Ra · Élément 88 · Métal alcalino-terreux
L’élément qui brillait dans le noir sur les cadrans de montres, et qui a tué les femmes qui les peignaient.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe radium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 221 pm — soit 0,221 nm ; il en faudrait donc environ 2,26 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Radium est liquide dans une plage de 1037 K, de 973 K à 2010 K.
Où il se trouve
L’histoire
L’élément qui brillait dans le noir sur les cadrans de montres, et qui a tué les femmes qui les peignaient.
Le radium a été découvert en 1898 par Marie et Pierre Curie à Paris, avec le polonium, alors qu’ils étudiaient la radioactivité mystérieuse de la pechblende. Marie Curie a remarqué que la pechblende était plus radioactive que l’uranium pur, ce qui suggérait la présence d’éléments inconnus. Grâce à des procédés minutieux de séparation chimique, les Curie ont isolé des fractions contenant une radioactivité intense et ont finalement identifié deux nouveaux éléments qu’ils ont nommés polonium et radium.
Les Curie ont traité littéralement des tonnes de résidus de pechblende dans une remise aménagée, avec un équipement rudimentaire et sans aucune protection contre les dangers. Marie Curie a consacré quatre années au raffinage du radium et a finalement isolé un dixième de gramme de chlorure de radium pur en 1902. Il a fallu traiter plus de 8 tonnes de pechblende pour obtenir ce minuscule échantillon, ce qui montre l’extrême rareté du radium et le dévouement exceptionnel nécessaire à sa découverte.
Les Curie ont découvert que le radium brillait dans l’obscurité, émettait continuellement de la chaleur et rendait radioactifs les matériaux environnants. Ces propriétés sans précédent ont révolutionné la compréhension de la structure de l’atome et de l’énergie. Pierre Curie portait célèbrement un flacon de radium dans sa poche et a remarqué les brûlures qu’il provoquait sur sa peau, démontrant involontairement à la fois sa puissance et son danger.
La découverte du radium a valu à Marie et Pierre Curie le prix Nobel de physique de 1903 (partagé avec Henri Becquerel pour leurs recherches sur la radioactivité) et à Marie Curie un second prix Nobel, de chimie, en 1911, pour avoir isolé le radium pur et déterminé sa masse atomique. Marie Curie est devenue la première personne à remporter des prix Nobel dans deux domaines scientifiques différents, principalement grâce à ses recherches sur le radium.
Applications
Le radium-226 a joué historiquement un rôle crucial dans le traitement du cancer grâce à la curiethérapie (radiothérapie interne). Des années 1900 aux années 1970, des aiguilles et des applicateurs contenant du radium étaient insérés directement dans les tumeurs ou les cavités corporelles afin d’administrer des doses élevées de rayonnement aux cellules cancéreuses. Bien qu’il ait été largement remplacé par des isotopes plus sûrs comme le césium-137 et l’iridium-192, le radium a posé les bases de la radio-oncologie moderne et sauvé d’innombrables vies à une époque où il existait peu d’autres traitements contre le cancer.
Le radium sert d’étalon primaire pour les mesures de la radioactivité et l’étalonnage des instruments. La définition originale du curie (unité de radioactivité) reposait sur le taux de désintégration d’un gramme de radium-226. Aujourd’hui, des sources de radium mesurées avec précision servent à étalonner les équipements de détection des rayonnements, à valider les techniques de mesure et à fournir des étalons de référence aux laboratoires nationaux du monde entier. Le radium contribue également à la recherche en physique nucléaire consacrée à l’étude des processus de désintégration alpha.
Avant que ses risques pour la santé ne soient pleinement compris, le radium avait de nombreuses applications industrielles. Une peinture luminescente contenant du radium était utilisée sur les cadrans de montres, les tableaux de bord des instruments et les jauges d’aéronefs de 1917 aux années 1960. Ces applications fournissaient un éclairage fiable sans source d’énergie externe, ce qui était essentiel pour les applications militaires et aéronautiques pendant les deux guerres mondiales. Le radium était également utilisé dans les paratonnerres et comme additif dans certains aciers spéciaux.
