Le flérovium est l’élément chimique numéro 114 du tableau périodique, et c’est probablement l’un des plus étranges que tu croiseras en physique-chimie. Il n’existe nulle part dans la nature, il faut un accélérateur de particules pour en fabriquer quelques atomes, et il disparaît en deux secondes à peine.
Pendant des années, les scientifiques ont hésité : ce nucléide superlourd se comporte-t-il comme un métal, à l’image du plomb, son homologue juste au-dessus dans la colonne, ou comme un gaz noble ? Une expérience publiée en 2022 a tranché la question. Voici ce qu’il faut retenir, avec les chiffres à jour et la vraie réaction nucléaire qui produit cet élément.
Qu’est-ce que le flérovium ? ⚛️
Le flérovium est l’élément chimique de numéro atomique 114, de symbole Fl. Un corps superlourd artificiel, produit à quelques atomes à la fois seulement, dans les rares laboratoires du monde dotés d’un accélérateur d’ions lourds.
Ce numéro atomique, noté Z, désigne le nombre de protons contenus dans le noyau, aux côtés des neutrons qui complètent ses nucléons. Avec ses 114 protons, le 114 se situe très au-delà de l’uranium (Z = 92), le dernier élément vraiment abondant sur Terre.
Dans le tableau périodique, cette espèce occupe la colonne 14, aussi appelée groupe 14, celle du carbone, du silicium, du germanium, de l’étain et du plomb. Elle appartient au bloc p et à la septième période, la dernière ligne remplie à ce jour. Le placer juste sous le plomb, c’est déjà prédire beaucoup de choses sur lui : à priori, un métal. Tu verras plus loin que la réalité est plus subtile.
Cette position découle de sa configuration électronique théorique, qui se termine par une sous-couche 7p à deux électrons, comme celle de son homologue le plomb se termine par 6p². La couche externe compte donc quatre électrons de valence, répartis sur les orbitales 7s et 7p. En bonne logique, les états d’oxydation attendus sont donc +2 et +4, par analogie avec ceux de l’étain et du plomb. Aucune réaction en solution n’a toutefois confirmé ces degrés d’oxydation : les données disponibles portent uniquement sur des atomes isolés en phase gazeuse.
Les réactions envisageables se limitent d’ailleurs à des interactions de surface : aucun composé du 114 n’a jamais été isolé, ni oxyde, ni halogénure, alors que ces familles sont banales chez l’étain ou le plomb. On n’en observe qu’un atome à la fois, en vol dans un gaz porteur.
Toutes les grandeurs que tu liras dans les tables, rayon atomique ou énergie de première ionisation, sortent donc de calculs et non d’une mesure directe. Les modèles relativistes prédisent une énergie d’ionisation nettement supérieure à celle du plomb, signe d’électrons de valence particulièrement bien retenus. Retiens surtout la méthode : une valeur théorique et une valeur mesurée ne se lisent pas de la même façon.
Il appartient à la famille des transactinides, c’est-à-dire les corps dont le numéro atomique dépasse celui du lawrencium (103), qu’on appelle aussi superlourds. Tous sont radioactifs, tous sont artificiels, et aucun ne se rencontre à l’état naturel sur Terre : leur stabilité nucléaire est si faible qu’ils se sont désintégrés bien avant d’atteindre nos jours, depuis la formation du système solaire. Faute de matière, point de fusion, masse volumique et dureté n’ont jamais été mesurés : ce que tu croiseras ailleurs relève de la prédiction théorique.
Voici sa fiche d’identité, avec les valeurs issues des mesures les plus récentes :
| Caractéristique | Valeur | Ce que ça signifie |
|---|---|---|
| Symbole | Fl | Notation officielle validée par l’UICPA |
| Numéro atomique (Z) | 114 | Nombre de protons dans le noyau |
| Groupe | 14 | Même colonne que le carbone et le plomb |
| Période | 7 | Septième ligne du tableau périodique |
| Bloc | p | Dernière couche électronique remplie de type p |
| Famille | Transactinide (superlourd) | Z supérieur à celui du lawrencium (103) |
| Origine | Artificielle | Aucune trace naturelle, uniquement synthétisé |
| Isotope le plus stable | Flérovium-289 | Période radioactive d’environ 2 secondes |
| Comportement chimique | Métal volatil | Entre le mercure et le radon en réactivité |
Avant de retenir la moindre propriété, repère la colonne de l’élément : elle te donne sa famille chimique.
