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rutherfordium - chimie.

Publié le 25/04/2013

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chimie
rutherfordium - chimie. 1 PRÉSENTATION rutherfordium, élément métallique radioactif créé artificiellement, de symbole Rf et de numéro atomique 104. Le rutherfordium appartient au groupe IV B (colonne 4) des éléments de transition et est situé dans la septième période du tableau périodique. Découvert en 1964 à l'Institut commun de recherche nucléaire (Joint Institute for Nuclear Research, JINR) de Dubna (Russie) et en 1969 au Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) de Berkeley (États-Unis), sa dénomination est un hommage au physicien britannique Ernest Rutherford, qui a largement contribué au développement de la physique nucléaire. 2 DÉCOUVERTE La découverte d'un nouvel élément chimique est souvent soumise à controverses en raison de la compétition internationale que se livrent les laboratoires de physique nucléaire à travers le monde. L'histoire de la découverte du rutherfordium illustre parfaitement cette quête de la priorité de découverte, qui implique des enjeux scientifiques mais aussi honorifiques et financiers. Pour le rutherfordium, la compétition s'est jouée entre le JINR de Dubna (près de Moscou) et le LBNL de Berkeley (Californie). En 1964, l'équipe russe dirigée par G. N. Flerov annonce qu'elle a découvert l'élément 104 et propose de le baptiser kurchatovium (de symbole Ku) en hommage au physicien atomiste Igor Vasilevich Kurchatov (1903-1960). La technique de préparation utilisée par l'équipe russe consiste à bombarder une cible de plutonium (242Pu) avec des ions de néon (22Ne) pour obtenir le rutherfordium-260 (260Rf) après émission de 4 neutrons (1n), selon la réaction de fusion suivante : 242Pu + 22Ne -> 260Rf + 4 1n Cinq ans plus tard, en 1969, après avoir tenté en vain de reproduire l'expérience russe, une équipe de Berkeley dirigée par Albert Ghiorso parvient à synthétiser un autre isotope de l'élément 104 -- le rutherfordium-257 ( 257Rf ) -- en modifiant les conditions opératoires ; ils procèdent par bombardement d'une cible de californium (249Cf) avec des ions de carbone (12C), selon la réaction : 249Cf + 12C -> 257Rf + 4 1n Si cette expérience permet de confirmer l'existence de l'élément 104, les résultats de ces deux synthèses (durées de vie et nombre de masse des isotopes créés, modes de désintégration, etc.) sont très controversés. L'équipe américaine revendique la priorité de la découverte et propose à son tour une dénomination pour le nouvel élément : rutherfordium (de symbole Rf), par référence à l'éminent atomiste britannique Ernest Rutherford. En 1980, l'Union internationale de chimie pure et appliquée (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) revoit sa nomenclature et décide de désigner les nouveaux éléments transuraniens par l'équivalent latin (ou grec) de leurs numéros atomiques, suivi du suffixe -ium (ou -um). Ainsi, l'élément 104 est nommé unnilquadium (un = 1, nil = 0, quad = 4) de symbole Unq. En 1994, l'IUPAC concède la priorité de découverte au JINR de Dubna et propose le nom de dubnium (symbole Db) comme nom officiel de l'élément 104. Mais finalement en 1997, l'IUPAC adopte la recommandation de l'American Chemical Society qui préconise de nommer l'élément 104 rutherfordium, qui fait désormais usage dans la littérature scientifique ; et pour ne pas flouer les radiochimistes russes de Dubna, le nom de dubnium est attribué à l'élément 105. Par ailleurs, un nouvel isotope du rutherfordium (le 257Rf) avec des ions de titane (50Ti), selon la réaction suivante : est synthétisé au Laboratoire de recherche sur les ions lourds (Gesellschaft für Schwerionenforschung ou GSI) de Darmstadt (Allemagne) en 1980 par irradiation d'une cible de plomb ( 208Pb) 208Pb + 50Ti -> 257Rf + 1n Enfin, dans le cadre de l'étude des propriétés chimiques du rutherfordium, une expérience menée à l'Institut de physique nucléaire (IPN) d'Orsay (France), en collaboration avec le JINR de Dubna et le Laboratoire de radiochimie de Nice, aboutit à la production du radio-isotope ions d'oxygène (18O) : 3 261Rf, 248Cm + dont la période radioactive T (ou temps de demi-vie) de 65 s est suffisamment longue pour permettre son analyse chimique. La synthèse est cette fois-ci réalisée en bombardant une cible de curium ( 248Cm) avec des 18O -> 261Rf + 5 1n PROPRIÉTÉS Les principales propriétés chimiques, physiques, cristallographiques ou nucléaires du rutherfordium sont actuellement inconnues, en raison des trop faibles quantités synthétisées. Toutefois, l'analyse des échantillons synthétisés -- et ce malgré les périodes radioactives très courtes des différents radionucléides -- et les théories actuelles permettent de dégager quelques propriétés fondamentales. 