Dysprosium

Dysprosium
Dysprosium.jpg
Échantillon de dysprosium.
TerbiumDysprosiumHolmium
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
66
Dy
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Dy
Cf
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Dysprosium, Dy, 66
Famille d'éléments Lanthanide
Groupe, période, bloc –, 6, f
Masse volumique 8,551 g·cm-3 (25 °C)[1]
Couleur blanc argenté
No CAS 7429-91-6[2]
No EINECS 231-073-9[3]
Propriétés atomiques
Masse atomique 162,500 ± 0,001 u[1]
Rayon atomique (calc) 175 pm (228 pm)
Rayon de covalence 192 ± 7 pm[4]
Configuration électronique [Xe] 6s2 4f10
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 28, 8, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde Base
Système cristallin Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 412 °C[1]
Point d’ébullition 2 567 °C[1]
Énergie de fusion 11,06 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 230 kJ·mol-1
Volume molaire 19,01×10-6 m3·mol-1
Vitesse du son 2 170 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,22
Chaleur massique 170 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 0,889×106 S·m-1
Conductivité thermique 11,1 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[5]
1re : 5,9389 eV 2e : 11,67 eV
3e : 22,8 eV 4e : 41,47 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
154Dy {syn.} 3,0×106 ans α 2,947 150Gd
156Dy 0,06 % stable avec 90 neutrons
158Dy 0,10 % stable avec 92 neutrons
160Dy 2,34 % stable avec 94 neutrons
161Dy 18,91 % stable avec 95 neutrons
162Dy 25,51 % stable avec 96 neutrons
163Dy 24,90 % stable avec 97 neutrons
164Dy 28,18 % stable avec 98 neutrons
Précautions
SGH[6]
SGH02 : Inflammable
Attention
H228, P210,
Directive 67/548/EEC[3]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F


Phrases R : 11,

Phrases S : 16, 33, 36/37/39,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le dysprosium est un élément chimique, de symbole Dy et de numéro atomique 66.

Son nom vient du grec δυσπρόσιτος / dus-prósitos, « difficile à obtenir ».

Caractéristiques notables

Le dysprosium est un métal faisant partie des terres rares, d'aspect gris argenté. Comme les autres membres de la famille des lanthanides, il est malléable, ductile et assez mou pour être coupé avec un couteau. Il est assez stable dans l'air.

Il coûtait un peu plus de 10 euros le kilogramme en 2003, contre plus de 320 en 2011[7].

Histoire

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[8]. 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 dysprosium a été découvert par Paul Émile Lecoq de Boisbaudran en 1886. Lecoq de Boisbaudran l'a identifié à partir du holmium et lui a donné le nom dysprosium d'après le grec dysprositos signifiant « difficile à obtenir »[9]. Il a fallu attendre jusque dans les années 1950 pour pouvoir l'isoler sous une forme relativement pure[10].

Aspects sanitaires et environnementaux

Photographie de fragments de dysprosium.
Échantillons de dysprosium.
Photographie d'une cuillère de sulfate de dysprosium Dy2(SO4)3.
Sulfate de dysprosium Dy2(SO4)3.

C'est un élément dont l'utilisation semble devoir se développer rapidement. Ses sels solubles sont considérés comme moyennement toxiques et ses sels insolubles comme non toxiques. Les propriétés pharmacologiques, toxicologiques et écotoxicologiques des sels de chlorure de dysprosium ont été évaluées dans les années 1960, avec la conclusion que leur toxicité retardée aiguë et les symptômes qu'ils induisent sont comparables à ceux des autres membres du même groupe chimique[11], sans impacts visibles en termes d'histologie, de croissance ou de valeurs hématologiques (sur animaux exposés durant 12 semaines). Mais comme les chlorures d'holmium et d'erbium, le chlorure de dysprosium a un effet dépresseur et induit la mort produite par paralysie respiratoire associée à un collapsus cardiovasculaire[11]. Le contact avec l'œil (expérimentalement) entraîne une conjonctivite passagère et une ulcération[11]. Il semble sans effet à court et moyen termes sur la peau saine, mais sur une peau abrasée il provoque des cicatrices anormalement profondes avec perte des poils. Tout comme ses confrères chimiques, en tant que corps étranger (expérimentalement administré par voie intradermique) il provoque une réaction immunitaire se traduisant notamment par des nodules avec cellules géantes et formation de cristaux[11].

