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transuranien

Se dit des éléments chimiques qui, dans la classification périodique, se placent après l'uranium.

Depuis la découverte en 1940 du premier élément de numéro atomique Z supérieur à 92 (valeur correspondant à l'uranium, dernier élément suffisamment stable pour exister dans la nature), la synthèse de transuraniens de plus en plus lourds a fait l'objet d'une compétition très vive entre les laboratoires de physique spécialisés, équipés de grands accélérateurs de particules.

Pendant les années 1960 et 1970, cette compétition s'est exercée de manière pratiquement exclusive entre les laboratoires américains de Berkeley (Lawrence Livermore National Laboratory et Lawrence Berkeley National Laboratory) et le laboratoire soviétique de Doubna. L'identification de certains éléments a même parfois conduit à des querelles d'antériorité ; ainsi l'élément 104, découvert en 1965, a été baptisé rutherfordium par les Américains et kourtchatovium par les Soviétiques. Pour éviter la répétition de situations analogues, l'Union internationale de chimie pure et appliquée avait décidé de désigner temporairement les éléments de Z supérieur à 100 par des noms numériques formés à partir de racines latines ou grecques et de la terminaison –ium : le mendélévium (Z = 101), le nobélium (Z = 102) et le lawrencium (Z = 103) pouvant ainsi être nommés respectivement unnilunium, unnilbium et unniltrium (0 = nil, 1 = un, 2 = bi, 3 = tri).

Cette terminologie est la seule homologuée à partir de Z = 104 (unnilquadium - renommé ensuite officiellement rutherfordium). Ainsi, pour l'élément 105, découvert en 1970 à Berkeley, le nom proposé de hahnium (en l'honneur de Otto Hahn qui découvrit la fission du noyau) n'a pas été retenu, et cet élément, d'abord nommé unnilpentium, a finalement reçu officiellement le nom de dubnium. L'unnilhexium (Z = 106), synthétisé la même année (1974) à Berkeley et à Doubna, a été renommé seaborgium. À partir de 1980, la mise en service à Darmstadt (RFA) d'un accélérateur d'ions lourds associé à un filtre de vitesse a permis de synthétiser des éléments encore plus lourds : l'unnilseptium (Z = 107) – renommé bohrium –, et le unnilnovium (Z = 109) – renommé meitnerium –, identifiés respectivement en 1981 et en 1982, et l'élément Z = 108, identifié également à Darmstadt en 1984 et finalement nommé hassium.

Cette « course aux transuraniens » n'est pas seulement motivée par des raisons de prestige ; depuis que celui-ci a été proposé il y a un siècle par Mendeleïev, les chimistes souhaitent savoir où se termine le tableau périodique des éléments : les édifices nucléaires sont-ils définitivement instables à partir de Z = 110, comme le pensent certains, ou existe-t-il plus loin un « îlot de stabilité » correspondant à des « éléments superlourds » dont l'existence est prédite par d'autres modèles théoriques ? Les découvertes de l'élément 114, en 1999, et celle des éléments 113 et 115, en 2004, constituent-elles une fin ou seulement une étape ? Quels sont les objectifs de cette poursuite d'éléments à la durée de vie très éphémère, qui repousse chaque fois plus loin les limites de notre connaissance de la matière, mais exige la mise en œuvre de moyens gigantesques ?

Chimie

La plupart des transuraniens actuellement connus sont des actinides de numéros atomiques compris entre 90 et 103. Pour ces éléments, la couche périphérique est complète (7s2), alors que les couches internes non saturées (5f et 6d) se remplissent de façon irrégulière : ce sont donc des éléments de transition interne qui possèdent des propriétés semblables dues aux similitudes de structure électronique. Au-delà du lawrencium (Z = 103), la périodicité des propriétés reprend, les éléments ne sont plus de transition interne : rutherfordium (Z = 104), dubnium (Z = 105), seaborgium (Z = 106), bohrium (Z = 107), hassium (Z = 108) et meitnerium (Z = 109), découverts postérieurement.

Les transuraniens sont produits dans les réacteurs nucléaires, par bombardement neutronique de l'uranium et des actinides ; on obtient ainsi un mélange de plusieurs isotopes d'un élément donné. On peut aussi les obtenir par action de particules α(4He) accélérées dans un cyclotron. Les divers transuraniens produits doivent être séparés ; le plutonium, par exemple, est séparé principalement par solvant (tributylphosphate dans du kérosène). Les transuraniens à l'état d'oxydation III sont séparés par élution après fixation sur des résines échangeuses d'ions. Les métaux doivent être préparés par réduction énergique des ions obtenue par élution, réduction effectuée à chaud le plus souvent par le sodium ou le baryum. Les métaux obtenus sont très réactifs ; leurs principaux degrés d'oxydation sont III et IV. Les difficultés d'obtention de ces éléments rendent leur chimie mal connue et leurs utilisations industrielles inexistantes, sauf dans le cas du plutonium utilisé comme source d'énergie dans les usines nucléaires productrices d'électricité.