americium - Americium


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Americium,   95 Am
americium microscope.jpg
Obecné vlastnosti
Výslovnost / ˌ æ m ɪ r ɪ s i ə m / ( AM -ə- RISS -EE-əm )
Vzhled stříbřitá bílá
hmotnostní číslo 243 (nejvíce stabilní izotop)
Americium v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium berylium Boron Uhlík Dusík Kyslík fluoru Neon
Sodík magnézium Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór argon
Draslík Vápník Scandium Titan Vanadium chróm Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek gallium Germanium arzén Selen Bróm Krypton
rubidia Stroncium ytrium zirkon Niobium Molybden technecium ruthenium rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín antimon teluru Jód Xenon
cesium Baryum lanthanu minerál praseodym neodym promethium Samarium kovový prvek kovový prvek terbium kovový prvek holmium kovový prvek thulium yterbium lutecium Hafnium tantal Wolfram rhenium kovový prvek iridium Platina Zlato Rtuť (prvek) thalium Vést Vizmut Polonium astat Radon
francium Rádium actinium thorium protactinium Uran neptunium Plutonium americium curium Berkelium Californium einsteinium fermium mendelevium nobelium lawrencium rutherfordium dubnium Seaborgium bohrium hassium Meitnerium darmstadtium roentgenium kopernicium Nihonium flerovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
Eu

Am

(Uqe)
plutoniumamericiumcurium
Atomové číslo ( Z ) 95
Skupina skupina n / a
Doba období 7
Blok f-blok
category element   aktinidů
elektronová konfigurace [ Rn ] 5f 7 7s 2
Elektrony na plášti
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze STP pevný
Bod tání 1449  K (1176 ° C, 2149 ° F)
Bod varu 2880 K (2607 ° C, 4725 ° F) (vypočteno)
Hustota (blízko  pokojové teplotě ) 12 g / cm 3
Skupenské teplo tání 14,39  kJ / mol
Molární tepelná kapacita 62,7 J / (mol · K)
Tlak páry
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
na  T  (K) 1239 1356
atomové vlastnosti
oxidační stavy 2, 3 , 4, 5, 6, 7 (AN  amfoterní oxid)
Elektronegativita Pauling měřítko: 1.3
ionizační energie
  • 1.: 578 kJ / mol
Atomový poloměr empirický: 173  pm
kovalentní poloměr 180 ± osmnáct hodin
Barevné linky v oblasti spektra
Spektrální čáry z americium
Ostatní vlastnosti
Krystalická struktura dvojité hexagonální těsně uspořádané (DHCP)
Double hexagonální těsně zabalené krystalová struktura americium
Tepelná vodivost 10 W / (mK)
Elektrický odpor 0,69 μΩ · m
magnetické uspořádání paramagnetický
magnetická susceptibilita + 1000,0 · 10 -6  cm 3 / mol
Číslo CAS 7440-35-9
Dějiny
pojmenování po Americe
Objev Glenn Seaborg , Ralph A. James , Leon O. Morgan , Albert Ghiorso (1944)
Hlavní izotopy americium
Izotop Hojnost Poločas ( t 1/2 ) režim Decay Produkt
241 Am syn 432,2 y SF -
α 237 Np
242 m1 Am syn 141 y TO 242 Am
α 238 Np
SF -
243 Am syn 7370 y SF -
α 239 Np
| Reference

Americium je syntetický chemický prvek se symbolem Am a atomové číslo 95. Je to radioaktivní a transuranic člen aktinoidů série, v periodické tabulce umístěné pod lanthanidů elementu europia , a tak obdobně byl pojmenován po Americe .

Americium byl nejprve produkován v roce 1944 skupinou Glenn Seaborg z Berkeley, Kalifornie , na Metallurgical laboratoře na University of Chicago , část Manhattan projekt . I když to je třetí prvek v transuranových série bylo zjištěno, čtvrtý, po těžší curium . Tento objev byl držen v tajnosti a pouze propuštěn k veřejnosti v listopadu 1945. Most americium se vyrábí uran nebo plutonium je bombardován neutrony v jaderných reaktorech - jedna tuna vyhořelého jaderného paliva obsahuje asi 100 gramů americium. To je široce používán v komerčních ionizační komora detektory kouře , stejně jako v neutronových zdrojů a průmyslových měřidel. Několik neobvyklých aplikací, jako jsou jaderné baterie nebo palivo pro kosmické lodě s jaderným pohonem, byly navrženy pro izotop 242m Am, ale jsou dosud brání nedostatek a vysoké ceně tohoto nukleární izomer .

Americium je relativně měkký radioaktivní kov s stříbřitý vzhled. Jeho časté izotopy jsou 241 Am a 243 Am. V chemických sloučenin, americium obvykle předpokládá, že oxidační stupeň 3, a to zejména v roztocích. Několik dalších oxidační stavy jsou známé, které se pohybují od +2 až +7 a mohou být identifikovány podle jejich charakteristické optické absorpční spektra. Krystalová mřížka pevné americium a jeho sloučeniny obsahují malé vnitřní radiogenic vady, kvůli metamictization vyvolané vlastním ozářením alfa částic, které se hromadí v průběhu času; to může způsobit posun některých vlastností materiálu v průběhu času, výraznější u starších vzorků.

Dějiny

60-palcový cyklotron v Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley , v srpnu 1939.
Trojúhelník ve skleněné trubice obsahuje první vzorek americium (jako hydroxid (Am (OH) 3 )), vyrobené v roce 1944.