Fl est dans la colonne 14, sous C, Si, Ge, Sn et Pb. Un réflexe qui marche pour tout le tableau périodique, et qui te fait gagner de précieuses minutes en contrôle.
Comment le flérovium a-t-il été synthétisé ? 🔬
Le 114 naît d’une fusion nucléaire provoquée : une cible de plutonium-244 est bombardée par un faisceau d’ions calcium-48. Les physiciens parlent ici de fusion froide, par opposition aux réactions où le noyau composé se forme très excité. L’opération a été menée à Doubna, en Russie, à l’Institut unifié de recherches nucléaires (JINR), en 1998, avec le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) américain comme partenaire.
Le principe tient en une phrase : additionner les protons de deux noyaux plus légers pour en former un plus lourd. Le calcium apporte ses 20 protons, le plutonium ses 94, et 20 + 94 donne bien 114. Le projectile est donc du calcium-48, un isotope stable et particulièrement riche en neutrons, choisi précisément pour ça. C’est ce détail que beaucoup de pages se trompent à recopier. Encore faut-il vaincre la répulsion électrique entre deux noyaux chargés positivement, d’où le recours à un accélérateur, en l’occurrence le cyclotron du JINR. Ce type de machine fait tourner les ions en spirale jusqu’à l’énergie voulue avant de les lâcher sur la cible.
La conservation du nombre de nucléons encadre toute la scène. Le noyau composé formé juste après la fusion est excité, et il évacue son surplus d’énergie en éjectant quelques neutrons : la masse du noyau final est donc légèrement inférieure à la somme des masses de la cible et du projectile. Une même réaction peut ainsi donner plusieurs produits, selon le nombre de neutrons évaporés.
Toutes les collisions ne sont pas fructueuses, loin de là : l’immense majorité des chocs se solde par une fission immédiate, sans jamais rien former. D’où l’exigence sur l’énergie du faisceau, réglée avec une précision redoutable. Trop faible, les deux partenaires se repoussent sans fusionner ; trop élevée, l’assemblage se casse aussitôt en fragments. Cette fenêtre étroite est ce qui rend la synthèse des superlourds si difficile.
Une fois formé, l’atome est séparé du faisceau par un dispositif électromagnétique, puis dirigé vers un détecteur. Les physiciens ne le voient jamais directement : ils l’identifient par la chaîne de désintégration qu’il laisse derrière lui. Chaque désintégration alpha émet une particule d’énergie caractéristique, et la succession de ces signaux, enregistrée par le détecteur en quelques secondes, signe l’existence du nucléide de départ.
Les ions calcium-48 sont accélérés à
% de la vitesse de la lumière avant de frapper la cible de plutonium (Source : Lawrence Livermore National Laboratory, 2022)
Les ordres de grandeur donnent le vertige. Dans l’expérience de chimie menée au GSI de Darmstadt, le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) rapporte que quatre mille milliards d’ions calcium-48 par seconde ont été envoyés sur des cibles de plutonium-244. Cette pluie de projectiles a produit, en tout et pour tout, huit atomes de flérovium observés. Le rendement de cette réaction est donc infinitésimal : c’est la raison pour laquelle personne n’a jamais tenu de flérovium dans une éprouvette.
D’où vient le nom flérovium ? 📜
Ce corps doit son baptême au Flerov Laboratory of Nuclear Reactions de Doubna, le laboratoire du JINR où il a été synthétisé. L’institution porte elle-même celui du physicien russe Gueorgui Fliorov (1913-1990), pionnier de la physique des ions lourds, qui la fonda en 1957 et à qui elle est dédiée depuis 1991. La nuance mérite d’être posée : l’hommage vise le lieu de recherche, pas directement l’homme, une pratique courante pour les éléments récents.