Des sources de radium scellées continuent de jouer un rôle éducatif important dans la formation des professionnels de la sécurité radiologique, des physiciens de la santé et des ingénieurs nucléaires. Ces sources contrôlées aident les étudiants à comprendre les principes de détection des rayonnements, les calculs de protection radiologique et les procédures de contrôle de la contamination. Les applications éducatives modernes utilisent des quantités minimales dans des dispositifs sécurisés conçus pour prévenir l’exposition tout en offrant de précieuses expériences d’apprentissage.
La plupart des utilisations historiques du radium ont été abandonnées en raison de graves risques sanitaires et environnementaux. Les produits de consommation contenant du radium, notamment les peintures luminescentes, les toniques et les cosmétiques, ont été interdits dans la plupart des pays dans les années 1970. Les histoires tragiques des peintres de cadrans au radium qui ont développé la « mâchoire au radium » et d’autres maladies mortelles ont conduit à l’adoption de réglementations strictes et à l’élaboration des normes modernes de radioprotection.
Aujourd’hui, l’utilisation du radium est limitée à des applications très contrôlées, notamment certaines recherches médicales, l’étalonnage d’instruments et les expériences de physique nucléaire. Le Ra-223 (Xofigo) représente une application médicale moderne : il s’agit d’un produit radiopharmaceutique approuvé par la FDA pour traiter les métastases osseuses chez les patients atteints d’un cancer de la prostate. Cet isotope émetteur alpha cible spécifiquement le tissu osseux et administre les rayonnements directement aux sites cancéreux tout en réduisant au minimum l’exposition de l’ensemble de l’organisme.
Les laboratoires nationaux et les instituts de recherche conservent des sources de radium pour étalonner les équipements de mesure des rayonnements et étudier les processus de désintégration nucléaire. Ces applications exigent des autorisations strictes, des installations spécialisées et des protocoles de sécurité complets. Ces utilisations sont essentielles pour maintenir l’exactitude des mesures de rayonnement utilisées en médecine, dans l’énergie nucléaire et pour la surveillance environnementale.
Les isotopes du radium servent de traceurs naturels pour étudier les mouvements des eaux souterraines, la circulation océanique et le transport des sédiments. Les scientifiques mesurent les concentrations de radium pour suivre les masses d’eau, estimer les débits d’écoulement des eaux souterraines et comprendre les processus biogéochimiques dans les systèmes aquatiques. Ces applications aident à gérer les ressources en eau et à surveiller les changements environnementaux sans nécessiter l’ajout de radium artificiel.
D’où il vient
9,00e-7 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 28 % des éléments
Le radium existe naturellement comme produit intermédiaire de la chaîne de désintégration de l’uranium-238, formé lors de la désintégration du radon-222. Avec une demi-vie de 1 600 ans, le radium-226 s’accumule dans les minerais et les roches contenant de l’uranium, atteignant des concentrations d’équilibre déterminées par le rapport entre sa formation et sa désintégration. Des gisements importants de radium se trouvent dans des régions riches en uranium, notamment le plateau du Colorado, le bassin d’Athabasca au Canada et divers sites en Australie, au Kazakhstan et en Afrique.
Le radium se dissout facilement dans les eaux souterraines, en particulier dans les régions où le substrat rocheux ou les sédiments contiennent de l’uranium. De fortes concentrations de radium dans les réserves d’eau potable touchent des milliers de communautés dans le monde, en particulier celles qui utilisent des puits profonds dans des aquifères glaciaires ou dans des régions contenant des gisements de phosphate. L’EPA fixe à 5 pCi/L la concentration maximale de contaminants pour le radium-226 et le radium-228 combinés dans les réseaux publics d’approvisionnement en eau.
Les matières radioactives naturelles (NORM) contenant du radium s’accumulent dans les équipements de production de pétrole et de gaz, les exploitations minières de phosphate et les cendres de charbon. Le radium se concentre dans les saumures et les dépôts de tartre présents dans les conduites et les réservoirs des champs pétrolifères, créant d’importants problèmes d’élimination pour l’industrie pétrolière. Les engrais phosphatés contiennent souvent des taux élevés de radium, ce qui contribue à l’exposition radiologique agricole.