Ačkoli americium byl pravděpodobně vyroben v předchozích nukleárních pokusů bylo nejprve záměrně syntetizován , izolovány a identifikovány v pozdním podzimu 1944, na University of California, Berkeley , od Glenn Seaborg , Leon O. Morgan, Ralph A. James, a Albert Ghiorso . Použili 60palcovou cyklotron na University of California, Berkeley. Prvek byl chemicky označeny na Metallurgical laboratoře (nyní Argonne National Laboratory ) z University of Chicago . V návaznosti na lehčí neptunia , plutonium , a těžší curium , americium byl čtvrtý transuranium prvek, aby se objevil. V té době se periodická tabulka byly pozměněny podle Seaborg do dnešní uspořádání, obsahující řádek aktinidu pod lanthanidu jedna. To vedlo k americium se nachází přímo pod jeho dvojče lanthanoidů prvek europium; bylo tedy obdobně pojmenované po Americe : „Jméno americium (po Severní a Jižní Americe) a symbol Am jsou navrženy pro prvek na základě svého postavení jako šestý člen actinide vzácných zemin, analogický s europium, Eu, ze skupiny lanthanoidů.“

Novým prvkem byl izolován z jeho oxidů ve složitém, vícestupňovém procesu. První plutonium -239 dusičnan ( 239 PUNO 3 ) roztok se nanese na platinovou fólii asi 0,5 cm 2 plochy, roztok se odpaří a zbytek se převede na plutonium oxid (può 2 ) žíháním. Po ozáření cyklotronu, povlak byl rozpuštěn s kyselinou dusičnou , a pak se vysráží ve formě hydroxidu za použití koncentrovaného vodného roztoku amoniaku . Zbytek se rozpustí v kyselině chloristé . Další separace se provádí iontovou výměnou , čímž se získá určitý izotop curium. Separace curium a americium tak namáhavá, aby tyto prvky byly původně nazývá skupinou Berkeley jako pandemonia (z řečtiny pro všechny démony a pekla ) a delirium (z latinského pro šílenství ).

Počáteční pokusy dával čtyři americium izotopy: 241 Am, 242 Am, 239 hodin a 238 Am. Americium-241 byl získán přímo z plutonia v absorpci dvou neutronů. To se rozkládá emisí jednoho alfa-částice na 237 Np; poločas tohoto rozpadu byla nejprve stanovena jako 510 ± 20 let, ale pak upraví na 432,2 let.

Časy jsou poločasy

Druhý izotop 242 Am byl produkován po bombardování neutrony z již vytvořeného 241 Am. Po rychlém beta-rozpadu , 242 Am převede do izotopu curium 242 cm (která byla dříve objevené). Poločas rozpadu tohoto rozpadu byla původně stanovena na 17 hodin, což bylo v těsné blízkosti současně přijatou hodnotu 16.02 hodin.

Objev americium a curium v roce 1944 byl úzce spjat s Manhattan projekt ; Výsledky byly důvěrné a odtajnit pouze v roce 1945. Seaborg unikly syntézu prvků 95 a 96 na americkém rozhlasovém pořadu pro děti Kvíz Děti pět dní před oficiálním předložením při American Chemical Society zasedání dne 11. listopadu 1945, kdy jeden z posluchači dotázáni, zda jakákoli nová Transurany vedle plutonia a neptunia bylo objeveno během války. Po objevu americium izotopy 241 hodin a 242 Am, jejich výroba a sloučeniny byly patentovány seznam pouze Seaborg jako vynálezce. Počáteční vzorky americium váží několik mikrogramů; byly sotva viditelné a byly identifikovány podle jejich radioaktivity. První značné množství kovového americium o hmotnosti 40-200 mikrogramů nebyly připraveny do roku 1951 redukcí americium (III) fluoridu s barnatý kovu ve vysokém vakuu při teplotě 1100 ° C.

Výskyt

Americium byla detekována v spadu z Ivy Mike jaderného testu.

Nejdelší životností a nejběžnější izotopy americium, 241 Am a 243 Am, mají poločasy 432,2 a 7,370 roků, resp. Proto každá pravěká americium (americium, že byl přítomen na Zemi v průběhu svého vzniku) měl zkažené touto dobou.

Stávající americium je soustředěna v oblastech využívaných pro atmosférické testy nukleárních zbraní provedených v letech 1945 a 1980, jakož i v lokalitách jaderných incidentů, jako je černobylské katastrofy . Například analýza nečistot v testovacím místě prvního USA vodíkové bomby , Ivy Mike , (1. listopadu 1952 eniwetok ), odhalila vysoké koncentrace různých aktinidů, včetně americium; ale z důvodu zachování vojenského tajemství, tento výsledek nebyl zveřejněn až později, v roce 1956. Trinitit , sklovitý zbytek nechal na pouště poblíž Alamogordo , New Mexico , po plutonium založené Trojice jaderná bomba testu dne 16. července 1945, obsahuje stopy americium-241. Byly rovněž zjištěny zvýšené hladiny americium v místě havárie a US Boeing B-52 bombardér, který nesl čtyři vodíkové bomby, v roce 1968 v Grónsku .

