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Cérium

Le cérium est un élément chimique, de symbole Ce et de numéro atomique 58. Il fait partie de la famille des lanthanides.

Cérium
Image illustrative de l’article CĂ©rium
Cérium sous argon.
Position dans le tableau périodique
Symbole Ce
Nom Cérium
Numéro atomique 58
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 4f1 5d1 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 19, 9, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 140,116 ± 0,001 u[1]
Rayon atomique (calc) 185 pm
Rayon de covalence 204 ± 9 pm[2]
État d’oxydation 3,4
ÉlectronĂ©gativitĂ© (Pauling) 1,12
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[3]
1re : 5,538 7 eV 2e : 10,85 eV
3e : 20,198 eV 4e : 36,758 eV
5e : 65,55 eV 6e : 77,6 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
134Ce{syn.}3,16 jΔ0,500134La
136Ce0,19 %stable avec 78 neutrons
138Ce0,25 %stable avec 80 neutrons
139Ce{syn.}137,640 jΔ0,278139La
140Ce88,48 %stable avec 82 neutrons
141Ce{syn.}32,501 jÎČ-0,581141Pr
142Ce11,08 %stable avec 84 neutrons
144Ce{syn.}284,893 jÎČ-0,319144Pr
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 6,770 g·cm-3 (25 °C)[1]
SystĂšme cristallin Hexagonal compact
Dureté (Mohs) 2,5
Couleur blanc argenté
Point de fusion 799 °C[1]
Point d’ébullition 3 443 °C[1]
Énergie de fusion 5,46 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 414 kJ·mol-1
Volume molaire 2,069×10-4 m3·mol-1
Vitesse du son 2 100 m·s-1 Ă  20 °C
Chaleur massique 190 J·kg-1·K-1
ConductivitĂ© Ă©lectrique 1,15×106 S·m-1
Conductivité thermique 11,4 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-45-1[4]
No ECHA 100.028.322
Précautions
SGH[5]
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Danger
H228, H302, H312, H315, H319, H332, H335, P210, P261, P280, P305, P338 et P351

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Historique

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 parenthÚses 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).

Le cĂ©rium[alpha 1] a Ă©tĂ© identifiĂ© en 1803 par Martin Heinrich Klaproth et pratiquement en mĂȘme temps par Jöns Jacob Berzelius et Wilhelm Hisinger. Son nom fait rĂ©fĂ©rence Ă  la planĂšte naine « CĂ©rĂšs » dĂ©couverte en janvier 1801[7]. En 1825, il a Ă©tĂ© obtenu par Carl Gustav Mosander pour la premiĂšre fois Ă  l'Ă©tat raisonnablement pur.

Isotopes

Le cérium naturel est composé de quatre isotopes : 136Ce, 138Ce, 140Ce et 142Ce.

Propriétés

Cérium ultra-pur dans une atmosphÚre d'argon.

Le cĂ©rium est un mĂ©tal gris , le plus abondant du groupe des terres rares (abondance dans la nature de 48 ppm[8]).

À tempĂ©rature ambiante, il est mallĂ©able et s'oxyde rapidement Ă  l'air.

Phases du cérium pur

Diagramme de phase du cérium pur

Utilisations

  • Pierre Ă  briquet : le cĂ©rium entre dans la composition du mischmĂ©tal, base des pierres Ă  briquet.
  • Polissage du verre : le dioxyde de cĂ©rium (CeO2) est l'une des meilleures poudres de polissage du verre.
  • Protection contre l'ionisation : les verres dopĂ©s Ă  l'oxyde de cĂ©rium sont protĂ©gĂ©s contre l'effet de solarisation du rayonnement ultraviolet et la radioactivitĂ© qui provoquent un effet d'ionisation et brise les liaisons pontantes Si-O.
  • Pots d'Ă©chappement : il est utilisĂ© afin de diminuer les Ă©missions nocives des moteurs Diesel (filtre Ă  particules).
  • Fours : il est utilisĂ© (oxyde) dans le revĂȘtement des fours « auto-nettoyants ».
  • Manchon Ă  incandescence : l'oxyde de cĂ©rium est imprĂ©gnĂ© dans une gaine de tissu combustible utilisĂ©e dans les lampes Ă  pĂ©trole sous pression, sous l'effet de la chaleur celui-ci brille fortement.
  • Autres utilisations : utilisĂ© comme colorant du verre, dans les luminophores pour tubes cathodiques et Ă©galement pour amĂ©liorer l'absorption des rayons X par la dalle des mĂȘmes tubes.