3.1 Propriétés chimiques La position du rutherfordium dans le tableau périodique et la théorie atomique actuelle permettent de prédire au rutherfordium des propriétés chimiques similaires aux éléments de son groupe, tels que le hafnium (Hf) -- situé juste au-dessus de lui --, le zirconium (Zr) -- deux places plus haut -- ou le titane (Ti) -- trois places plus haut. La valence 4, caractéristique des éléments de transition de ce groupe, apparaît également pour le rutherfordium dont le tétrachlorure (RfCl 4) a été préparé. 3.2 Propriétés physiques Actuellement, la synthèse d'une quantité observable de rutherfordium n'ayant pas été réalisée, ses propriétés physiques (points de fusion et d'ébullition, densité, etc.) n'ont pu être définies. Toutefois, on présume qu'à la température de 298 K, le rutherfordium se présente sous la forme d'un solide de couleur blanc-gris caractéristique d'un métal argenté. 3.3 Propriétés nucléaires Dans la table des nucléides, on compte à ce jour 14 radio-isotopes du rutherfordium, de nombres de masse variant de 253 à 266. Seuls deux d'entre eux présentent des périodes radioactives T (ou temps de demi-vie) supérieurs à 1 min : il s'agit du 263Rf (T = 10 min) -- composé de 104 protons et de 159 neutrons -- et du 261Rf (T = 65 s) -- composé de 104 protons et de 157 neutrons. Tous ces radionucléides sont instables et se désintègrent principalement par fission spontanée et par émission alpha (émission d'un noyau d'hélium 4He) ; une radioactivité par capture électronique est également observée pour certains isotopes. 4 UTILISATIONS Les quantités de rutherfordium synthétisées étant très faibles, son utilisation n'est pour l'instant pas envisageable. Toutefois, sa découverte constitue un élément fondamental dans la recherche des limites de la stabilité de la matière ( voir chimie nucléaire). Sa synthèse permet de remplir une case vide du tableau périodique (censé contenir tous les éléments chimiques de l'Univers) et ouvre la voie à la découverte de nouveaux isotopes radioactifs potentiellement utiles en médecine et dans l'industrie (voir traceurs isotopiques). Par ailleurs, ce type d'expérience contribue à l'exploration pluridisciplinaire du monde subatomique qui implique divers domaines en pleine évolution, tels que la mécanique quantique ou l'astrophysique. 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« Dans la table des nucléides, on compte à ce jour 14 radio-isotopes du rutherfordium, de nombres de masse variant de 253 à 266.

Seuls deux d’entre eux présentent des périodes radioactives T (ou temps de demi-vie) supérieurs à 1 min : il s’agit du263Rf (T = 10 min) — composé de 104 protons et de 159 neutrons — et du 261Rf (T = 65 s) — composé de 104 protons et de 157 neutrons.

Tous ces radionucléides sont instables et se désintègrent principalement par fission spontanée et par émission alpha (émission d’un noyau d’hélium 4He) ; une radioactivité par capture électronique est également observée pour certains isotopes. 4 UTILISATIONS Les quantités de rutherfordium synthétisées étant très faibles, son utilisation n’est pour l’instant pas envisageable.

Toutefois, sa découverte constitue un élément fondamental dans la recherche des limites de la stabilité de la matière ( voir chimie nucléaire).

Sa synthèse permet de remplir une case vide du tableau périodique (censé contenir tous les éléments chimiques de l’Univers) et ouvre la voie à la découverte de nouveaux isotopes radioactifs potentiellement utiles en médecine et dans l’industrie ( voir traceurs isotopiques).

Par ailleurs, ce type d’expérience contribue à l’exploration pluridisciplinaire du monde subatomique qui implique divers domaines en pleine évolution, tels que la mécanique quantique ou l’astrophysique. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.

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