Avant d’obtenir cette identité définitive, le 114 s’est longtemps appelé ununquadium, nom provisoire construit sur les chiffres latins un-un-quatre selon la nomenclature systématique de l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA). C’est le sort de tout élément nouveau tant que sa découverte n’est pas officiellement reconnue. L’UICPA, l’IUPAC en anglais, a approuvé le nom flérovium et le symbole Fl le 18 juillet 2012, en même temps que livermorium pour l’élément 116, saluant une collaboration russo-américaine de plus de dix ans.
Une remarque de vocabulaire, utile quand tu cherches des sources : UICPA est la forme française du sigle, mais l’institution signe IUPAC en anglais, et c’est sous ce nom que tu trouveras la quasi-totalité de la littérature, rapports du groupe de travail conjoint compris. Les bases étrangères notent aussi syn, abréviation de synthetic, là où une fiche francophone écrirait « artificiel ».
Cette reconnaissance ne s’obtient qu’au terme d’un examen des données expérimentales par un groupe de travail conjoint, et elle exige que l’expérience ait été reproduite : ce n’est qu’ensuite que l’équipe est invitée à proposer un nom.
Le flérovium est le métal le plus volatil du tableau périodique. Il est inerte, mais dans des conditions favorables il forme des liaisons chimiques plus fortes que celles des gaz rares.
Lawrence Livermore National Laboratory, « It’s a metal, not a gas: flerovium chemical properties unveiled » (2022)
Le flérovium est-il un gaz rare ou un métal ? 🧪
Le flérovium est un métal volatil, et non un gaz noble : c’est la conclusion des travaux publiés en 2022 dans Frontiers in Chemistry par la collaboration internationale conduite au GSI de Darmstadt. Sa réactivité se situe entre celle du mercure et celle du radon.
🔍 Ce que prédisaient les effets relativistes
Pourquoi douter du caractère métallique d’un corps placé sous le plomb ? À cause des effets relativistes. Dans un noyau aussi chargé, avec ses 114 protons, l’attraction exercée sur les électrons devient énorme : les plus proches du centre atteignent des vitesses voisines de celle de la lumière, la mécanique classique ne suffit plus à les décrire et leurs orbitales se contractent.
Cette contraction change tout. Les électrons de valence, ceux qui participent aux liaisons chimiques, se retrouvent plus fortement retenus, donc moins disponibles pour réagir. Les théoriciens ont donc envisagé que Fl puisse afficher une inertie chimique et une volatilité extrêmes, presque à la manière d’un gaz noble comme le radon, malgré sa position dans le groupe 14.
Plus un noyau compte de protons, plus il attire fortement ses électrons internes, qui approchent alors de la vitesse de la lumière.
Leurs orbitales se contractent, et la réactivité chimique de l’élément s’en trouve modifiée. Chez les éléments superlourds, ce phénomène est assez puissant pour bousculer les prédictions du tableau périodique.
🧐 Ce que l’expérience a montré en 2022
Pour trancher, les physiciens ont utilisé une méthode élégante : observer si ces atomes se déposent sur une surface d’or placée dans le détecteur. Un métal s’y accroche à température ambiante ; un gaz rare la traverse sans y adhérer, sauf à très basse température.
Sur les huit atomes observés, cinq se sont déposés sur l’or dès la température ambiante et trois seulement ont poursuivi leur route jusqu’aux zones froides du détecteur. Un gaz rare n’aurait pas produit ce résultat.
Le verdict est donc net : il réagit avec l’or moins fortement que le mercure, un métal réputé volatil, mais plus fortement que le radon, un gaz rare. Il occupe une place intermédiaire, ce qui en fait le métal le plus volatil connu.