V jiných oblastech, je průměrná radioaktivita povrchu půdy v důsledku zbytkového americium je jen asi 0,01  picocuries / g (0,37  MBq / g). Atmosférické americium sloučeniny jsou špatně rozpustné v běžných rozpouštědlech a většinou dodržovat půdních částic. Analýza půdy odhalil asi 1900 krát vyšší koncentraci americium uvnitř písečných půdních částic, než v přítomnosti vody v půdě pórech; ještě vyšší poměr se měří v hlinitých půdách.

Americium se vyrábí většinou uměle v malém množství, pro výzkumné účely. Tuna vyhořelého jaderného paliva obsahuje asi 100 gramů různých americium izotopy, většinou 241 Am a 243 Am. Jejich prodloužena radioaktivita je nežádoucí pro likvidaci, a proto americium, spolu s dalšími dlouhověkých aktinidů, musí být neutralizovány. Přidružený postup může zahrnovat několik kroků, ve kterých se americium nejprve oddělí a pak konvertovány bombardování neutrony ve speciálních reaktorech krátkým nuklidy. Tato procedura je známá jako nukleární transmutace , ale to je stále vyvíjen pro americium. Tyto transuranové prvky z americium do fermium došlo přirozeně v přírodní jaderný reaktor na Oklo , ale už ne tak učinit.

Syntéza a extrakce

izotopové nucleosyntheses

Chromatografické Eluční křivky odhalující podobnost mezi lanthanidů Tb, Gd, a EU a odpovídajících actinides Bk, cm, a Am.

Americium bylo vyrobeno v malých množstvích v jaderných reaktorech po celá desetiletí, a kilogramech 241 Am a 243 Am izotopy byly shromážděny touto dobou. Nicméně, protože to bylo poprvé nabízeny k prodeji v roce 1962, jeho cena, asi 1500 USD za gram 241 Am, zůstává téměř beze změny vzhledem k velmi složité separačního procesu. Čím těžší izotop 243 Am se vyrábí v mnohem menších množstvích; je tedy obtížnější oddělit, což má za následek vyšší náklady řádově 100,000-160,000 USD / g.

Americium není syntetizován přímo z uranu - nejběžnější materiál reaktoru - ale z izotop plutonia 239 Pu. Ten musí být produkován jako první, podle následujícího procesu jaderného:

Zachycení dvou neutronů od 239 Pu (tzv (n, γ) reakce), po kterém následuje p-rozpadu, má za následek 241 Am:

Plutonium přítomný v vyhořelého jaderného paliva obsahuje asi 12% z 241 Pu. Vzhledem k tomu, že se spontánně přemění na 241 Am, 241 Pu může být extrahována a mohou být použity pro generování dalších 241 Am. Nicméně, tento proces je poměrně pomalá: polovina původního množství 241 Pu se rozkládá na 241 Am po asi 15 let a 241 výše Am dosahuje maxima po 70 letech.

Získaný 241 Am může být použit pro generování těžších americium izotopy dalším zachycování neutronů v jaderném reaktoru. V reaktoru s lehkou vodou (LVR), 79% z 241 Am převede do 242 Am a 10% jeho nukleární izomer 242m Am:

Americium-242 má poločas rozpadu pouhých 16 hodin, což umožňuje její další up-konverzi do 243 Am, extrémně neefektivní. Ten izotop se vyrábí místo v procesu, kde 239 Pu zachycuje čtyři neutronů za vysokého neutronového toku :

generace kov

Většina syntéza rutiny získá směs různých aktinidů izotopů v oxidové formy, ze které Izotopy americium může být oddělena. V typickém postupu, vyhořelé palivo reaktor (např MOX palivo ) se rozpustí v kyselině dusičné a většina uranu a plutonia bylo odstraněno za použití PUREX extrakce -type ( P lutonium- UR anium EX trakce) s tributylfosfát v uhlovodíku , Lanthanidů a aktinidů Zbývající se pak oddělí od vodné zbytku ( rafinát ) prostřednictvím diamidu založeném extrakce, čímž se získá, po stripování, směs trojmocných aktinidů a lanthanidů. Americium sloučeniny jsou pak selektivně extrahuje vícestupňové chromatografické a centrifugace techniky s vhodným reakčním činidlem. Velké množství práce byla provedena na extrakcí rozpouštědlem americium. Například, 2003 EU -funded projekt s kódovým označením „EUROPART“ studoval triaziny , a jiné sloučeniny jako potenciální agentech těžby. Bis bipyridin -triazinyl komplex byl navržen v roce 2009 jako takového činidla je vysoce selektivní na americium (a curium). Separace americium z velmi podobného curium může být dosaženo tak, že se suspenze hydroxidů ve vodném roztoku hydrogenuhličitanu sodného s ozonem , za zvýšených teplot. Oba Am a Cm jsou většinou přítomny v roztocích ve stavu +3, valence; vzhledem k tomu, curium zůstává beze změny, americium oxiduje na rozpustný Am (IV) komplexy, které je možno smýt.

Kovové americium se získá redukcí z jeho sloučenin. Americium (III), fluorid byl poprvé použit pro tento účel. Reakce se provádí za použití elementárního baryum jako redukčního činidla ve vodě a prostředí bez kyslíku uvnitř zařízení vyrobené z tantalu a wolframu .

Alternativou je snížení americium uhličitého kovovým lanthanu nebo thoria :

Fyzikální vlastnosti

Dvakrát hexagonální těsně balení se sled vrstev ABAC v krystalové struktuře a-americium (A: zelená, B: modrá C: červená).

