amerício - Americium


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Amerício,   95 Am
microscope.jpg amerício
Propriedades gerais
Pronúncia / ˌ Æ m ɪ r ɪ s i ə m / ( AM -ə- RISS -ee-əm )
Aparência branco prateado
Número de massa 243 (isótopo mais estável)
Amerício na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Eu

Am

(uqe)
plutônioameríciocurium
Número atómico ( Z ) 95
Grupo grupo n / a
Período período de 7
Quadra f-bloco
categoria de elemento   actinide
configuração eletrônica [ Rn ] 5f 7 7s dois
Elétrons por shell
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1449  K (1176 ° C, 2149 ° F)
Ponto de ebulição 2880 K (2607 ° C, 4725 ° F) (calculado)
Densidade (perto  rt ) 12 g / cm 3
Calor de fusão 14,39  kJ / mol
capacidade térmica molar 62,7 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em  T  (K) 1239 1356
Propriedades atômicas
estados de oxidação 2, 3 , 4, 5, 6, 7 (um  anfotérico óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 1,3
energias de ionização
  • 1: 578 kJ / mol
Raio atômico empírica: 173  pm
raio covalente 180 ± 06:00
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de amerício
outras propriedades
Estrutura de cristal duplo hexagonal compacta-fim (DHCP)
perto embalado estrutura cristalina hexagonal duplo de amerício
Condutividade térmica 10 W / (mK)
Resistividade elétrica 0,69 μΩ · m
ordenamento magnético paramagnético
susceptibilidade magnética + 1000,0 · 10 -6  cm 3 / mol
Número CAS 7440-35-9
História
Naming após as Américas
Descoberta Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Leon O. Morgan , Albert Ghiorso (1944)
Principais isótopos de americium
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
241 Am syn 432,2 y SF -
α 237 Np
242 m1 Am syn 141 y ISTO 242 Am
α 238 Np
SF -
243 Am syn 7370 y SF -
α 239 Np
| referências

Amerício é um sintética elemento químico com símbolo Am e número atómico 95. Ele é radioactivo e um transurânico membro do actinídeos série, na tabela periódica localizado sob o lantanídeo elemento európio , e assim por analogia foi nomeado após as Américas .

Amerício foi produzido pela primeira vez em 1944 pelo grupo de Glenn T. Seaborg de Berkeley, Califórnia , no Laboratório metalúrgica da Universidade de Chicago , uma parte do projecto Manhattan . Embora seja o terceiro elemento da série transurânico , descobriu-se a quarta, após o mais pesado cúrio . A descoberta foi mantida em segredo e só lançado ao público em novembro de 1945. A maioria amerício é produzido pelo urânio ou plutônio sendo bombardeado com nêutrons em reatores nucleares - uma tonelada de gasto de combustível nuclear contém cerca de 100 gramas de amerício. É amplamente utilizado em comerciais câmara de ionização detectores de fumaça , bem como em fontes de neutrões e medidores industriais. Várias aplicações incomuns, tais como baterias nucleares ou combustível para naves espaciais com propulsão nuclear, têm sido propostos para o isótopo 242m Am, mas eles são ainda dificultada pela escassez e preço elevado deste isômero nuclear .

Amerício é relativamente macio radioactivos de metal com aspecto prateado. Seus isótopos comuns são 241 Am e 243 Am. Em compostos químicos, amerício geralmente assume o estado de oxidação três, especialmente em soluções. Vários outros estados de oxidação são conhecidos, que variam 2-7 e podem ser identificados pela sua característica de absorção óptica espectros. A estrutura de cristal do amerício sólido e seus compostos contêm pequenos defeitos intrínsecos radiogênicos, devido a metamitização induzida por auto-irradiação com partículas alfa, que se acumula com o tempo; isso pode causar um desvio de algumas propriedades dos materiais ao longo do tempo, mais perceptível em amostras mais antigas.

História

O cíclotron de 60 polegadas no Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley , em agosto de 1939.
O triângulo no tubo de vidro contém a primeira amostra de amerício (como o hidróxido de (Am (OH) 3 )), produzido em 1944.

Embora amerício foi provavelmente produzido em experimentos nucleares anteriores, foi primeiro intencionalmente sintetizadas , isoladas e identificadas no final do outono de 1944, na Universidade da Califórnia, Berkeley , por Glenn T. Seaborg , Leon O. Morgan, Ralph A. James e Albert Ghiorso . Eles usaram uma de 60 polegadas ciclotron na Universidade da Califórnia, Berkeley. O elemento foi identificado quimicamente no Laboratório Metalúrgico (agora Argonne National Laboratory ) da Universidade de Chicago . Seguindo o isqueiro neptúnio , plutónio , e mais pesado cúrio , amerício era o quarto elemento transurânico a ser descoberto. No momento, a tabela periódica tinha sido restaurado por Seaborg a sua actual modelo, contendo a linha actinídeos abaixo do lantaneo um. Isso levou a amerício estar localizado logo abaixo do seu gémeo elemento lantanídeos európio; foi assim, por analogia, nomeado após as Américas : "O amerício nome (após as Américas) eo símbolo Am são sugeridas para o elemento com base em sua posição como o sexto membro da série de terras raras actinide, análogo ao európio, Eu, da série dos lantanídeos."