Ce que quantifie l’expérience, c’est l’enthalpie d’adsorption sur l’or, l’énergie libérée quand un atome vient se fixer à la surface : plus elle est élevée, plus il s’accroche tôt, donc à haute température. La collaboration l’a située entre les valeurs du mercure et celles du radon. C’est la seule grandeur thermodynamique du 114 issue d’une mesure réelle, et elle décrit des atomes uniques sur une surface, pas un matériau massif, comme l’article de Frontiers in Chemistry le précise.
Cette conclusion corrige une interprétation antérieure. Des expériences menées à partir de 2007 avaient suggéré un comportement de gaz rare, sur la base d’un très petit nombre d’atomes et de résultats contradictoires entre eux. C’est un bel exemple de la façon dont une controverse scientifique se résout : par une nouvelle mesure, mieux instrumentée, et non par un argument d’autorité.
Combien de temps vit un atome de flérovium ? ⏱️
Un tel atome vit quelques secondes au mieux. Son isotope le plus stable connu, le flérovium-289, affiche une période radioactive, ou demi-vie, de l’ordre de 2 secondes avant de se désintégrer. Cette extrême instabilité explique qu’aucun usage pratique ne soit envisageable.
💡 Une période de quelques secondes
La période radioactive, ou demi-vie, désigne le temps au bout duquel la moitié des noyaux d’un échantillon se sont désintégrés, indépendamment de la température et de la pression. Pour le flérovium-289, la mesure publiée en 2022 par la collaboration du GSI donne 2,3 s, quand d’autres publications retiennent 2,6 s. Rien d’anormal à cette divergence : sur une poignée d’atomes, l’incertitude statistique est forte. Retiens l’ordre de grandeur, environ deux secondes, plutôt qu’un chiffre au dixième près.
L’autre isotope bien caractérisé, le flérovium-288, est encore plus fugace, avec une demi-vie de 0,65 s. Aucun isotope stable n’existe ici : la désintégration est sa condition normale.
Deux modes de désintégration se disputent ces noyaux. La désintégration alpha éjecte un noyau d’hélium et fait reculer le noyau de deux cases dans le tableau ; la fission spontanée, elle, coupe le noyau en deux fragments. C’est la première qui les rend identifiables, puisqu’elle engendre la chaîne de signaux datés que le détecteur enregistre.
Les isotopes connus se distinguent par leur nombre de neutrons, donc par leur total de nucléons, tout en partageant les mêmes 114 protons. Les tables internationales les marquent d’un syn, pour synthetic, afin de rappeler qu’aucun d’eux n’a d’abondance naturelle : la convention vaut pour l’ensemble des transactinides.
Ces valeurs de période reposent, là encore, sur une statistique minuscule, quelques événements de désintégration chacune, et l’incertitude compte autant que le chiffre lui-même. La prudence vaut aussi pour les fiches en ligne : beaucoup recopient des tableaux de fusion, d’ébullition ou de densité présentés comme des faits, alors que la mention syn ou predicted de la base d’origine a disparu au passage. Mieux vaut confronter deux sources primaires que se fier à une case remplie. Et si les manuels ne donnent ni point de fusion ni dureté, c’est que ces grandeurs supposent un échantillon massif : parler de « métal » décrit ici un comportement chimique observé sur huit atomes, pas un lingot que l’on pourrait peser.
📖 Combien d’éléments compte le tableau périodique ?
Le tableau périodique compte aujourd’hui 118 éléments officiellement reconnus, dont 92 sont présents dans la nature. Fl fait partie des 26 autres, ceux que seuls les accélérateurs de particules savent produire, à Doubna, à Darmstadt ou à RIKEN.
Les éléments naturels vont de l’hydrogène (Z = 1) à l’uranium (Z = 92). Au-delà, tout est synthétique. Plus le numéro atomique grimpe, plus le noyau devient difficile à assembler et plus il se désintègre vite : c’est la limite physique que rencontrent aujourd’hui les laboratoires de Doubna, de Darmstadt et de RIKEN au Japon.
