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Erbium

élément chimique de numéro atomique 68 et de symbole Er

L'erbium est un élément chimique de symbole Er et de numéro atomique 68. L'erbium constitue un métal du groupe des terres rares. Comme la plupart des autres lanthanides, il est de couleur gris argent, malléable et ductile à température ambiante. Il s'oxyde peu dans l'air sec.

Erbium
Image illustrative de l’article Erbium
Échantillon d'erbium.
Holmium ← Erbium → Thulium
—
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
68		 Er
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Er
↓
Fm
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Er
Nom Erbium
Numéro atomique 68
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 4f12 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 30, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 167,259 ± 0,003 u[1]
Rayon atomique (calc) 175 pm (226 pm)
Rayon de covalence 189 ± 6 pm[2]
État d’oxydation 3
Électronégativité (Pauling) 1,24
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[3]
1re : 6,107 7 eV 2e : 11,93 eV
3e : 22,74 eV 4e : 42,7 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
162Er0,14 %stable avec 94 neutrons
164Er1,61 %stable avec 96 neutrons
166Er33,6 %stable avec 98 neutrons
167Er22,95 %stable avec 99 neutrons
168Er26,8 %stable avec 100 neutrons
169Er{syn.}9,4 jβ−0,351169Tm
170Er14,9 %stable avec 102 neutrons
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 9,066 g·cm-3 (25 °C)[1]
Système cristallin Hexagonal compact
Couleur blanc métallique
Point de fusion 1 529 °C[1]
Point d’ébullition 2 868 °C[1]
Énergie de fusion 17,2 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 261 kJ·mol-1
Vitesse du son 2 830 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique 170 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 1,17×106 S·m-1
Conductivité thermique 14,3 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-52-0[4]
No ECHA 100.028.327
No CE 231-160-1
Précautions
SGH[5]
État pulvérulent :
SGH02 : Inflammable
Danger
H228 et P210
Transport[5]
État pulvérulent :
   3089   
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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L'appellation erbium, provient de l'endroit, Ytterby près de Stockholm en Suède, où l'on a découvert le minerai dans lequel ont également été identifiées plusieurs autres terres rares. Les éléments chimiques yttrium, terbium et ytterbium partagent la même étymologie.

L'erbium naturel est constitué d'un mélange de 6 isotopes stables.

Histoire

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Morceau d'erbium métallique.
Découvertes des terres rares.
Yttrium (1794)

Yttrium



Terbium (1843)



Erbium (1843)
Erbium

Erbium



Thulium (1879)



Holmium (1879)

Holmium



Dysprosium (1886)






Ytterbium (1878)

Ytterbium

Ytterbium



Lutécium (1907)




Scandium (1879)








Cérium (1803)

Cérium


Lanthane (1839)

Lanthane


Didyme (1839)
Didyme

Néodyme (1885)



Praséodyme (1885)



Samarium (1879)

Samarium

Samarium



Europium (1901)





Gadolinium (1880)







Prométhium (1947)


Diagrammes des découvertes des terres rares. Les dates entre parenthèses sont les dates d'annonces des découvertes[6]. Les branches représentent les séparations des éléments à partir d'un ancien (l'un des nouveaux éléments conservant le nom de l'ancien, sauf pour le didyme).

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 plusieurs terres rares (cérium, lanthane et didyme) grâce à de nouveaux procédés de cristallisation fractionnée[8]. Convaincu que l'yttria extraite de la gadolinite est également un mélange, il décide d'y chercher certains de ces nouveaux composés. À l'automne 1842, il parvient à isoler deux oxydes, l'un blanc (donnant des sels incolores), qu'il considère comme le véritable yttrium, et l'autre jaune (donnant des sels roses), qu'il décide de nommer « odinium » en l'honneur du dieu Odin de la mythologie nordique. Avant de publier les résultats de ces recherches en 1843, Mosander achève une étape supplémentaire de fractionnement des oxalates de ces composés et découvre un troisième oxyde. 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)[9].

Dès la fin des années 1870, l'avènement des méthodes spectroscopiques montrent que l'erbine est elle aussi un mélange et permet d'y découvrir plusieurs nouveaux éléments : ytterbium, scandium, holmium et thulium (1879), puis dysprosium (1886) et enfin lutécium (1907). L'oxyde d'erbium pur n'est finalement isolé qu'en 1905 par Georges Urbain et Charles James (en). Le métal à l'état pur est quant à lui extrait pour la première fois en 1934 par Wilhelm Klemm (de) et Heinrich Bommer. Ces deux chimistes allemands y parviennent en réduisant le chlorure d'erbium anhydre avec des vapeurs de potassium[10].