O novo elemento foi isolado a partir dos seus óxidos em um processo complexo e multi-passo. Primeiro plutónio -239 nitrato ( 239 puno 3 ) solução foi revestida sobre uma platina de folha de aproximadamente 0,5 cm 2 a área, a solução foi evaporada e o resíduo foi convertido em dióxido de plutónio (puo 2 ) por recozimento. Após a irradiação de ciclotrão, o revestimento foi dissolvido com ácido nítrico , e, em seguida, precipitado como o hidróxido aquoso concentrado usando uma solução de amoníaco . O resíduo foi dissolvido em ácido perclórico . Além disso a separação foi realizado por permuta iónica , obtendo-se um certo isótopo de cúrio. A separação do cúrio e amerício era tão meticuloso que esses elementos foram inicialmente chamado pelo grupo de Berkeley como pandemônio (do grego para todos os demônios ou inferno ) e delírios (do latim para a loucura ).

As experiências iniciais produziu quatro isótopos amerício: 241 Am, 242 Am, 239 am e 238 Am. Amerício-241 foi obtida directamente a partir de plutónio mediante a absorção de dois neutrões. Ele decai por emissão de um α-partícula de 237 Np; a meia-vida deste decaimento foi determinada pela primeira vez como 510 ± 20 anos, mas, em seguida, corrigido para 432.2 anos.

Os tempos são meias-vidas

O segundo isótopo 242 Am foi produzido após bombardeamento de neutrões da já criada 241 Am. Após a rápida β-cárie , 242 Am converte para o isótopo de cúrio 242 cm (que tinha sido descoberto anteriormente). A meia-vida desta decadência foi inicialmente determinada em 17 horas, que foi próximo do valor atualmente aceito de 16.02 h.

A descoberta de amerício e cúrio em 1944 foi intimamente relacionado com o Projecto Manhattan ; os resultados foram confidenciais e desclassificado apenas em 1945. Seaborg vazou a síntese dos elementos 95 e 96 no programa de rádio dos Estados Unidos para crianças Quiz de crianças de cinco dias antes da apresentação oficial em um American Chemical Society reunião em 11 de novembro de 1945, quando um dos ouvintes perguntou se algum novo elemento transurânico ao lado do plutónio e neptúnio tinha sido descoberto durante a guerra. Após a descoberta de amerício isótopos 241 Am e 242 Am, a sua produção e os compostos foram patenteados listando apenas Seaborg como o inventor. As amostras de amerício iniciais pesava alguns microgramas; eles eram pouco visíveis e foram identificados pelo seu radioatividade. As primeiras quantidades substanciais de amerício metálico pesando 40-200 microgramas não foram preparados até 1951 por redução de amerício (III) de fluoreto de bário de metal em alto vácuo a 1100 ° C.

Ocorrência

Amerício foi detectada na precipitação da Ivy Mike teste nuclear.

Os isótopos de vida mais longa e mais comuns de amerício, 241 Am e 243 Am, tem meia-vida de 432.2 e 7.370 anos, respectivamente. Portanto, qualquer primordial amerício (amerício que estava presente na Terra durante sua formação) deve ter se deteriorado por agora.

Amerício existente é concentrada nas áreas usadas para os atmosféricos ensaios de armas nucleares realizados entre 1945 e 1980, bem como aos locais de acidentes nucleares, tais como o Chernobil . Por exemplo, a análise dos detritos no local de teste do primeiro US bomba de hidrogénio , Ivy Mike , (1 Novembro de 1952, enewetak ), revelaram concentrações elevadas de vários actinídeos incluindo amerício; mas devido ao segredo militar, esse resultado não foi publicado até mais tarde, em 1956. trinitita , o resíduo vítreo deixada no chão do deserto perto de Alamogordo , Novo México , após o plutônio baseados Trinity teste de bomba nuclear em 16 de Julho de 1945, contém traços de amerício-241. Os níveis elevados de amerício também foram detectados no local do acidente de um dos EUA B-52 Boeing bombardeiro, que realizada quatro bombas de hidrogénio, em 1968, em Gronelândia .

Em outras regiões, a radioactividade média de superfície do solo, devido ao amerício residual é de apenas cerca de 0,01  picocuries / g (0,37  mBq / g). Compostos amerício atmosféricas são pouco solúveis em solventes comuns e principalmente aderem às partículas do solo. A análise do solo revelou cerca de 1900 vezes mais elevada concentração de amerício dentro partículas do solo de areia do que na água presente nos poros do solo; uma proporção ainda maior foi medida em marga solos.

Amerício é produzido principalmente artificialmente em pequenas quantidades, para fins de pesquisa. Uma tonelada de combustível nuclear usado contém cerca de 100 gramas de vários isótopos amerício, principalmente 241 Am e 243 Am. A sua radioactividade prolongada é indesejável para a eliminação, e por conseguinte, amerício, em conjunto com outros actinídeos de longa duração, devem ser neutralizados. O procedimento associado pode envolver vários passos, onde primeiro se amerício separados e, em seguida, convertidos por bombardeamento de neutrões em reactores especiais para nuclídeos de vida curta. Este procedimento é conhecido como transmutação , mas ainda está sendo desenvolvido para amerício. Os elementos transurânicos de amerício para fermium ocorreu naturalmente no reactor de fissão nuclear naturais em Oklo , mas não fazê-lo.