V periodické tabulce , americium se nachází na pravé straně plutonia, na levé straně curia, a pod lanthanoidů europium , s nímž sdílí mnoho podobností ve fyzikálních a chemických vlastnostech. Americium je vysoce radioaktivní prvek. Když se čerstvě připravený, má stříbřitě bílý kovový lesk, ale pak se pomalu zbavuje lesku na vzduchu. S hustotou 12 g / cm 3 , americium je méně hustý než jak curium (13,52 g / cm 3 ) a plutonia (19,8 g / cm 3 ); ale má vyšší hustotu než europium (5.264 g / cm 3 ) -mostly z důvodu jeho vyšší atomovou hmotností. Americium je poměrně měkký a snadno deformovatelný a má výrazně nižší objemovou modul pružnosti než aktinidů před tím: Th, Pa, U, Np a Pu. Jeho teplota tání 1173 ° C, je podstatně vyšší než u plutonia (639 ° C) a europia (826 ° C), ale nižší než pro curium (1340 ° C).

Při okolních podmínkách, americium je přítomna ve své nejstabilnější alfa formě, která má šestiúhelníkovou krystalovou symetrii a prostorová skupina P6 3 / MMC s parametry mřížky  = 346,8  pm a c  = 1124 hodin, a čtyři atomy na jednotkovou buňku . Krystal se skládá z dvojité hexagonální těsně balení se sled vrstev ABAC, a tak je izotypové s a-lanthanu a několik aktinidů, jako je a-curium. Krystalová struktura americium se mění s tlakem a teplotou. Když stlačený při teplotě místnosti 5 GPa, α-Am transformuje ke změně p, který má kubickou plošně centrované ( fcc ) symetrie, prostorové grupy Fm 3 m a příhradové konstantní s  = 489 pm. Tato fcc struktura je ekvivalentní k nejbližšímu balení se sekvencí ABC. Při dalším stlačení až 23 GPa, americium transformuje na kosočtverečné struktury γ-Am podobný tomu, který a-uranu. Neexistují žádné další přechody pozorovány až 52 GPa, s výjimkou vnější úprava jednoklonné fáze při tlacích mezi 10 a 15 GPa. Neexistuje žádný konzistence o stavu této fáze v literatuře, které také někdy uvádí v alfa, beta a gama fáze jako I, II a III. Β-γ přechod je doprovázen poklesem 6% objemu krystalu; ačkoli teorie také předpovídá významnou změnu hlasitosti pro α-p transformace, není experimentálně. Tlak v α-p přechodu klesá s rostoucí teplotou, a je-li a-americium zahřívá při atmosférickém tlaku, při teplotě 770 ° C se změní do fcc fáze, která se liší od p-Am, a při teplotě 1075 ° C, převede na krychlový tělo- struktura. Tlak teploty fázový diagram americium je tak poněkud podobné těm z lanthanu, praseodymu a neodymu .

Stejně jako u mnoha jiných aktinidů, s vlastním poškození krystalové mřížky v důsledku ozařování alfa-částic, patří do americium. Je to patrné zejména při nízkých teplotách, kde se mobilita vyrobených mřížkových poruch je relativně nízká, rozšířením z rentgenové difrakce vrcholy. Tento efekt je poněkud nejistý teplotu americium a některé jeho vlastnosti, jako je elektrický odpor . Takže pro americium-241, měrný odpor při 4,2 K se zvyšuje se doba od přibližně 2 μOhm · cm až 10 μOhm · cm po dobu 40 hodin, a nasycené mastné kyseliny v asi 16 μOhm · cm po 140 hodin. Tento efekt je méně výrazný při pokojové teplotě, v důsledku zničení vad záření; také zahřátí na teplotu místnosti se vzorek, který se udržuje po dobu hodiny při nízkých teplotách obnovuje odporu. V čerstvých vzorcích, odpor se postupně zvyšuje s teplotou od asi 2 μOhm · cm v tekutého hélia do 69 μOhm-cm při teplotě místnosti; Toto chování je podobné tomu z neptunia, uran, thorium a protaktinium , ale na rozdíl od plutonia a curia, které vykazují rychlý vzestup až 60 K a následně nasycení. Hodnota teploty místnosti za americium je nižší než u neptunia, plutonia a curium, ale vyšší než pro uran, thorium a protaktinium.

Americium je paramagnetický v širokém rozsahu teplot, od toho tekutého hélia , se na teplotu místnosti a vyšší. Toto chování je podstatně odlišné od svého souseda curium, který vykazuje antiferomagnetickou přechod při 52 K. expanze teplotní koeficient americium je mírně anizotropní a činí (7,5 ± 0,2) x 10 -6  / ° C po kratší osy a ( 6,2 ± 0,4) x 10 -6  / ° C po dobu delší c hexagonální osy. Entalpie rozpouštění americium kovu v kyselině chlorovodíkové za standardních podmínek je -620,6 ± 1,3 kJ / mol , z které je standardní Změna entalpie tvorbyf H °) vodného Am 3+ iontů -621,2 ± 2,0 kJ / mol , Standardní potenciál Am 3+ / Am 0 je -2,08 ± 0,01 V .

chemické vlastnosti

Americium ionty v roztoku: Am 3+ (vlevo) a Am 4+ (vpravo). Am 3+ je bezbarvý při nízkých a načervenalé při vyšších koncentracích.

