Applications des éléments du tableau périodique

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Tombé sur ce très joli tableau périodique des éléments où figure une utilisation typique de chaque élément :

C’est une oeuvre de Keith Enevoldse*, qui a aussi constitué une liste d’applications plus complète tirée principalement de deux livres [1,2]. Et parmi elles il y en a beaucoup que je ne connaissais pas, y compris pour des éléments relativement courants.

Eléments « légers »

• La fibre de Bore permet de faire des tiges de club de golf et des cannes à pêche encore plus résistantes, légères et chères que le Carbone
• Le Scandium ajouté en petite quantité (0.5% ou moins) à l'Aluminium permet de le souder plus facilement et le rend plus résistant à la fatigue. C’est notamment utilisé dans les cadres de vélos.
• Le Krypton est utilisé malgré son prix élevé dans des flashs photographiques et autres types de lampes car il produit une lumière très blanche grâce à plusieurs pics d’émission dans  le spectre visible.
• Le Rubidium permet de faire des horloges atomiques moins précises, mais plus simples et moins chères que le Césium. Les satellites GPS utilisent des horloges au Rubidium
• L’ Antimoine est combiné au plomb dans les batteries de nos voitures pour les protéger contre la corrosion..
• Le Tellure se retrouve dans les module Peltier et autres dispositifs thermoélectriques
• Le Baryum absorbant particulièrement bien les rayons X, il est utilisé pour augmenter le contraste lors d’examens radiologiques du tube digestif

Terres rares

Ces éléments que l’on appelle plutôt lanthanides maintenant ne servent pas qu’à faire des aimants au Néodyme ou au Samarium. Ils ont un nombre impressionnant d’applications modernes:

• le Lanthane augmente l'indice de réfraction du verre, ce qui permet de faire des lentilles moins épaisses. Là je me permets de critiquer le dessin du télescope figurant dans la table, qui est un télescope à miroir. Une lunette astronomique eut été** préférable.
• Le Cérium compose le mischmétal des pierres à briquet.
• Le Praséodyme combiné avec le Néodyme (60) colore les verres de protection solaire jusqu’aux lunettes de soudeur.
• Le Prométhium est un élément radioactif produit par la fission de l’Uranium 238. Ses isotopes ayant des demi-vies de quelques années seulement, il n’en que existerait que ~572 grammes sur Terre produits par la radioactivité naturelle. Mais on a pu en extraire quelques dizaines de grammes des « déchets » nucléaires, et aujourd’hui ont en produit également en bombardant du néodyme ¹⁴⁶Nd avec des neutrons ce qui le transforme en ¹⁴⁷Nd qui se désintègre par émission β^– , avec une demi-vie de 11 jours, en prométhium 147, ¹⁴⁷Pm. Cet isotope émet un rayonnement beta à faible énergie, juste assez pour exciter du phosphore et lui faire émettre de la lumière pendant des années. Entre autres applications on l’utilise donc pour produire des peintures lumineuses moins toxiques que celles au Radium et plus brillantes que celles au Tritium, mais moins durables aussi.
• L’ Europium était utilisé pour doper les phosphores de tubes cathodiques notamment le vanadate d’yttrium YVO₄ dans des phosphores rouges. Maintenant il a d'autres applications aussi variées que les lasers, la mesure en géologie et la synthèse chimique par RMN.
• Le Gadolinium aussi a beaucoup d'utilisations, parmi lesquelles celle d’agent de contraste en Imagerie par résonance magnétique.
• Le Terbium produit une fluorescence verte qui est utilisée dans de nombreuses applications allant des tubes cathodiques aux écrans à rayons X.
• Le Dysprosium et le Terbium se retrouvent dans le Terfenol-D, le matériau le plus magnetostrictif connu : il se dilate sous l’effet d’un champ magnétrique. Ce matériau intelligent  sert à créer des transducteurs et actionneurs.
• L'Holmium double la longueur d’onde des lasers YAG, les rendant utilisables comme scalpels en chirurgie.
• L'Erbium aussi permet de produire des lasers médicaux, surtout pour la dentisterie. Mais il sert surtout à réaliser des amplificateurs optiques capables d’amplifier les signaux dans une fibre optique sans  conversion en signal électronique.
• Le Thulium est également utilisé dans les laser médicaux, mais plutôt pour l’ablation de la prostate que pour la chirurgie de l’œil d’après ce que j’ai pu trouver…
• L'Ytterbium a pour l’instant peu d'utilisations commerciales. Mais on peut entre autres en faire (encore) des lasers.
• Le Lutécium est le plus rare des « terres rares », mais il faut relativiser cette dénomination : il est en réalité plus abondant que l’argent, le mercure ou le bismuth. Mais il est tellement dilué, en particulier dans la monazite qui fournit le thorium qu’on n’utilise pas encore, qu’on n’en produit qu’une dizaine de tonnes par an. Assez pour l’utiliser en photochimiothérapie : une molécule basée sur le lutécium, le  »Lutex » est utilisée pour combattre certains cancers du sein ou des mélanomes.

Eléments lourds

• Le Hafnium sert à faire des barres de contrôle dans les réacteurs nucléaires de sous-marins.
• Le Rhenium est incorporé à des superalliages très résistants à hautes températures utilisés dans les réacteurs d’avions et de fusées.
• Le Thallium forme avec le mercure un eutectique qui reste liquide jusqu’à -60°C : idéal pour les thermomètres  des régions très froides.
• Le Bismuth entre dans la composition du métal de Wood qui fond à environ 70°C. On l’utilise entre autres pour boucher les « Sprinkler » anti-incendie

Elements radioactifs

Les éléments suivants sont tous radioactifs, ce qui ne les empêche pas d’être utiles, voire de sauver des vies:

• Le Polonium est désormais connu comme un poison très efficace, mais avant ça on en faisait des brosses antistatiques…
• L'Astate est un radiotraceur également utilisée en médecine nucléaire  pour le traitement de diverses tumeurs. Mais attention à utiliser l’isotope 211 qui transmute en bismuth et pas l’isotope 210 qui devient du polonium …
• Le Radon est un gaz radioactif produit par la désintégration naturelle de l’uranium qui a été utilisé en curiethérapie pour le traitement anticancéreux.
• L'Actinium a été utilisé en radiothérapie, mais il semblerait qu’on puisse également en faire des générateurs thermoélectriques à radioisotopes pour nos prochaines sondes lointaines.
• Le Thorium pourrait être une de nos principales sources d’énergie propre dans les prochains siècles, mais dans le passé et dans les campings il a servi à nous illuminer dans les manchons à incandescence des lampes à gaz.
• L’ Américium sert de source ionisante dans les détecteurs de fumée.
• Le Curium est la source de rayonnement alpha utilisée dans les spectromètres X à particules α (APXS) avec lesquels les véhicules martiens Sojourner, Spirit et Opportunity ont analysé le sol de la planète Mars.

Voilà. Encore un article plus long que je ne l’avais imaginé, mais intéressant, n’est-ce pas ?

Note :

*voir aussi sa Think Zone pleine de choses intéressantes.
** sans circonflexe sur le « eut », c’est le passé antérieur, pas le plus que parfait. Et toc.

Références:

1. Isaac Asimov "Building blocks of the universe." (1974) Abelard-Schuman ISBN:0200710990 WorldCat Goodreads Google Books  
2. Albert Stwertka "A guide to the elements" (2002) Oxford University Press ISBN:0195150260 WorldCat Goodreads Google Books