Síntese e extracção

nucleosyntheses isótopos

Cromatográficas eluição curvas revelando a semelhança entre os lantanídeos Tb, Gd, e UE e os actinídeos correspondentes Bk, CM, e Am.

Amerício foi produzido em pequenas quantidades em reactores nucleares há décadas, e a sua kg de 241 Am e 243 isótopos Am foram acumuladas por agora. No entanto, desde que foi oferecida pela primeira vez à venda em 1962, o seu preço, cerca de 1.500 USD por grama de 241 Am, permanece praticamente inalterado devido ao processo de separação muito complexo. Quanto mais pesado isótopo 243 Am é produzida em quantidades muito mais pequenas; é, assim, mais difícil de separar, o que resulta num custo mais elevado da ordem 100,000-160,000 USD / g.

Amerício não é sintetizado directamente a partir de urânio - o material do reactor mais comum - mas a partir do isótopo plutónio 239 Pu. O último tem de ser produzido em primeiro lugar, de acordo com o processo nuclear seguinte:

A captura de dois neutrões por 239 Pu (uma assim-chamada (n, γ) reacção), seguido por um decaimento-β, resulta em 241 Am:

O plutónio presente no combustível nuclear gasto contém cerca de 12% de 241 Pu. Porque espontaneamente converte a 241 Am, 241 Pu pode ser extraída e pode ser usado para gerar mais 241 Am. No entanto, este processo é bastante lento: metade do valor original de 241 Pu decai para 241 Am após cerca de 15 anos, e a 241 quantidade Am atinge um máximo aos 70 anos.

A obtido 241 AM pode ser usado para gerar mais pesados isótopos amerício por mais de captura de neutrões no interior de um reactor nuclear. Em um reactor de água leve (LWR), 79% de 241 Am converte a 242 Am e 10% para o seu isómero nuclear 242m Am:

Amerício-242 tem uma meia-vida de apenas 16 horas, o que torna seu posterior up-conversion de 243 Am, extremamente ineficiente. O último isótopo é produzida em vez de um processo em que 239 Pu captura quatro neutrões sob elevado fluxo de neutrões :

geração de metal

A maioria das rotinas de síntese de produzir uma mistura de diferentes isótopos de actinídeos, em formas de óxido, a partir dos quais os isótopos de amerício podem ser separados. Num procedimento típico, o reactor de combustível gasto (por exemplo, combustível MOX ) é dissolvido em ácido nítrico , e a grandes quantidades de urânio e plutónio é removido usando um PUREX extracção do tipo ( P lutonium- UR anium EX tração) com fosfato de tributilo em um hidrocarboneto . Os lantanídeos e actinídeos remanescentes são em seguida separados a partir do resíduo aquoso ( refinado ) por uma diamida de extracção com base, para dar, após a remoção, uma mistura de actinídeos trivalentes e lantanídeos. Compostos amerício são, em seguida, extraiu-se selectivamente utilizando várias etapas cromatográficas e técnicas de centrifugação com um reagente apropriado. Uma grande quantidade de trabalho tem sido feito na extracção por solvente do amerício. Por exemplo, um 2003 EU projeto -funded codinome "EUROPART" estudou triazinas e outros compostos como agentes de extração potenciais. Um bis bipiridina -triazinyl complexo foi proposto em 2009 como um tal reagente é altamente selectiva para o amerício (e cúrio). Separação de amerício do cúrio altamente semelhante pode ser conseguida por tratamento de uma suspensão de seus hidróxidos em solução aquosa de bicarbonato de sódio , com ozono , a temperaturas elevadas. Ambos Am e Cm são principalmente presente nas soluções no estado de valência 3; Considerando cúrio permanece inalterada, amerício oxida para complexos solúveis Am (IV) que podem ser lavados.

Amerício metálico é obtido por redução a partir dos seus compostos. Amerício (III) de fluoreto foi usado pela primeira vez para este propósito. A reacção foi conduzida usando elementar de bário como agente redutor em um ambiente de água e livre de oxigénio no interior de um aparelho feito de tântalo e tungsténio .

Uma alternativa é a redução de dióxido de amerício por metálico lantânio ou tório :

Propriedades físicas

a embalagem com o ABAC sequcia de camadas na estrutura de cristal de α-amerício (: verde, B: azul, C: vermelho A) duas vezes hexagonal perto.

Na tabela periódica , amerício está localizado à direita do plutônio, à esquerda do cúrio, e abaixo da lantanídeos európio , com o qual compartilha muitas semelhanças nas propriedades físicas e químicas. Amerício é um elemento altamente radioactivo. Quando preparado de fresco, que tem um brilho metálico-prateado branco, mas, em seguida, mancha lentamente no ar. Com uma densidade de 12 g / cm 3 , amerício é menos denso do que ambos cúrio (13,52 g / cm 3 ) e o plutónio (19,8 g / cm 3 ); mas tem uma densidade mais elevada do que európio (5,264 g / cm 3 ) -principalmente por causa da sua maior massa atómica. Amerício é relativamente macio e facilmente deformável e tem uma significativamente menor módulo de volume do que os actinídeos antes de ele: Th, Pa, U e Pu Np. O seu ponto de fusão 1173 ° C é significativamente maior do que a de plutónio (639 ° C) e európio (826 ° C), mas menor do que para cúrio (1340 ° C).