Americium snadno reaguje s kyslíkem a rozpouští dobře kyselin . Nejběžnější oxidační stav pro americium je 3, ve které americium sloučeniny jsou poměrně stabilní vůči oxidaci a redukci. V tomto smyslu, americium je chemicky podobný většině lanthanoidů. Trivalentní americium formy nerozpustné fluoridů , oxalát , jodičnan , hydroxid , fosfát a další soli. Další oxidační stavy byly pozorovány mezi +2 a +7, která je nejširší rozsah mezi aktinoidů. Jejich barva ve vodných roztocích se mění následujícím způsobem: Am 3+ (bezbarvý až žlutý-načervenalé), Am 4+ (žluto-červeno), Am V O +
2
; (žlutá), Am VI O 2 +
2
(hnědá) a Am VII O 5-
6
(tmavě zelená). Všechny oxidační stavy mají charakteristické optické absorpční spektra, s několika ostrými vrcholy ve viditelné a střední infračervené oblasti, a poloha a intenzita těchto vrcholů je možno převést na koncentracích odpovídajících oxidačních stavů. Například, Am (III) má dvě ostré píky při 504 a 811 nm, Am (V) při 514 a 715 nm, a Am (VI) při 666 a 992 nm.

Americium sloučeniny s oxidačním stavu +4 a vyšší jsou silné oxidační prostředky, srovnatelné v síle do manganistanu iontu ( MnO -
4
) v kyselých roztocích. Vzhledem k tomu, Am 4+ ionty jsou nestabilní v roztoku a snadno převést na Am 3+ , stát 4 oxidaci dochází také v pevných látkách, jako jsou například oxid americičitý (AMO 2 ) a americium (IV), fluorid (AMF 4 ).

Všechny pětimocný a šestimocný americium sloučeniny jsou komplexní soli, jako je Kamo 2 F 2 , Li 3 Amo 4 a Li 6 amo 6 , Ba 3 AMO 6 , amo 2 F 2 . Tyto vysoce oxidační stavy Am (IV), Am (V) a Am (VI) může být připravena z Am (III) oxidací peroxodisíranu amonného ve zředěné kyselině dusičné, s stříbrného (I) oxidu v kyselinou chloristou , nebo s ozónem nebo persíranu sodného v uhličitan sodný řešení. Pentavalentní oxidační stav americium byla poprvé pozorována v roce 1951. Je přítomen ve vodném roztoku ve formě amo +
2
ionty (kyselé) nebo amo -
3
ionty (alkalické), které jsou však nestabilní a podléhají několik rychlých disproporcionací reakcí:

Chemické sloučeniny

kyslíkaté sloučeniny

Tři americium oxidy jsou známé, s oxidačním stupněm +2 (AMO), +3 (Am 2 O 3 ) a 4 (AMO 2 ). Americium (II), oxidu byl připraven v malých množstvích a není vyznačující se tím, detaily. Americium (III) kysličník je červeno-hnědé pevné látky s teplotou tání 2205 ° C. Americium (IV) oxid , je hlavní formou pevného americium, který se používá v téměř všech jeho aplikace. Jako většina ostatních aktinidů oxidů, je to černá pevná látka se zdvihovým ( fluorit ) krystalové struktuře.

Oxalát americium (III), vysuší se ve vakuu při teplotě místnosti, má chemický vzorec Am 2 (C 2 O 4 ) 3 · 7H 2 O. Při zahřívání ve vakuu, ztrácí vodu při teplotě 240 ° C a začne rozkládat do Amo 2 při 300 ° C, rozklad dokončí při teplotě asi 470 ° C. Počáteční oxalátu se rozpustí v kyselině dusičné s maximální rozpustnosti 0,25 g / l.

halogenidy

Halogenidy americium jsou známé pro oxidačních stavů 2, +3 a +4, kde 3 je nejstabilnější, a to zejména v roztocích.

oxidační F cl br
4 Americium (IV), fluorid
AMF 4
světle růžové
+3 Americium (III), fluorid
AMF 3
růžový
Americium (III) chlorid
AmCl 3
růžový
Americium (III), bromid
AmBr 3
světle žluté
Americium (III), jodid
AmI 3
světle žluté
+2 Americium (II) chlorid
AmCl 2
černá
Americium (II) bromid
AmBr 2
černá
Americium (II) jodidu
AmI 2
černá

Snížení Am (III) sloučeniny s sodným amalgám získá Am (II) soli - černé halogenidy AmCl 2 , AmBr 2 a AMI 2 . Jsou velmi citlivé na kyslík a oxidují ve vodě, uvolňující vodík a převedení zpět do stavu, Am (III). Konkrétní mřížkové konstanty jsou:

  • Kosočtverečná AmCl 2 : = 896,3 ± 12:08 , b = 757,3 ± 0,8 hod a c = 453,2 ± 0,6 pm
  • Tetragonální AmBr 2 : = 1 159 0,2 ± 12:04 a c = 712,1 ± 12:03 . Mohou být také připraveny reakcí kovového americium s vhodným halogenidem rtuti HgX 2 , kde X = Cl, Br nebo I:

Americium (III), fluorid (AMF 3 ) je špatně rozpustný a vysráží po reakci Am 3+ a fluoridových iontů na slabě kyselých roztoků:

Tetravalentní americium (IV), fluorid (AMF 4 ), se získá reakcí pevného americium (III) fluoridu molekulárním fluorem :

Další známá forma pevného čtyřmocného americium chloridu je Kamf 5 . Čtyřmocného americium byla také pozorována ve vodné fázi. Za tímto účelem, černá Am (OH) 4 se rozpustí v 15 až M NH 4 F s koncentrací americia 0,01 M. Vzniklý načervenalý roztok měl charakteristický optickou absorpční spektrum, které je podobné tomu AMF 4 , ale lišily se od ostatních oxidace stavy americium. Zahřívání roztoku na Am (IV) na 90 ° C, nevedlo k jeho disproporcionaci nebo snížení, ale pomalý pokles byl pozorován na Am (III), a je k self-ozařování americium částicemi alfa.