Testé sous forme de [166Dy]DyCl3 (avec son isotope radioactif [166Dy]), il s'est avéré cytotoxique et génotoxique dans la moelle osseuse (et alors myélosuppresseur), il a pour cette raison été en 2004 proposé comme possible agent de radiochimiothérapie pour le traitement de certains cancers (myélomes, cancers du sang) chez l'homme (après de premiers tests chez la souris de laboratoire)[12].

Bien qu'on manque encore de données sur sa toxicologie systémique chez l'homme et l'animal (comme pour le lithium (Li) et le zirconium (Zr)) et les homologues chimiques du dysprosium que sont d'autres « terres rares » telles que l'yttrium (Y), le néodyme (Nd), le praséodyme (Pr), le gadolinium (Gd), le lanthane (La), le cérium (Ce), l'europium (Eu) , le lithium (Li) et le zirconium (Zr)), il est proposé de l'utiliser pour améliorer les propriétés mécaniques d'alliages, dont alliages « résorbables » (plus que réellement biodégradables) de magnésium[13] destinés à être chirurgicalement implantés dans le corps humain[14]. Selon une étude récente (2010), il est toutefois moins cytotoxique que le lanthane et le cérium[14].

Utilisations

  • Aéronautique : On ajoute du dysprosium à des alliages de magnésium que l'on utilise dans l'aéronautique. Il augmente la dureté du matériau et facilite sa transformation ;
  • Disques magnéto-optiques : dans les mini-disques on utilise comme matériau d'enregistrement un alliage d'un métal ferromagnétique (fer, cobalt, nickel) avec des terres rares (terbium, gadolinium et dysprosium) ;
  • Aimants permanents : des alliages de terres rares avec entre autres du fer, du cobalt, du nickel, de l'aluminium possèdent de bonnes propriétés magnétiques et sont utilisés pour des aimants permanents. Dans le cas du dysprosium, il s'agit de Al2Dy3 ;
  • Tout comme l'holmium[15], on l'a récemment proposé comme agent de contraste pour l'imagerie médicale faite par résonance magnétique nucléaire[15] ;
  • Protection contre les rayons X : dans les tabliers de protection, on utilise des alliages de dysprosium avec du plomb ou des céramiques incluant de l'oxyde de dysprosium Dy2O3 ;
  • Lampes à vapeur d'halogénures de métaux : elles contiennent des halogénures de terres rares comme le dysprosium, l'holmium et le thulium ;
  • En alliage avec le titane, sous forme de titanate de dysprosium, en raison de sa capacité à absorber des neutrons et à résister à l'irradiation et aux hautes températures[16], il pourrait bientôt être utilisé dans les barres de contrôle de réacteurs nucléaires[17],[18] ;
  • Il a récemment (2012) été proposé comme ligand aux propriétés magnétiques et luminescentes jugées intéressantes[19]. Ainsi, la marque horlogère suisse Rolex a déposé un brevet concernant cette application[20].

