Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à révéler les propriétés essentielles d’une mystérieuse substance radioactive appelée prométhium, près de huit décennies après sa découverte. Cet élément des terres rares, découvert en 1945, fait partie d’un groupe d’éléments particulièrement importants dans les technologies modernes.
Qu’est-ce que le prométhium ?
Le Prométhée est l’un des quinze éléments lanthanides situés au bas du tableau périodique. Les lanthanides, également connues sous le nom de terres rares, possèdent des propriétés uniques telles qu’un fort magnétisme et des caractéristiques optiques particulières.
Les terres rares sont utilisées dans de nombreux domaines technologiques en raison de leurs propriétés exceptionnelles. Ils jouent un rôle crucial dans le fonctionnement des lasers, des écrans de smartphones ou encore des aimants très puissants que l’on retrouve dans les éoliennes et les véhicules électriques. Notez cependant que malgré leur nom, certains d’entre eux ne sont pas si rares que ça. En revanche, leur extraction et leur séparation sont souvent complexe et cher.
Une étude révolutionnaire
L’étude du prométhium a longtemps été problématique, principalement en raison de son nature radioactive. En effet, contrairement à d’autres éléments, le prométhium ne possède pas d’isotope stable, ce qui signifie qu’il se désintègre en d’autres éléments au fil du temps. Cela rend difficile l’obtention d’échantillons appropriés pour l’étude. Cet élément rare est généralement produit par un processus de fission dans les réacteurs nucléaires.
L’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), aux États-Unis, est le seul producteur américain de prométhium-147un isotope ayant un demi-vie de 2,6 ans. Grâce à une méthode récemment développée, les chercheurs de l’établissement ont réussi à séparer cet isotope des déchets des réacteurs nucléaires pour obtenir l’échantillon le plus pur possible.
Les scientifiques ont ensuite combiné l’échantillon de prométhium avec une molécule appelée ligand, conçue pour piéger les atomes métalliques et former ainsi un complexe stable dans l’eau. Cette molécule de coordination, connue sous le nom de PyDGA, a créé neuf liaisons entre le prométhium et l’oxygène, offrant ainsi aux scientifiques une opportunité unique d’analyser les propriétés de liaison de cet élément.
Spectroscopie d’absorption des rayons X
Pour analyser les propriétés du prométhium, les chercheurs ont utilisé une technique très avancée et spécialisée appelée spectroscopie d’absorption des rayons X basé sur le synchrotron. Cette méthode utilise des photons de haute énergie qui sont des particules de lumière générées par un accélérateur de particules, une machine complexe qui accélère les particules à des vitesses extrêmement élevées.
Plus précisément, la spectroscopie d’absorption des rayons X fonctionne en mesurant la manière dont les photons sont absorbés par les atomes de l’échantillon. Lorsque les photons frappent les atomes de prométhium, ils excitent les électrons de ces atomes, les faisant passer à des niveaux d’énergie plus élevés. En analysant le modèle d’absorption des rayons X, les scientifiques peuvent alors déterminer la position précise des atomes dans l’échantillon et mesurer la longueur des liaisons entre les atomes de prométhium et d’autres atomes, tels que l’oxygène, dans le complexe formé. .
Autrement dit, cette méthode permet de distinguer des liaisons prométhium spécifiques, même en présence d’autres éléments susceptibles de contaminer l’échantillon. Dans ce cas, le samarium, l’élément adjacent au prométhium dans le tableau périodique, pourrait potentiellement interférer. Cependant, grâce à la haute précision de la spectroscopie d’absorption des rayons X, les scientifiques ont pu exclure toute contamination au samarium, garantissant ainsi que les données collectées proviennent exclusivement du prométhium.
Découvertes et leurs implications
Les données obtenues grâce à ces analyses ont permis aux scientifiques de comparer les propriétés du prométhium avec celles d’autres éléments de la série des lanthanides. En comprenant comment le prométhium se lie avec d’autres atomes, notamment l’oxygène, les chercheurs peuvent en effet voir comment il se compare aux autres lanthanides en termes de longueur de liaison, de force de liaison et de comportement chimique.
Cette comparaison est cruciale, car les terres rares partagent souvent des propriétés similaires, mais des différences subtiles peuvent influencer leur utilisation dans diverses applications technologiques. Par exemple, les différences dans la manière dont les éléments se lient peuvent affecter leurs propriétés magnétiques et optiques ou leur capacité à catalyser des réactions chimiques. En complétant le tableau des propriétés chimiques des lanthanides, les scientifiques peuvent mieux comprendre les tendances périodiques et les variations entre ces éléments.
Comprendre ces propriétés de liaison et de coordination aidera développer de nouvelles méthodes pour séparer ces éléments précieux d’une manière plus efficace. La séparation des terres rares, souvent présentes ensemble dans les minerais, est souvent coûteuse et complexe. Les informations obtenues grâce à cette étude pourraient ainsi conduire à des technologies de séparation plus efficaces qui réduiront les coûts et amélioreront leur efficacité d’extraction.
Les découvertes réalisées dans ce domaine ne se limitent pas à la séparation des terres rares. Ils pourraient également ouvrir la voie à nouvelles applications pour le prométhium et autres lanthanides. Par exemple, une meilleure compréhension de la chimie du prométhium pourrait permettre son utilisation dans de nouvelles technologies ou améliorer ses applications existantes dans les batteries atomiques et les diagnostics médicaux.
De plus, ces avancées pourraient susciter un intérêt accru pour l’étude du prométhium et d’éléments similairesencourager davantage de chercheurs à explorer ces domaines. Cela pourrait conduire à des découvertes encore plus importantes qui enrichiraient notre compréhension de la chimie des terres rares et de leurs applications potentielles.
En conclusion, capturer une image claire d’atomes individuels se comportant comme des ondes représente une avancée historique dans le domaine de la physique quantique. Cette réalisation spectaculaire offre une démonstration visuelle de la dualité onde-particule, concept fondamental au cœur de la mécanique quantique. Grâce à une technique d’imagerie innovante, les chercheurs ont réussi à observer directement la transition entre les états particulaires et ondulatoires des atomes, ouvrant ainsi la voie à une compréhension plus approfondie des propriétés quantiques de la matière.
Une meilleure connaissance des propriétés du prométhium pourrait également avoir des répercussions importantes dans le domaine des énergies renouvelables. En tant qu’élément radioactif, le prométhium 147 est déjà utilisé dans certaines applications telles que les batteries nucléaires, fournissant une Source d’énergie stable et durable. Toutefois, des recherches plus poussées sur ses caractéristiques chimiques et physiques pourraient permettre d’exploiter ce matériau de manière plus efficace et durable. En optimisant les procédés de production et d’utilisation du prométhium, il serait possible de développer de nouvelles technologies énergétiques plus respectueuses de l’environnement, renforçant ainsi l’importance stratégique des terres rares dans la transition vers des sources d’énergie propres.