Em condições ambientes, amerício se encontra presente na sua forma α mais estável que tem uma simetria de cristal hexagonal , e um grupo espacial P6 3 / MMC com parâmetros de rede um  = 346,8  pm e c  = 1.124 pm, e quatro átomos por célula unitária . O cristal é constituído por uma dupla hexagonal embalagem com o ABAC sequência de camada e assim é isotípico com α-lantânio e vários actinídeos tais como α-cúrio. A estrutura de cristal de amerício muda com pressão e temperatura. Quando comprimido à temperatura ambiente a 5 GPa, α-Am transforma para a modificação β, o qual tem uma face centrada cúbico ( FCC simetria), grupo espacial Fm 3 m e constante de rede um  = 489 pm. Este FCC estrutura é equivalente ao armazenamento de maior proximidade com a sequência de ABC. Após a compressão adicional a 23 GPa, amerício transforma a um ortorrômbica estrutura γ-Am semelhante ao do α-urânio. Não existem outras transições observadas até 52 GPa, excepto para uma aparência de uma fase monoclica a pressões entre 10 e 15 GPa. Não há nenhuma consistência no estado desta fase na literatura, que algumas vezes também lista as fases de a, p e y como I, II e III. A transição β-γ é acompanhada por uma diminuição de 6% no volume de cristal; embora a teoria prevê também uma alteração de volume significativo para a transição α-β, não é observada experimentalmente. A pressão da transição α-β diminui com o aumento da temperatura, e quando a-amerício é aquecido à pressão ambiente, a 770 ° C que se transforma em um FCC fase que é diferente do β-Am, e a 1075 ° C, converte-se a um cúbica de corpo centrado estrutura. O diagrama de fases de pressão-temperatura de amerício é, portanto, bastante semelhantes às de lantânio, praseodímio e neodímio .

Tal como acontece com muitos outros actinídeos, auto-danos da estrutura do cristal devida à irradiação com partículas alfa é intrínseca ao amerício. É especialmente notável a baixas temperaturas, em que a mobilidade das produzidos defeitos de rede é relativamente baixa, através de um alargamento de difracção de raios-X picos. Este efeito torna um tanto incerta a temperatura de amerício e algumas das suas propriedades, tais como eléctricos resistividade . Assim, para amerício-241, a resistividade a 4,2 K aumenta com o tempo a partir de cerca de 2 μOhm · cm a 10 μOhm · cm, após 40 horas, e ácidos gordos saturados em cerca de 16 μOhm · cm após 140 horas. Este efeito é menos pronunciado à temperatura ambiente, devido a aniquilação de defeitos de radiação; também aquecer até à temperatura ambiente a amostra que foi mantida durante horas a baixas temperaturas restaura a sua resistividade. Em amostras frescas, a resistividade aumenta gradualmente com a temperatura a partir de cerca de 2 μOhm · cm em hélio líquido a 69 μOhm · cm, à temperatura ambiente; este comportamento é semelhante ao de neptúnio, urânio e tório e protactínio , mas é diferente de plutónio e cúrio que mostram uma subida rápida até 60 K, seguido por saturação. O valor da temperatura ambiente durante amerício é menor do que a de neptúnio, plutónio e cúrio, mas mais elevado do que para o urânio e tório e protactínio.

Amerício é paramagnético em uma ampla gama de temperaturas, desde que de hélio líquido , até à temperatura ambiente e acima. Este comportamento é marcadamente diferente do da sua cúrio vizinho que apresenta transição antiferromagnetic a 52 K. A expansão térmica coeficiente de amerício é ligeiramente anisotrópica e eleva-se a (7,5 ± 0,2) x 10 -6  / ° C ao longo do mais curto um eixo e ( 6,2 ± 0,4) x 10 -6  / ° C para a maior c eixo hexagonal. A entalpia de dissolução de amerício do metal em ácido clorídrico , em condições normalizadas é -620,6 ± 1,3 kJ / mol , a partir do qual a variação de entalpia de formação padrãof H °) de solução aquosa Am 3+ ião é -621,2 ± 2,0 kJ / mol . O potencial padrão Am 3+ / Am 0 é -2,08 ± 0,01 V .

Propriedades quimicas

Íons amerício em solução: Am 3+ (esquerda) e Am 4+ (direita). Am 3+ é incolor em baixo e avermelhado em concentrações mais elevadas.

Amerício facilmente reage com o oxigénio e dissolve-se bem em ácidos . O mais comum estado de oxidação para amerício é 3, em que os compostos amerício são bastante estáveis contra a oxidação e redução. Neste sentido, amerício é quimicamente semelhante à maioria dos lantanídeos. As formas trivalente amerício insolúvel fluoreto , oxalato , iodato , hidróxido , fosfato e outros sais. Outros estados de oxidação ter sido observada entre 2 e 7, que é o mais amplo intervalo entre os elementos actinídeos. A sua cor varia em soluções aquosas como se segue: Am 3+ (incolor a amarelo-avermelhado), Am 4+ (amarelo-avermelhadas), Am V O +
2
; (amarelo), Am VI O 2+
2
(castanho) e Am VII O 5-
6
(verde-escuro). Todos os estados de oxidação têm a sua característica espectros de absorção óptica, com alguns picos agudos nas regiões do visível e infravermelho médio, e a posição e a intensidade destes picos pode ser convertido nas concentrações dos correspondentes estados de oxidação. Por exemplo, Am (III) tem dois picos agudos a 504 e 811 nm, Am (V) a 514 e 715 nm, e Am (VI) a 666 e 992 nm.