Většina americium (III) halogenidy tvoří hexagonální krystaly s malou změnou barvy a přesné struktuře mezi halogeny. Takže, chlorid (AmCl 3 ) je načervenalý a má strukturu izotypové k uranu (III) chlorid (prostorová skupina P6 3 / m) a teplotu tání 715 ° C. Fluorid je izotypové na LAF 3 (prostorová skupina P6 3 / MMC) a jodidu na BII 3 (prostorová skupina R 3 ). Bromid Výjimkou je s kosočtverečné PuBr 3 -typu konstrukce a prostorové grupy Cmcm. Krystaly americium hexahydrátu (AmCl 3 · 6H 2 O) se mohou připravit rozpuštěním americium uhličitého v kyselině chlorovodíkové a odpařením kapaliny. Tyto krystaly jsou hygroskopické a mají žlutou barvu-načervenalé a monoklinickou krystalovou strukturu.

Oxyhalogenidy americium ve formě Am VI O 2 x 2 , Am V O 2 X, Am IV OX 2 a Am III OX je možno získat reakcí odpovídajícího americium halogenidu s kyslíkem nebo Sb 2 O 3 , a AmOCl mohou být také vyrobeny od parní fáze hydrolýzy :

Chalkogenidy a pnictides

Známé chalkogenidy americium zahrnují sirník AMS 2 , selenidy AMSE 2 a Am 3 selenu 4 , a teluridy Am 2 Te 3 a AmTe 2 . K pnictides americium ( 243 Am) typu AMX jsou známé pro prvků fosforu , arsenu , antimonu a vizmutu . Oni krystalizovat v rock-soli mřížky.

Silicidy a boridy

Americium monosilicide (AMSI) a "dvojkřemičitan" (nominálně AMSI x s: 1,87 <x <2,0) byly získány redukcí americium (III) fluoridu se základním křemíku ve vakuu při 1050 ° C (AMSI) a 1150-1200 ° C ( AMSI x ). AMSI je černé pevné látky izomorfní s Lasi, má kosočtverečné krystalové symetrii. AMSI x má světlé stříbrný lesk a tetragonální krystalovou mřížku (prostor skupina I 4 1 / AMD), je izomorfní s Pusi 2 a ThSi 2 . Boridy americium zahrnují amb 4 a AMB 6 . Tetraboride lze získat zahříváním oxid nebo halogenidu americium s boridu hořčíku ve vakuu nebo v inertní atmosféře.

Organoamericium sloučeniny

Předpokládaná struktura amerocene [(n 8 -C 8 H 8 ) 2 Am]

Analogicky k uranocene , americium tvoří organokovovou sloučeninu amerocene se dvěma cyclooctatetraene ligandy, s chemickým vzorcem (n 8 -C 8 H 8 ) 2 Am. Cyklopentadienylový komplex je také známo, že je pravděpodobné, že bude stechiometricky AmCp 3 .

Tvorba komplexů typu Am (nC 3 H 7 -BTP) 3 , kde BTP znamená 2,6-di (1,2,4-triazin-3-yl) pyridinu, v roztocích obsahujících nC 3 H 7 - BTP a aM 3+ ionty byla potvrzena EXAFS . Některé z těchto komplexů BTP typu selektivně interagují s americium, a proto jsou užitečné při selektivním odloučení od lanthanidů a aktinidů dalších.

biologické aspekty

Americium je umělá prvkem nedávném původu, a tudíž nemá biologickou požadavek . Je to škodlivé pro život . Bylo navrženo používat bakterií pro odstranění americium a dalších těžkých kovů z řek a potoků. Tak, Enterobacteriaceae rodu Citrobacter srážet americium iontů z vodných roztoků, vazba je do komplexu kov-fosfát na svých buněčných stěn. Několik studií byly hlášeny na biosorpce a bioakumulaci americium bakteriemi a houbami.

Štěpení

Izotop 242m Am (poločas rozpadu 141 let) má největší průřezy pro absorpci tepelných neutronů (5700 stodoly ), která má za následek malé kritické množství pro trvalé nukleární řetězovou reakci . Kritická hmotnost pro holé 242 metrů Am sféře je asi 9-14 kg (výsledky nejistoty z nedostatečné znalosti svých materiálových vlastností). To může být snížena na 3-5 kg s kovovým reflektorem a měla by být ještě menší, s vodou reflektoru. Taková malá kritická hmotnost je příznivá pro přenosné jaderné zbraně , ale ty založené na 242m Am nejsou zatím známy, pravděpodobně kvůli jeho nedostatku a vysoké ceně. Kritické masy dalších dvou snadno dostupných izotopů, 241 Am a 243 Am, jsou poměrně vysoké - 57,6 až 75,6 kg na 241 hodin a 209 kg na 243 Am. Nedostatek a vysoké ceny ještě překážkou uplatnění americium jako jaderné palivo v jaderných reaktorech .