Caractéristiques

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Isotopes

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L'erbium est naturellement présent sous forme d'un mélange de 6 isotopes stables : 162Er, 164Er, 166Er, 167Er, 168Er et 170Er. L'erbium-166 est le plus abondant (33,503 %). 29 radioisotopes ont été caractérisés, le plus stable est 169Er avec une demi-vie de 9,4 jours. L'élément compte également 13 isomères nucléaires, le plus stable étant 167mEr avec une demi-vie de 2,269 secondes[11].

Abondance naturelle et production

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L'erbium est l'une des terres rares les plus abondantes. Sa concentration dans l'écorce terrestre est d'environ 3,5 g/tonne[9], ce qui est presque le double de celle de l'étain et en fait le 44e élément par ordre d'abondance[7].

Les principales ressources minières sont situées en Chine et aux États-Unis. L'erbium peut être extrait des mêmes minerais que les autres terres rares, tels que xénotime, gadolinite, euxénite, fergusonite, polycrase ou blomstrandine, mais les plus utilisés sont la monazite et la bastnäsite. La production annuelle est d'environ 500 tonnes, principalement sous forme d'oxyde. Le métal pur est obtenu en chauffant le chlorure d'erbium avec des vapeurs de calcium sous vide et est disponible en morceaux, en lingots ou en poudre[7]. Pour une pureté de 99,9 %, son prix était d'environ 21 $ le gramme en 2015[10].

Utilisations

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  • Médecine nucléaire : synoviorthèse isotopique des doigts dans la polyarthrite rhumatoïde (erbium 169).
  • Industrie nucléaire : du fait de sa forte capacité d'absorption des neutrons.
  • Alliages : il diminue la dureté et facilite l'usinage du vanadium.
  • Colorants : pour le verre et les glaçures pour porcelaine. L'oxyde d'erbium donne une couleur rose.
  • Filtres photographiques : coloré en rose, il permet de rehausser la qualité des photos prises en ambiance nuageuse.
  • Lasers médico-chirurgicaux :
    • Chirurgie : le laser YAG dopé à l'erbium concurrence ceux dopés à l'holmium.
    • Dentisterie : le laser Erbium est le plus polyvalent des lasers dentaires.
  • Télécommunications optiques : les amplificateurs optiques à base de fibres dopées erbium sont devenus un élément standard des réseaux de télécommunications optiques longue distance.
  • Panneaux solaires photovoltaïques : usage potentiel à la suite de la découverte d'un nouvel effet électronique[12].

Notes et références

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  1. ↑ a b c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  4. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. ↑ a et b Entrée « Erbium, powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 28 août 2018 (JavaScript nécessaire)
  6. ↑ (en) Episodes from the History of the Rare Earth Elements, Springer Netherlands, coll. « Chemists and Chemistry », (ISBN 9789401066143 et 9789400902879, DOI 10.1007/978-94-009-0287-9), xxi.
  7. ↑ a b et c (en) John Emsley, Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements, Oxford, Oxford University Press, , 538 p. (ISBN 0-19-850341-5, lire en ligne).
  8. ↑ (en) Pieter Thyssen et Koen Binnemans, « Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table », dans Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, vol. 41, Elsevier, , 560 p. (lire en ligne).
  9. ↑ a et b (en) Per Enghag, Encyclopedia of the Elements : Technical Data - History - Processing - Applications, John Wiley & Sons, , 1309 p. (lire en ligne).
  10. ↑ a et b (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis, , 96e éd., 2677 p. (ISBN 9781482260960)
  11. ↑ (en) Georges Audi, O. Bersillon, J. Blachot et A.H. Wapstra, « The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties », Nuclear Physics A, vol. 729, no 3,‎ , p. 3–128 (lire en ligne [PDF]).
  12. ↑ « Silice dopée erbium, pour une conversion photovoltaïque doublement efficace », sur IRAMIS (consulté le ).

Voir aussi

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Liens externes

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


  1 2                               3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H     He
2  Li Be   B C N O F Ne
3  Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4  K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5  Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6  Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7  Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8  119 120 *    
  * 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142  


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