Compostos amerício com estado de oxidação +4 e superior são agentes oxidantes fortes, comparáveis em força para o permanganato de iões ( MnO -
4
) em soluções ácidas. Considerando que as Am 4+ iões são instáveis em soluções e facilmente converter a Am 3+ , o estado de oxidação +4 ocorre bem em sólidos, tais como dióxido de amerício (AMO 2 ) e amerício (IV) de fluoreto de AMF ( 4 ).

Todos os pentavalentes e hexavalentes compostos amerício são sais complexos tais como Kamo 2 F 2 , Li 3 AmO 4 e Li 6 AmO 6 , Ba 3 AmO 6 , AMO 2 F 2 . Estes estados de oxidação elevado Am (IV), Am (V) e Am (VI) pode ser preparado a partir de Am (III) por oxidação com persulfato de amónio em ácido nítrico diluído, com prata (I) óxido em ácido perclórico , ou com ozono ou persulfato de sódio em carbonato de sódio soluções. O estado de oxidação pentavalente de amerício foi observada pela primeira vez em 1951. Ela está presente na solução aquosa sob a forma de AmO +
2
iões (ácida) ou AmO -
3
iões (alcalina) que são, no entanto instável e sujeita a diversas rápidas desproporcionação reacções:

Compostos químicos

compostos oxigenados

Três óxidos amerício são conhecidos, com os estados de oxidação +2 (AMO), +3 (AM 2 O 3 ) e 4 (AMO 2 ). Óxido de amerício (II) foi preparado em quantidades diminutas e não foi caracterizada em detalhe. Óxido de amerício (III) é um sólido vermelho-castanho com um ponto de fusão de 2205 ° C. Amerício (IV) é a principal forma de amerício sólido que é utilizado em quase todas as suas aplicações. Como a maioria dos outros dióxidos de actinídeos, que é um sólido branco com um (cúbico fluorite ) estrutura do cristal.

O oxalato de amerício (III), seco sob vácuo, à temperatura ambiente, tem a fórmula química Am 2 (C 2 O 4 ) 3 ? 7H 2 O. Por aquecimento em vácuo, ela perde água a 240 ° C e começa a decompor em AmO dois a 300 ° C, a decomposição completa a cerca de 470 ° C. O oxalato inicial dissolve-se em ácido nítrico com a solubilidade máxima de 0,25 g / L.

halogenetos

Halogenetos de amerício são conhecidos para os estados de oxidação de +2, +3 e +4, em que a 3 é mais estável, especialmente em soluções.

Estado de oxidação F Cl Br Eu
+4 Amerício (IV) de fluoreto de
AMF 4
rosa pálido
+3 Amerício (III) de fluoreto de
AMF 3
rosa
Amerício (III) cloreto de
AMCL 3
rosa
Amerício (III) de brometo de
AmBr 3
amarelo claro
Amerício (III) de iodeto de
inteligência ambiente 3
luz amarela
+2 Amerício (II), cloreto
AMCL 2
preto
Amerício (II) de brometo de
AmBr 2
preto
Amerício (II) de iodeto de
inteligência ambiente 2
preto

Redução de Am (III) com compostos de sódio amálgama produz Am sais (II) - os halogenetos de preto AMCL 2 , AmBr 2 e ami 2 . Eles são muito sensíveis ao oxigénio e oxidar em água, libertando hidrogénio e conversão de volta para o estado de Am (III). Constantes de rede específicos são:

  • Ortorrômbica AMCL 2 : um = 896,3 ± 12:08 , b = 757,3 ± 12:08 e c = 453,2 ± 12:06
  • Tetragonal AmBr 2 : um = 1 159 0,2 ± 12:04 e c = 712,1 ± 12:03 . Eles também podem ser preparados por reacção de amerício metálico com um halogeneto de mercúrio apropriado HGX 2 , onde X = Cl, Br ou I:

Amerício (III) fluoreto (AMF 3 ) é pouco solúvel e precipita-se mediante reacção de Am 3+ e os iões de fluoreto nas soluções ácidas fracas:

O fluoreto de amerício tetravalente (IV) (AMF 4 ) é obtido por reacção de amerício sólido (III) com fluoreto molecular flúor :

Uma outra forma conhecida de cloreto de tetravalente amerício sólido é KAmF 5 . Amerício tetravalente também foi observada na fase aquosa. Para esta finalidade, preto Am (OH) 4 Dissolveu-se em 15 M NH 4 F, com a concentração de amerício de 0,01 M. A solução avermelhada resultante tinha um espectro de absorção óptica característica que é semelhante ao do AMF 4 mas diferia da outra oxidação estados de amerício. O aquecimento da solução Am (IV) a 90 ° C não resultou na sua desproporcionação ou redução, no entanto, uma redução lenta foi observada em Am (III) e atribuído a auto-irradiação de amerício por partículas alfa.