Existují návrhy velmi kompaktních reaktorů s vysokým tokem 10 kW s použitím pouze 20 gramů 242m Am. Tyto nízké energetické reaktory by být relativně bezpečná, jako zdroje neutronů pro radiační terapii v nemocnicích.

izotopy

Asi 19 izotopy a 8 nukleární izomery jsou známé pro americium. Existují dva s dlouhým poločasem alfa-zářiče, 241 hodin a 243 Am s poločasy 432,2 a 7,370 let, respektive, a nukleární izomer 242m1 Am má dlouhý poločas rozpadu 141 let. Poločasy jiných izotopů a izomery se pohybují od 0,64 mikrosekund pro 245m1 Am do 50,8 hodin u 240 Am. Stejně jako u většiny ostatních aktinidů jsou izotopy americium s lichým počtem neutronů mají relativně vysokou rychlost jaderného štěpení a nízké kritické množství.

Americium-241 se rozkládá na 237 Np emitující alfa částice 5 různých energií, většinou na 5.486 MeV (85,2%) a 5.443 MeV (12,8%). Protože mnoho výsledných stavů jsou metastabilní, ale také emitují gama záření s energiemi oddělených mezi 26,3 a 158,5 keV.

Americium-242 je krátkodobý izotop s poločasem 16.02 hodin. Je to většinou (82,7%), převede pomocí beta-rozpadu do 242 cm, ale i elektronovým záchytem na 242 Pu (17,3%). Oba 242 Cm a 242 Pu transformovat přes téměř stejné rozpadovém řetězci přes 238 Pu až 234 U.

Téměř všechny (99,541%) z 242m1 Am se rozkládá od vnitřní konverzí do 242 Am a zbývajících 0,459% a-rozpadu až 238 Np. Ten následně rozpadá na 238 Pu a pak na 234 U.

Americium-243 transformace a-emisí do 239 Np, který převádí pomocí beta-rozpadu na 239 Pu a 239 Pu mění do 235 U od emitující a-částice.

Aplikace

Vnější a vnitřní pohled na detektoru kouře americium-based

Ionizace typu detektor kouře

Americium se používá v nejběžnějším typu domácnosti detektoru kouře , který využívá 241 hodin v podobě americium uhličitého jako její zdroj ionizujícího záření . Tento izotop je výhodnější než 226 Ra , protože vyzařuje 5 krát více alfa částic a relativně málo škodlivé záření gama. Collector element Theodore Gray zmiňuje ve své knize The Elements: A vizuální zkoumání všech známých Atom ve vesmíru :

Můžete si myslet, že syntetický radioaktivní prvek, který následuje plutonia (94) -a má podstatně kratší poločas rozpadu, by byly nějaké superbomb materiálu, k dispozici pouze pro vědce v tajných laboratořích. Možná šílený vědec studuje americium v ​​doupěti někde, ale pokud chcete nějaký sami můžete jednoduše jít do jakékoliv části železářství, supermarket nebo Wal-Mart a koupit nějaké, žádné otázky.

Důvodem není to, že americium je podstatně méně nebezpečné než elementy kolem něj. Ve skutečnosti je běžně k dostání izotop, 241 Am, je podstatně více radioaktivní než plutonia pro vojenské účely, a alespoň jako toxické. No, rozdíl je pouze to, že je užitečná aplikace pro americium, která vyžaduje jen velmi malé množství, a pro které byla společnost připravena projít úsilí potřebné k vyřezávat ven a regulační výjimku.

Množství americium v typické nového detektoru kouře je 1  microcurie (37  kBq ) nebo 0,29 mikrogramů . Tato částka klesá pomalu, protože americium rozpadá na neptunium -237, jiný Transurany s mnohem delším poločasem (asi 2,14 milionu let). S poločasem rozpadu 432,2 let americium detektorem kouře obsahuje asi 3% neptunia po 19 letech, a asi 5% po 32 letech. Záření prochází ionizační komory , vzduchem plněné prostoru mezi dvěma elektrodami , a umožňuje malý konstantní proud mezi elektrodami. Jakékoliv kouř, který vstupuje do komory zachycuje částice alfa, což snižuje ionizace a ovlivňuje tento proud, spuštění alarmu. Ve srovnání s alternativním optický detektor kouře je ionizační detektor kouře je levnější a mohou detekovat částice, které jsou příliš malé na to, vytvářejí výrazný rozptyl světla; Nicméně, to je více náchylný k falešným poplachům .

radionuklid

Jako 241 Am má zhruba podobný poločas na 238 Pu (432,2 let vs. 87 let), bylo navrženo jako aktivní prvek radioizotopové termoelektrické generátory , například v kosmické lodi. Ačkoli americium produkuje méně tepla a elektřiny - síla výtěžek je 114,7 mW / g pro 241 A 'a 6,31 mW / g pro 243 Am (srov 390 mW / g pro 238 Pu) - a jeho záření představuje další nebezpečí pro člověka vzhledem k neutronu emise se Evropská kosmická agentura se uvažuje o nasazení americium pro své kosmických sond.

Další navrhované aplikační prostor související se americium je palivo pro kosmické lodě s jaderným pohonem. Opírá se o velmi vysoké rychlosti jaderného štěpení 242m Am, která může být zachována i v řádu mikrometrů tlustou fólií. Malá tloušťka zabraňuje problému self-absorpce emitovaného záření. Tento problém je na místě uranu nebo plutonia tyče, ve které pouze povrchové vrstvy poskytují alfa-částice. Štěpné produkty 242m Am buď přímo pohánět loď nebo mohou ohřívat tlačnou plyn. Mohou také přenášet svou energii tekutiny a výrobě elektřiny prostřednictvím magnetohydrodynamického generátorem .