Notes et références

  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. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. a et b Entrée de « Dysprosium » 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) (JavaScript nécessaire)
  4. (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)
  5. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  6. SIGMA-ALDRICH
  7. National Geographic France N° de juin 2011 p. 74.
  8. (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.
  9. (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), p. 62.
  10. (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, vol. 97, CRC Press/Taylor and Francis, , 2652 p. (ISBN 1498754287), « The Elements », p. 730 (4-11).
  11. a, b, c et d Thomas J. Haley, L. Koste, N. Komesu, M. Efros, H.C. Upham (1966), Pharmacology and toxicology of dysprosium, holmium, and erbium chlorides ; Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 8, Issue 1, January 1966, Pages 37-43
  12. Martha Pedraza-López, Guillermina Ferro-Flores, Consuelo Arteaga de Murphy, Pedro Morales-Ramírez, Josefa Piedras-Ross, Eduardo Murphy-Stack, Omar Hernández-Oviedo (2004), Cytotoxic and genotoxic effect of the [166Dy]Dy/166Ho-EDTMP in vivo generator system in mice ; Nuclear Medicine and Biology, Volume 31, Issue 8, November 2004, Pages 1079-1085 résumé
  13. C.K. Yuen, W.Y. Ip (2012), Theoretical risk assessment of magnesium alloys as degradable biomedical implants ; Acta Biomaterialia, Volume 6, Issue 5, May 2010, Pages 1808-1812 (résumé)
  14. a et b Frank Feyerabend, Janine Fischer, Jakob Holtz, Frank Witte, Regine Willumeit, Heiko Drücker, Carla Vogt, Norbert Hort (2010), Evaluation of short-term effects of rare earth and other elements used in magnesium alloys on primary cells and cell lines ; Acta Biomaterialia, Volume 6, Issue 5, May 2010, Pages 1834-1842 (résumé)
  15. a et b Małgorzata Norek, Joop A. Peters (2011), MRI contrast agents based on dysprosium or holmium ; Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, Volume 59, Issue 1, July 2011, Pages 64-82 (illustrations et lien vers l'article (payant))
  16. Byung-Ho Lee, Han-Soo Kim, Sang-Hyun Lee, Dong-Seong Sohn (2007), Measurement of the thermal properties of gadolinium and dysprosium titanate ; Thermochimica Acta, Volume 455, Issues 1–2, 1 April 2007, Pages 100-104 (résumé)
  17. Umasankari Kannan, S. Ganesan (2010), Dysprosium as a resonance absorber and its effect on the coolant void reactivity in Advanced Heavy Water Reactor (AHWR) ; Annals of Nuclear Energy, Volume 37, Issue 2, February 2010, Pages 270-276 (résumé)
  18. V.D. Risovany, A.V. Zakharov, E.M. Muraleva, V.M. Kosenkov, R.N. Latypov (2006), Dysprosium hafnate as absorbing material for control rods Journal of Nuclear Materials, Volume 355, Issues 1–3, 1 September 2006, Pages 163-170 (résumé et illustrations)
  19. (en) Yen-Han Chen, Yun-Fan Tsai, Gene-Hsian Lee, En-Che Yang (2012), « The synthesis, structure, magnetic and luminescent properties of a new tetranuclear dysprosium (III) cluster » Journal of Solid State Chemistry 2012;185:166-171. (résumé)
  20. brevet EP2626401 (A1) : « Nouveaux luminophores à longue période d'extinction » du 14 août 2013.

Bibliographie

  • (en) M.R. Ganjali, R. Zare-Dorabei, P. Norouzi (2009), Design and construction of a novel optical sensor for determination of trace amounts of dysprosium ion; Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 143, Issue 1, 4 December 2009, Pages 233-238 (résumé)
  • (en) Y. Castrillejo, M.R. Bermejo, A.I. Barrado, R. Pardo, E. Barrado, A.M. Martínez (2005), Electrochemical behaviour of dysprosium in the eutectic LiCl–KCl at W and Al electrodes ; Electrochimica Acta, Volume 50, Issue 10, 15 March 2005, Pages 2047-2057 (résumé)
  • (en) R. Bedogni, J.M. Gómez-Ros, A. Esposito, A. Gentile, M. Chiti, L. Palacios-Pérez, M. Angelone, L. Tana, Workplace testing of the new single sphere neutron spectrometer based on Dysprosium activation foils (Dy-SSS) ; Nuclear Instruments and Methods in Physics Research ; Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Volume 684, 21 August 2012, Pages 105-108 (résumé)
  • (en) D.K. Singh, M.K. Kotekar, H. Singh (2008), Development of a solvent extraction process for production of nuclear grade dysprosium oxide from a crude concentrate ; Desalination, Volume 232, Issues 1–3, 30 November 2008, Pages 49-58 (résumé)
  • J.W.M. Dekker, P.F.A. Klinkenberg, J.F. Langkemper Optical isotope shifts and nuclear deformation in dysprosium  ; Physica, Volume 39, Issue 3, 26 August 1968, Pages 393-412 (résumé)
  • (en) A. Saïla, M. Gibilaro, L. Massot, P. Chamelot, P. Taxil, A.M. Affoune (2010), Electrochemical behaviour of dysprosium(III) in LiF–CaF2 on Mo, Ni and Cu electrodes ; Journal of Electroanalytical Chemistry, Volume 642, Issue 2, 15 April 2010, Pages 150-156 (résumé)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

  • (en) « Technical data for Dysprosium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope


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