Mais amerício (iii) halogenetos de formar cristais hexagonais com uma ligeira variação da cor e estrutura exacta entre os halogeos. Então, cloreto de (AMCL 3 ) é avermelhada e tem uma estrutura isotípico de urânio (III) cloreto de (grupo espacial P6 3 / m) e o ponto de fusão 715 ° C. O fluoreto é isotípico de LaF 3 (grupo espacial P6 3 / MMC) e o iodeto de BII 3 (espaço grupo R 3 ). O brometo é uma excepção com a pUBR ortorrômbica 3 -type estrutura e espaço grupo CMCM. Os cristais do hexa-hidratado (amerício AMCL 3 .6H 2 O) pode ser preparado por dissolução de dióxido de amerício em ácido clorídrico e evaporação do líquido. Esses cristais são higroscópicos e têm cor amarela-avermelhada e um monoclínica estrutura cristalina.

Oxi-halogenetos de amerício, sob a forma Am VI O 2 X 2 , Am V S 2 X, Am IV OX 2 e Am III OX pode ser obtido fazendo reagir o halogeneto de amerício correspondente com oxigénio ou Sb 2 O 3 , e AmOCl também pode ser produzido fase de vapor por hidrólise :

Chalcogenides e pnictides

Os conhecidos calcogenetos de amerício incluem as sulfureto AmS 2 , selenetos AMSE 2 e Am 3 de Se 4 , e teluretos Am 2 Te 3 e AMTE 2 . Os pnictides de amerício ( 243 Am) do tipo AMX são conhecidos para a elementos fósforo , arsénio , antimónio e bismuto . Eles cristalizar no sal-gema treliça.

Silicietos e boretos

Amerício monosiliceto (AMSI) e "disilicieto" (nominalmente AMSI x com: 1.87 <x <2,0) foram obtidos por redução de amerício (III) com flúor elementar silício em vácuo a 1050 ° C (AMSI) e 1150-1200 ° C ( AMSI x ). AMSI é um sólido preto isomorfo com LASI, que tem uma simetria de cristal ortorrbico. AMSI x tem um brilho prateado brilhante e uma estrutura de cristal tetragonal (grupo espacial I 4 1 / AMD), que é isomorfo com PUSI 2 e Thsi 2 . Boretos de amerício incluem AmB 4 e AmB 6 . O tetraboride pode ser obtido por aquecimento de um ido ou haleto de amerício com diboreto de magnésio em vácuo ou atmosfera inerte.

compostos Organoamericium

Estrutura prevista de amerocene [(η 8 -C 8 H 8 ) 2 AM]

Análogo ao uranocene , amerício forma o amerocene composto organometálico com dois cyclooctatétraène ligandos, com a fórmula química (η 8 -C 8 H 8 ) 2 Alt. Um complexo de ciclopentadienilo é também conhecido que é provável que seja estequiometricamente AMCP 3 .

Formação de complexos do tipo Am (NC 3 H 7 -BTP) 3 , onde BTP meios piridina 2,6-di (1,2,4-triazin-3-ilo), em soluções que contenham nC 3 H 7 - BTP e estou 3+ íons foi confirmado por EXAFS . Alguns desses complexos do tipo BTP interagir selectivamente com amerício e, por conseguinte, são úteis na sua separação selectiva de lantanídeos e actinídeos outro.

aspectos biológicos

Amerício é um elemento artificial de origem recente e, portanto, não tem uma exigência biológica . É prejudicial para a vida . Foi proposto usar bactérias para a remoção de amerício e outros metais pesados de rios e córregos. Assim, Enterobacteriaceae do género Citrobacter precipitar iões amerício a partir de soluções aquosas, ligando-os em um complexo de metal-fosfato nas suas paredes celulares. Vários estudos têm sido relatados na biossoro e a bioacumulação de amerício por bactérias e fungos.

Fissão

O isótopo 242m Am (semi-vida de 141 anos) tem as secções transversais maiores para a absorção de neutrões térmicos (5.700 celeiros ), que resulta em uma pequena massa crítica para uma sustentada reacção em cadeia nuclear . A massa crítica para uma nua 242m esfera Am é de cerca de 9-14 kg (os resultados de incerteza de conhecimentos insuficiente das suas propriedades dos materiais). Ele pode ser reduzido para 3-5 kg com um reflector de metal e deve tornar-se ainda mais pequenos com um reflector de água. Essa massa crítica pequena é favorável para portáteis armas nucleares , mas aqueles baseados em 242m Am ainda não são conhecidos, provavelmente por causa de sua escassez e preço elevado. As massas críticas de dois outros isótopos facilmente disponíveis, 241 Am e 243 Am, são relativamente elevadas - 57,6 a 75,6 kg por 241 Am e 209 kg para 243 Am. Escassez e preço elevado ainda dificultar a aplicação de amerício como combustível nuclear em reatores nucleares .