Certains matériaux de construction, notamment le béton fabriqué avec des scories de phosphate ou des cendres volantes, peuvent contenir des taux élevés de radium. Le radium présent dans les matériaux de construction contribue aux concentrations de radon à l’intérieur des bâtiments lorsque le Ra-226 se désintègre pour produire du radon gazeux. Certaines pierres naturelles utilisées dans la construction, en particulier certaines variétés de granite, peuvent contenir des concentrations importantes de radium qui nécessitent une surveillance et, éventuellement, des mesures d’atténuation.
Manipulation
Radium est radioactif. Il ne possède aucun isotope stable : chaque noyau se désintègre. Sa manipulation exige un blindage et des autorisations appropriés.
Le radium est extrêmement dangereux en raison de sa radioactivité intense et de son comportement biologique. Lorsqu’il est ingéré ou inhalé, le radium s’accumule dans les os, où il continue d’émettre des rayonnements alpha pendant des décennies. Cette exposition interne provoque des cancers des os, des leucémies et une anémie sévère. Les décès tragiques des peintres de cadrans au radium au début des années 1900, qui ont développé la « mâchoire au radium » et des cancers des os en léchant des pinceaux peints au radium, ont conduit aux normes modernes de radioprotection.
Tout travail avec le radium nécessite des installations spécialisées dotées de systèmes appropriés de confinement, de ventilation et de surveillance. Le personnel doit porter un équipement de protection complet, notamment des appareils respiratoires, afin d’empêcher l’inhalation de poussière de radium ou de radon gazeux produit par la désintégration. Les sources de radium doivent être conservées dans des conteneurs sécurisés et blindés, et manipulées uniquement à l’aide d’outils télécommandés. Une surveillance régulière par analyses biologiques est requise pour toute personne susceptible d’avoir été exposée au radium.
La contamination des approvisionnements en eau potable par le radium pose des problèmes persistants de santé publique. Les communautés présentant des niveaux élevés de radium ont besoin de systèmes de traitement de l’eau ou de sources d’approvisionnement alternatives. D’anciens sites de traitement du radium, notamment les installations de peinture de cadrans de montres et les fabricants de fournitures médicales, restent contaminés des décennies après leur fermeture, ce qui nécessite des opérations de nettoyage coûteuses et une surveillance à long terme.
Les déversements ou les accidents impliquant du radium nécessitent une évacuation immédiate et des procédures de nettoyage spécialisées. Les zones contaminées peuvent rester dangereuses pendant des milliers d’années en raison de la demi-vie de 1 600 ans du radium. Les intervenants d’urgence doivent être formés à la détection des rayonnements et disposer de l’équipement approprié pour évaluer les niveaux de contamination. Le traitement médical d’une exposition au radium vise à empêcher son absorption et à accélérer son élimination de l’organisme au moyen d’une thérapie par chélation.
Réponses rapides
Radium (symbole Ra) est l’élément 88 du tableau périodique, un Métal alcalino-terreux de la période 7, du groupe 2. L’élément qui brillait dans le noir sur les cadrans de montres, et qui a tué les femmes qui les peignaient. À température ambiante, c’est un solide et il est radioactif.
[Rn] 7s² ; elle comporte 7 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2.Radium fond à 973 K (699.9 °C) et bout à 2010 K (1736.9 °C).
Radium n’a aucun isotope stable ; il n’a donc pas de masse atomique standard. La valeur indiquée, 226, est le nombre de masse de son isotope connu ayant la plus longue durée de vie.
Radium a une masse volumique de 5.5 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Radium est donc environ 5.5× plus lourd.
Radium a une électronégativité de Pauling de 0.9. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Une valeur aussi faible signifie qu’il cède facilement ses électrons externes, formant des ions positifs.
Radium a été découvert en 1898 par Marie & Pierre Curie. Il porte le nom de latin radius, « rayon ».
Radium constitue environ 9.00e-7 mg/kg de la croûte terrestre — véritablement rare, ce qui explique son prix élevé.
Oui. Radium ne possède aucun isotope stable — chacun de ses noyaux se désintègre. De faibles quantités sont présentes naturellement comme produits de désintégration d’éléments plus lourds.