Usage médical

Le cĂ©rium est utilisĂ© sous forme de nitrate de cĂ©rium (en) (quelques pourcents) dans certaines crĂšmes[alpha 2] ou dans des pansements (associĂ© Ă  la sulfadiazine argentique) pour soigner les brĂ»lures graves[9]. En rĂ©action au cĂ©rium, l'organisme produit des calcifications superficielles qui diminuent les possibilitĂ©s de colonisation bactĂ©rienne et prĂ©viennent « la formation d’un tissu de granulation (limitation de la cicatrisation hypertrophique) dans les brĂ»lures »[9].

Inoculé dans l'organisme, comme d'autres substances étrangÚres non dégradables, il peut induire un granulome ou une sarcoïdose, plus ou moins marquée selon le statut immunitaire de l'individu[9].

Toxicité, écotoxicité

Elles sont mal connues (écotoxicité surtout),

  • l'IRSN a produit une fiche pĂ©dagogique sur le radioisotope[10].
  • Dans un cas au moins, une patiente soignĂ©e par un pansement contenant de l'argent et du cĂ©rium aprĂšs une brĂ»lure grave a prĂ©sentĂ© une granulomatose au cĂ©rium[9].
  • Les nanoparticules de dioxyde de cĂ©rium (NP CeO2) figurent dans la liste prioritaire des nanomatĂ©riaux manufacturĂ©s de l'OCDE devant faire l'objet d'une Ă©valuation Ă©cotoxicologique. Des larves de chironome (Chironomus riparius) ont Ă©tĂ© exposĂ©es Ă  des taux de 2,5, 25, 250 et 2500 mg de CeO2 NP/kg de sĂ©diments ; l'absorption du produit (larves vivant dans le sĂ©diment), le stress oxydatif, les effets gĂ©notoxiques in vivo et quelques autres paramĂštres biologiques ont Ă©tĂ© Ă©tudiĂ©s : on n'a pas dĂ©tectĂ© de mortalitĂ© significative chez C. riparius ni de signes de stress oxydant mais elle a montrĂ© que la larve absorbe ce produit et qu'il est gĂ©notoxique (dĂšs avant 25 mg/kg de sĂ©diments, et de maniĂšre corrĂ©lĂ©e Ă  la concentration. Ce moustique n'est pas mis en danger aux doses environnementales attendues, mais « l'accumulation importante de NP de CeO2 par les larves de chironomidĂ©s peut prĂ©senter un risque par transfert trophique vers des organismes plus en amont de la chaĂźne alimentaire » concluent les auteurs [11]

Notes et références

Notes

  1. Un temps nommé bastium par Berzelius[7].
  2. ex : crÚme Flammacérium

Références

  1. (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, VerĂłnica GĂłmez, Ana E. Platero-Prats, Marc RevĂ©s, Jorge EcheverrĂ­a, Eduard Cremades, Flavia BarragĂĄn 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. SIGMA-ALDRICH
  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. (en) C. H. Evans, 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), « The Discovery Of Cerium - A Fascinating Story », p. 13–36.
  8. Concepcion Cascales, Pactrick Maestro, Pierre-Charles Porcher, Regino Saez Puche, « Lanthane et lanthanides : 2.État naturel », sur l’EncyclopĂŠdia Universalis (consultĂ© le ))
  9. T. Boye, J.-P. Terrier, C. Coillot, B. Guennoc, B. Fournier, F. Carsuzaa (2006) Granulomatose cutanée au cérium (chez une femme de 57 ans, gravement brûlée quatre ans auparavant); Annales de Dermatologie et de Vénéréologie, Volume 133, Issue 1, January 2006, Pages 50-52
  10. IRSN, Fiche pédagogique sur le 144Ce et l'environnement
  11. Dimitrija Savić‐Zdravković & al. (2019) A Multiparametric Approach to Cerium Oxide Nanoparticle Toxicity Assessment in Non‐Biting Midges ; 03 Oct. 2019 | Environ Toxicol Chem 2019; 39: 131-140 https://doi.org/10.1002/etc.4605.

Voir aussi

Liens externes




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