Existem propostas de 10 kW-reactores de alto fluxo muito compactos usando tão pouco como 20 gramas de 242m Am. Tais reactores de baixa potência seria relativamente seguro para utilizar como fontes de neutrões para a terapia de radiação em hospitais.

isótopos

Cerca de 19 isótopos e 8 isómeros nucleares são conhecidos por amerício. Existem dois de longa duração emissores alfa, 241 AM e 243 Am com meia-vida de 432.2 e 7.370 anos, respectivamente, e o isômero nuclear 242m1 Am tem uma meia-vida longa de 141 anos. As meias-vidas de outros isótopos e isómeros variam de 0,64 microssegundos para 245m1 Am para 50,8 horas para 240 Am. Tal como acontece com a maioria dos outros actinídeos, os isótopos de amerício com número ímpar de neutrões têm relativamente alta taxa de fissão nuclear e baixa massa crítica.

Amerício-241 decai para 237 Np partículas emissores alfa de 5 energias diferentes, principalmente em 5.486 MeV (85,2%) e 5.443 MeV (12,8%). Porque muitos dos estados resultantes são metaestável, eles também emitem raios gama com as energias discretas entre 26,3 e 158,5 keV.

Amerício-242 é um isótopo de curta duração com uma meia-vida de 16.02 h. Na maior parte (82,7%) converte por β-decaimento a 242 cm, mas também por captura de electrões a 242 Pu (17,3%). Ambos 242 Cm e 242 Pu transformar através de quase o mesmo por meio de cadeia de decaimento 238 Pu até 234 U.

Quase todos (99,541%) de 242m1 Am decai por conversão interna de 242 Am e o restante 0,459% por α-decaimento para 238 Np. O último subsequentemente decai para 238 Pu e, em seguida, a 234 U.

Amerício-243 transformadas por α-emissão em 239 Np, que converte por β-decaimento para 239 Pu, e a 239 Pu muda em 235 L por um emissor de α-partícula.

aplicações

Do lado de fora e dentro da vista de um detector de fumo baseado em amerício

detector de fumaça do tipo de ionização

Amerício é utilizada no tipo mais comum de agregado detector de fumos , que utiliza 241 Am, sob a forma de dióxido de amerício como a sua fonte de radiação ionizante . Este isótopo é preferível a 226 Ra porque emite 5 vezes mais partículas alfa e radiação gama prejudicial relativamente pouco. Coletor elemento Theodore Gray menciona em seu livro Os Elementos: Uma Exploração Visual de cada átomo Conhecido no universo :

Você pode pensar que um elemento radioativo sintético que segue plutônio (94) -e tem um significativamente menor meia-vida-seria algum tipo de material superbomb, disponível apenas para cientistas em laboratórios secretos. Talvez um cientista louco está estudando amerício em um esconderijo em algum lugar, mas se você quer um pouco de si mesmo, você pode simplesmente andar em qualquer bairro loja de ferragens, supermercado, ou Wal-Mart e comprar alguns, sem perguntas.

A razão não é que amerício é fundamentalmente menos perigoso do que os elementos em torno dele. Na verdade, o isótopo comumente disponível, 241 Am, é significativamente mais radioactivos do que plutónio de qualidade, e, pelo menos, tão tóxico. Não, a diferença é simplesmente que há uma aplicação útil para amerício que requer apenas uma quantidade muito pequena, e para o qual a empresa estava preparada para passar o esforço necessário para esculpir e obter uma exceção regulamentar.

A quantidade de amerício em um detector de fumo típico é um novo  microcurie (37  kBq ) ou 0,29 microgramas . Este valor diminui lentamente como o amerício decai em neptunium -237, um elemento transuranic diferente com uma meia-vida muito mais longa (cerca de 2,14 milhões de anos). Com a sua meia-vida de 432.2 anos, o americium em um detector de fumaça inclui cerca de 3% neptunium depois de 19 anos, e cerca de 5% após 32 anos. A radiação passa através de uma câmara de ionização , um espaço cheio de ar entre dois eléctrodos , e permite um pequeno, constante de corrente entre os eléctrodos. Tanto o fumo que entra na câmara absorve as partículas alfa, o que reduz a ionização e afecta esta corrente, disparar o alarme. Em comparação com o detector óptico de fumo alternativa, o detector de fumo de ionização é mais barata e pode detectar partículas que são demasiado pequenas para produzir a dispersão de luz significativa; no entanto, é mais propenso a falsos alarmes .

radionuclídeo

Como 241 Am tem uma meia-vida mais ou menos semelhante a 238 Pu (432.2 anos versus 87 anos), que tem sido proposto como um elemento activo dos geradores termoeléctricos radioisótopos , por exemplo, em naves espaciais. Embora amerício produz menos calor e electricidade - o rendimento de energia é de 114,7 mW / g para 241 Am e 6,31 mW / g para 243 Am (cf. 390 mW / g para 238 Pu) - e a sua radiação coloca mais uma ameaça para os humanos, devido à neutrões emissão, a Agência Espacial Europeia está considerando usando amerício por suas sondas espaciais.

Outra aplicação relacionada com o espaço proposto de amerício é um combustível para naves espaciais com propulsão nuclear. Baseia-se na taxa muito elevada de fissão nuclear de 242m Am, que pode ser mantido mesmo em uma folha micrômetros de espessura. Pequena espessura evita o problema de auto-absorção da radiação emitida. Este problema é pertinente para urânio ou plutónio hastes, em que apenas as camadas superficiais proporcionam partículas alfa. Os produtos de fissão de 242m Am pode impulsionar diretamente a nave ou eles podem aquecer um gás estocadas. Eles também podem transferir a sua energia para um fluido e gerar energia elétrica através de um gerador mhd .