Cette course a pourtant un objectif théorique précis, l'îlot de stabilité. Les modèles prévoient que certaines combinaisons de nucléons, protons et neutrons en nombres dits magiques, confèrent une cohésion inhabituelle et donc une stabilité nucléaire bien supérieure. Le 114 se situe justement dans la zone où ce phénomène est attendu, ce qui explique l’intérêt intense qu’il suscite.
Questions fréquentes sur le flérovium 💬
🤔 Le flérovium est-il dangereux ?
En pratique, non. Il s’agit bien d’un émetteur radioactif, comme tous les transactinides, et toute radioactivité intense reste nocive pour les cellules vivantes. Mais il n’existe pas dans l’environnement, il n’est produit qu’à raison de quelques atomes dans deux ou trois laboratoires au monde, et il disparaît en quelques secondes. Aucune exposition n’est possible en dehors de l’enceinte blindée de l’accélérateur.
💡 À quoi sert le flérovium ?
À faire avancer la recherche fondamentale, et à rien d’autre pour l’instant. Sa durée de vie et son rendement de production interdisent tout usage industriel ou commercial. Son intérêt est théorique : il permet de tester les modèles du noyau atomique et les prédictions de la chimie relativiste aux limites du tableau périodique.
🔍 Quel est l’élément le plus rare ?
Parmi les éléments naturels, l’astate détient ce titre : on estime que quelques dizaines de grammes seulement existent à un instant donné dans toute la croûte terrestre. Mais les éléments superlourds artificiels comme celui-ci sont plus rares encore, puisqu’ils n’existent que le temps de quelques atomes fabriqués sur commande.
🧪 Comment réviser la synthèse des éléments superlourds ?
En partant de la réaction, jamais de la fiche. Un cours de physique-chimie bien mené t’apprend d’abord à équilibrer les nucléons entre la cible et le projectile, puis à lire une chaîne de désintégration. L’avis des enseignants converge sur ce point : les numéros appris par cœur s’oublient, la méthode reste. Le cas du 114 fait un excellent exercice, car elle mobilise à la fois la conservation de la charge, celle du nombre de masse et la notion de demi-vie.
📌 Pourquoi note-t-on le numéro atomique Z ?
La lettre Z vient de l’allemand Zahl, qui signifie « nombre ». Elle désigne le nombre de protons du noyau, et c’est cette valeur, et elle seule, qui détermine l’identité chimique d’un élément. Deux atomes de même Z mais de nombres de neutrons différents sont des isotopes d’un même élément.
Cet élément résume à lui seul ce qui rend la physique nucléaire passionnante : issu de la synthèse par fusion entre un faisceau de calcium-48 et une cible de plutonium-244, observé à raison de quelques atomes, disparu en deux secondes, et pourtant assez bien caractérisé pour qu’on sache aujourd’hui qu’il s’agit d’un métal volatil et non d’un gaz rare. Si ces notions de noyau, d’isotope et de radioactivité te donnent du fil à retordre, un professeur particulier de physique-chimie peut t’aider à les ancrer pour de bon.
Sources 📚
- Yakushev, Alexander, et al. "On the adsorption and reactivity of element 114, flerovium." Frontiers in Chemistry, collaboration GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, 2022, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9453156/.
- Lawrence Livermore National Laboratory. "It’s a metal, not a gas: flerovium chemical properties unveiled." LLNL, 2022, https://www.llnl.gov/article/49066/its-metal-not-gas-flerovium-chemical-properties-unveiled.
- Lawrence Livermore National Laboratory, Physical and Life Sciences Directorate. "Element 114 : Superheavy Element Puts LLNL on the Periodic Table." LLNL, https://pls.llnl.gov/research-and-development/livermorium/elements-114-and-116.
- CERN Courier. "Elements 114 and 116 receive official names." CERN Courier, 2012, https://cerncourier.com/a/elements-114-and-116-receive-official-names/.
Résumer avec l'IA :
Vous avez aimé cet article ? Notez-le !
Loading...
Si vous désirez une aide personnalisée, contactez dès maintenant l’un de nos professeurs !