Ještě jeden návrh, který využívá vysokou míru jaderné štěpení 242m Am je jaderná baterie. Jeho design nespoléhá na energii z emitované americium alfa částice, ale na jejich náboje, to je americium působí jako samovolného „katody“. Jediný 3,2kg 242m Am nabití této baterie může poskytnout asi 140 kW elektrické energie po dobu 80 dnů. Dokonce i se všemi potenciálními přínosy, aktuální aplikace 242m Am jsou dosud brání nedostatek a vysokou cenu tohoto konkrétního nukleární izomer .

neutronový zdroj

Oxid 241 Am lisované s beryllium je efektivní zdroj neutronů . Zde americium fungoval jako zdroj alfa a berylia produkuje neutrony vzhledem k jeho velkému průřezu pro (α, n) jaderné reakce:

Nejrozšířenější použití 241 zdrojů Ambe neutronů je neutron sonda - zařízení sloužící k měření množství vody přítomné v půdě, stejně jako vlhkosti / hustota pro kontrolu kvality v dopravních staveb. 241 Am neutronové zdroje jsou také používány v dobře přihlášení aplikace, stejně jako v neutronu rentgenu , tomografie a dalších radiochemické vyšetřování.

Výroba ostatních prvků

Americium je výchozí materiál pro výrobu jiných transuranových prvků a transactinides - například, 82,7% z 242 Am rozpadá na 242 cm a 17,3% až 242 Pu. V jaderném reaktoru, 242 Am je zkonvertovaný záchytem neutronů do 243 Am a 244 Am, který transformuje pomocí beta-rozpadu do 244 cm:

Ozařování 241 pm od 12 ° C nebo 22 Ne iontů vede izotopy 247 Es ( einsteinium ) nebo 260 dB ( dubnium ), v tomto pořadí. Dále je prvek berkelium ( 243 Bk izotop) byl poprvé záměrně vyrobeny a identifikovány tím, že bombarduje 241 jsem s alfa částic, v roce 1949, od stejné skupiny Berkeley, s použitím stejného 60-cyclotron palce. Podobně, nobelium byl produkován v společného ústavu pro jaderný výzkum , Dubna , Rusko, v roce 1965 v několika reakcí, z nichž jeden zahrnuty ozáření 243 Am s 15 N ionty. Kromě toho jeden ze syntézy reakcí pro lawrencium objevili vědci u Berkeley a Dubna, včetně bombardování 243 jsem s 18 O.

Spektrometr

Americium-241 byl použit jako přenosný zdroj obou záření gama a alfa částic pro řadu lékařských a průmyslových použití. Tyto 59,5409 keV emise gama záření od 241 hodin v těchto zdrojů mohou být použity pro nepřímou analýzu materiálů v radiografii a rentgenovou fluorescenční spektroskopii, jakož i pro kontrolu kvality v pevných měřidla nukleární hustota a jaderných densometers . Například byl použit prvek odhadnout skla tloušťky pomoci vytvořit ploché sklo. Americium-241 je také vhodný pro kalibraci gama spektrometrů v rozsahu nízkých energií, protože jeho spektrum se skládá z téměř jediný vrchol a zanedbatelné Compton kontinua (alespoň o tři řády nižší intenzitou). Americium-241 gama paprsky byly také použity pro pasivní diagnostiku funkce štítné žlázy. Toto lékařské aplikace je však zastaralá.

Obavy o zdraví

Jako vysoce radioaktivní prvek, americium a jeho sloučeniny se musí manipulovat pouze v odpovídajícím laboratoři za zvláštních podmínek. Ačkoli většina americium izotopy převážně emitují alfa částice, které mohou být blokovány tenkých vrstev běžných materiálů, mnoho z dceřinných produktů emitují gama záření a neutrony, které mají dlouhou hloubka proniknutí.

Pokud se spotřebuje většina americium se vyloučí během několika dní, pouze 0,05% absorbovaného do krve, z nichž přibližně 45% vede do jater a 45% až kostí, a zbývajících 10% je vyloučeno. Příjem do jater je individuální a zvyšuje s věkem. V kostech, americium je nejprve nanesena kortikální a trabekulární plochy a pomalu přerozděluje přes kosti v čase. Biologický poločas 241 Am je 50 let v kostech a 20 let v játrech, zatímco v pohlavních žlázách (varlata a vaječníky), zůstává trvale; ve všech těchto orgánech, americium podporuje tvorbu rakovinných buněk v důsledku své radioaktivity.

Americium často vstupuje skládky odpadů z vyřazených detektory kouře . Pravidla související s likvidací detektory kouře jsou uvolněné ve většině jurisdikcích. V roce 1994, 17-letý David Hahn extrahovali americium od asi 100 detektorů kouře ve snaze vybudovat chovatel jaderný reaktor. Tam bylo několik případů vystavení americium, nejhorší případ je, že z chemického provozu technik Harold McCluskey , který ve věku 64 let byl vystaven na 500 násobku pracovního standardu pro americium-241 v důsledku výbuchu v jeho laboratoři , McCluskey zemřel ve věku 75 let z nepříbuzného pre-existující onemocnění.

viz též

Poznámky

Reference

Bibliografie

Další čtení

externí odkazy