environnement
Il n’existe pas de bruit de fond naturel significatif ni de rejets accidentels courants : tous les stocks sont d’origine artificielle et font l’objet d’un suivi. Les déchets de Pm-147 perdent leur radioactivité jusqu’à atteindre des niveaux inoffensifs en quelques décennies, mais, jusque-là, ils sont gérés comme des déchets radioactifs de moyenne activité, avec une traçabilité complète.
Questions fréquentes sur l' Prométhium
Pourquoi le prométhium est-il radioactif ?
Le prométhium est le seul lanthanide qui ne possède aucun isotope stable : tous ses atomes se désintègrent au fil du temps en émettant des rayonnements. C’est pourquoi il n’est pas présent dans la nature en quantités appréciables et que le prométhium exploitable est principalement produit dans des réacteurs nucléaires. Son isotope le plus connu, le prométhium 147, émet des particules bêta de faible énergie, un rayonnement qui peut être utilisé dans des applications techniques strictement contrôlées.
Le prométhium est-il dangereux pour l’être humain ?
Oui, le prométhium est dangereux s’il n’est pas manipulé correctement, car sa radioactivité peut endommager les tissus et accroître les risques pour la santé en cas d’exposition importante. Toutefois, cet élément n’est présent ni dans les objets du quotidien ni dans l’environnement domestique. Son utilisation est réservée aux installations agréées, où il est encapsulé, blindé et soumis à des contrôles de dose ainsi qu’à des protocoles stricts de stockage et d’élimination.
Qu’est-ce qu’une batterie nucléaire au prométhium ?
Une batterie nucléaire au prométhium est un dispositif qui convertit en électricité l’énergie de la désintégration radioactive du prométhium 147. Elle ne fonctionne pas grâce à une réaction en chaîne, mais exploite les émissions bêta ou la chaleur produite pour alimenter des circuits de très faible puissance. Ces sources peuvent fonctionner pendant des années sans recharge ; elles ont donc été étudiées pour des capteurs à distance, des équipements spatiaux et des applications médicales expérimentales.
Pourquoi le prométhium est-il si difficile à étudier ?
Sa difficulté d’étude tient à sa radioactivité et à l’absence d’isotopes stables. Tout échantillon se désintègre continuellement ; il doit donc être produit, manipulé et stocké dans des conditions contrôlées. De plus, comme cet élément est rare et nécessite des installations nucléaires pour être obtenu, il n’est pas disponible sous forme de métal courant dans les laboratoires. Cela limite son étude chimique et explique pourquoi il est l’un des lanthanides les moins connus du grand public.
À quoi sert le prométhium 147 ?
Le prométhium 147 a été utilisé dans des batteries nucléaires miniatures, des sources lumineuses et des appareils industriels de mesure d’épaisseur. Dans les batteries, l’énergie libérée par sa désintégration est convertie en électricité pour alimenter des appareils devant fonctionner pendant des années sans recharge. Dans les instruments de mesure, ses émissions permettent de déterminer l’épaisseur de feuilles et de matériaux. Ses utilisations actuelles sont très spécialisées en raison de sa radioactivité, de sa rareté et de la réglementation stricte applicable aux matières radioactives.
Le prométhium se trouve-t-il dans la nature ?
Le prométhium n’existe qu’en quantités infimes dans la nature. Bien que des traces puissent se former lors de la désintégration d’autres éléments radioactifs, sa demi-vie est relativement courte et il disparaît rapidement. C’est pourquoi le prométhium utilisé dans la recherche ou les technologies est obtenu artificiellement, principalement dans des réacteurs nucléaires. Cette combinaison d’instabilité, de rareté naturelle et de production artificielle le distingue de la plupart des autres lanthanides.
Pourquoi le prométhium a-t-il été utilisé dans les peintures lumineuses ?
Le prométhium 147 émet un rayonnement bêta capable d’exciter un matériau phosphorescent et de lui faire émettre de la lumière visible. Ce principe a été utilisé dans des indicateurs lumineux, des panneaux et des horloges, comme alternative plus sûre au radium autrefois employé. Les particules bêta du prométhium sont moins pénétrantes, ce qui réduisait les risques lorsque le matériau était correctement encapsulé. Avec le temps, nombre de ces applications ont été remplacées par des technologies non radioactives.
Principales sources consultées : PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Dernière révision : novembre 2026.