Mais uma proposta que utiliza a alta taxa de fissão nuclear de 242m Am é uma bateria nuclear. Seu design não depende da energia do emitida por partículas alfa amerício, mas em sua carga, que é o amerício atua como o auto-sustentável "cátodo". Uma única 3,2 kg 242m carga Am de tal bateria poderia fornecer cerca de 140 kW de energia ao longo de um período de 80 dias. Mesmo com todos os potenciais benefícios, as aplicações atuais de 242m Am são ainda dificultada pela escassez e preço elevado de este particular isômero nuclear .

fonte de nêutrons

O óxido de 241 Am pressionado com berílio é uma eficaz fonte de neutrões . Aqui amerício funciona como a fonte de alfa, e berílio produz neutrões, devido à sua grande secção transversal para a reacção nuclear (α, n):

O uso mais generalizado de 241 fontes AmBe de neutrões é uma sonda de neutrões - um dispositivo utilizado para medir a quantidade de água presente no solo, bem como a humidade / densidade para controlo de qualidade na construção de estradas. 241 fontes de neutrões Am também são usados em bem registrando aplicações, bem como em radiografia de nêutrons , tomografia e outros exames radioquímica.

Produção de outros elementos

Amerício é um material de partida para a produção de outros elementos transurânicos e transactinides - por exemplo, 82,7% de 242 Am decai para 242 Cm e 17,3% para 242 Pu. No reactor nuclear, 242 Am é também convertida para cima por captura de neutrões para 243 Am e 244 Am, que se transforma por β-decaimento para 244 Cm:

A irradiação de 241 Am por 12 C ou 22 Ne iões produz os isótopos 247 Es ( einsteinium ) ou 260 Db ( dubnium ), respectivamente. Além disso, o elemento berkélio ( 243 Bk isótopo) tinha sido primeiro intencionalmente produzidos e identificados por bombardeamento de 241 Am, com partículas alfa, em 1949, pelo mesmo grupo de Berkeley, usando o mesmo ciclotrão 60 polegadas. Da mesma forma, nobelium foi produzido no Instituto para Investigação Nuclear , Dubna , Rússia, em 1965, em várias reacções, um dos quais incluindo irradiação de 243 Am, com 15 N iões. Além disso, uma das reações de síntese para lawrencium , descoberto por cientistas em Berkeley e Dubna, incluído bombardeio de 243 Am com 18 O.

espectrômetro

Amerício-241 foi usado como uma fonte portátil de ambos os raios gama e partículas alfa para um número de utilizações médicas e industriais. As emissões de raios gama 59,5409 keV de 241 Am em tais fontes podem ser utilizadas para análise indirecta de materiais em radiografia e fluorescência de raios-X espectroscopia, bem como para o controlo de qualidade em fixos calibres densidade nuclear e densometers nucleares . Por exemplo, o elemento tem sido utilizada para medir vidro espessura para ajudar a criar vidro plano. Amerício-241 também é adequado para a calibração de espectrómetros de raios gama na gama de baixa energia, uma vez que o seu espectro é constituído por quase um pico único e contínuo Compton negligenciável (pelo menos três ordens de grandeza menor intensidade). Raios gama amerício-241 também foram utilizados para fornecer o diagnóstico passiva de função da tiróide. Esta aplicação médica é no entanto obsoleto.

Preocupações com a saúde

Como um elemento altamente radioactivos, amerício e seus compostos deve ser manuseado apenas num laboratório adequado, sob arranjos especiais. Embora a maioria dos isótopos amerício predominantemente emitem partículas alfa que podem ser bloqueados por finas camadas de materiais comuns, muitos dos produtos filhas emitem raios gama e neutrões que têm uma profundidade de penetração de comprimento.

Se consumido, a maior parte do amerício é excretada dentro de alguns dias, com apenas 0,05% absorvido no sangue, dos quais cerca de 45% vai para o fígado e 45% para os ossos, e os restantes 10% é excretado. A captação para o fígado depende do indivíduo e aumenta com a idade. Nos ossos, amerício é primeiro depositada sobre cortical e trabecular superfícies e redistribui-se lentamente sobre o osso com o tempo. A meia-vida biológica de 241 Am é de 50 anos nos ossos e 20 anos no fígado, ao passo que nas gónadas (testículos e ovários) que permanece permanentemente; em todos estes órgãos, amerício promove a formação de células cancerosas como resultado da sua radioactividade.

Amerício, muitas vezes entra aterros a partir descartados detectores de fumaça . As regras associadas à disposição dos detectores de fumaça estão relaxados na maioria das jurisdições. Em 1994, 17-year-old David Hahn extraiu o amerício de cerca de 100 detectores de fumaça em uma tentativa de construir um reator nuclear criador. Tem havido alguns casos de exposição ao amerício, o pior caso é que de técnico de operações química Harold McCluskey , que aos 64 anos de idade foi exposto a 500 vezes o padrão ocupacional para amerício-241, como resultado de uma explosão em seu laboratório . McCluskey morreu com a idade de 75 anos de doença não relacionada pré-existente.

Veja também

Notas

Referências

Bibliografia

Outras leituras

links externos