ameryk - Americium


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Ameryk,   95 Am
ameryk microscope.jpg
właściwości ogólne
Wymowa / ˌ ® m ɪ R ɪ s i ə m / ( AM -ə- RISS -ee-əm )
Wygląd srebrzystobiały
Liczba masowa 243 (najbardziej stabilnym izotopem)
Ameryk w okresowym
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon niobu molibden technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer prazeodym neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm iryd Platyna Złoto Rtęć (element) Tal Prowadzić Bizmut Polon Astat Radon
francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton ameryk Kiur Berkelium kaliforn einstein Fermium mendelew Nobelium Lawrencium rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium has Meitner Darmstadtium roentgenium copernicium Nihonium flerow Moscovium liwermor Tennessine Oganesson
Eu

Am

(Uqe)
plutonamerykcurie
Liczba atomowa ( Z ) 95
Grupa grupę n / a
Kropka okres 7
Blok f blok
kategoria elementem   aktynowców
Konfiguracja elektronów [ Rn ] 5f 7 7 s 2
Elektronów na powłoce
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Właściwości fizyczne
Fazę STP solidny
Temperatura topnienia 1449  K (1176 ° C-2149 ° C)
Temperatura wrzenia 2880 ° K (2607 ° C-4725 ° C) (obliczane)
Gęstość (w pobliżu  temperatury pokojowej ) 12 g / cm 3
Ciepło topnienia 14,39  kJ / mol
Molowa pojemność cieplna 62,7 J / (mol • K)
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T  (K) 1239 1356
własności atomowe
stopniach utlenienia +2, +3 , +4, +5, +6, +7 (e  amfoteryczny tlenek)
elektroujemność Paulinga: 1,3
energie jonizacji
  • 1-te: 578 kJ / mol
Promień atomowy empiryczny: 173  pm
promień kowalencyjne 180 ± godzina osiemnasta
kolorowe linie w zakresie widmowym
Linie widmowe z ameryk
Inne właściwości
Struktura krystaliczna podwójne sześciokątny gęstego upakowania (DHCP)
Podwójne sześciokątne blisko pakowane kryształ struktura ameryk
Przewodność cieplna 10 W / (m-K)
Rezystancja 0,69 μΩ · m
uporządkowanie magnetyczne paramagnetyczny
podatność magnetyczna + 1000,0 x 10 -6  cm 3 / mol
Numer CAS 7440-35-9
Historia
Naming po Amerykach
Odkrycie Glenn Seaborg , Ralph A. James , Leon O. Morgan , Albert Ghiorso (1944)
Główne izotopy ameryk
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb 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 r SF -
α 239 Np
| referencje

Ameryk jest syntetycznym pierwiastek o symbolu Am i liczbie atomowej 95. radioaktywny i transuranowych członkiem aktynowców szeregowo, w okresowym umieszczony pod lantanowców elementu europu , a więc analogicznie nazwano w Ameryce .

Ameryk został po raz pierwszy wyprodukowany w 1944 roku przez grupę Glenn Seaborg z Berkeley w Kalifornii , w Hutniczego Laboratory na University of Chicago , w ramach Projektu Manhattan . Pomimo, że jest trzecim elementem transuranowych szeregowo , okazało się, po czwarte, po cięższe Curium . Odkrycie było trzymane w tajemnicy i wydany tylko dla publiczności w listopadzie 1945. Większość ameryk jest produkowany przez uran lub pluton bombardowani neutronów w reaktorach jądrowych - jedna tona zużytego paliwa jądrowego zawiera około 100 gramów ameryk. Jest on powszechnie stosowany w komercyjnych komora jonizacyjna wykrywacze dymu , jak również źródeł neutronowych i mierników przemysłowych. Kilka niezwykłych aplikacje, takie jak baterie jądrowych lub paliwa do statków kosmicznych z napędem jądrowym, które zostały zaproponowane do izotop na 242 mln Am, ale są jeszcze utrudniony przez niedobór i wysoką cenę tego izomery jądrowe .

Ameryk jest stosunkowo miękki radioaktywny metal o srebrzystym wyglądzie. Jej wspólne izotopy241 Am i 243 Am. W związkach chemicznych ameryk zwykle zakłada stopniu utlenienia +3, a zwłaszcza w roztworach. Wiele innych stanów utlenienia są znane, które wahają się od +2 do + 7 i mogą być identyfikowane na podstawie charakterystycznej absorpcji optycznej widm. Sieć krystaliczna stałego ameryk i jego związki zawierają małe wewnętrzne radiogenicznym wady, spowodowane metamictization wywołanej przez samo-napromienianie cząstek alfa, które gromadzą się z upływem czasu; może to spowodować znoszenie pewnych właściwości materiału w czasie, bardziej zauważalne w starszych próbek.

Historia

60-calowy cyklotron w Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley , w sierpniu 1939 roku.
Trójkąt w rurce szklanej zawiera pierwszą próbkę ameryku (jak wodorotlenek (OP (OH) 3 )), wytworzonego w 1944 roku.

Chociaż ameryk został prawdopodobnie wyprodukowany w poprzednich eksperymentach jądrowych, został najpierw celowo syntetyzowane , wyizolowany i zidentyfikowany późną jesienią 1944 roku na University of California, Berkeley , przez Glenn Seaborg Leon O. Morgan, Ralph A. James i Albert Ghiorso . Użyli 60-calowy cyklotronu na University of California w Berkeley. Element został zidentyfikowany chemicznie na Hutniczego Laboratory (obecnie Argonne National Laboratory ) na University of Chicago . Po lżejsze neptun , pluton , i cięższy kiur , ameryk był czwarty element transuran na odkrycie. W czasie okresowego pierwiastków zostały zrestrukturyzowane przez Seaborg do obecnego układu, zawierającego wiersz aktynowców poniżej lantanowców jednym. Doprowadziło to do ameryk jest położony tuż poniżej jego bliźniaczego elementu lantanowców europu; było zatem przez analogię nazwany po Amerykach : „Nazwa ameryk (po obu Ameryk) oraz Am symbolem są sugerowane dla elementu na podstawie jego pozycji jako szósty członek aktynowców ziem rzadkich, analogiczne do europ, eu, z grupy lantanowców.”

Nowy element wyizolowano z jego tlenku w złożonym, procesem wieloetapowym. Pierwszy pluton -239 azotan ( 239 Puño 3 ) Roztwór nanosi się na platyny folii około 0,5 cm 2 powierzchni, roztwór odparowuje się, a pozostałość przekształca się do dwutlenku plutonu (puo 2 ) poprzez wyżarzanie. Po napromieniowaniu w cyklotronie, powłoka rozpuszcza się w kwasie azotowym , a następnie wytrąca się wodorotlenek zastosowaniem stężonego wodnego roztworu amoniaku . Pozostałość rozpuszczono w kwasie nadchlorowym . Dalsze rozdzielanie prowadzi się przez wymianę jonową , w wyniku czego otrzymuje się pewien izotop Curium. Oddzielenie Curium i ameryk był tak pracowity, że te elementy były początkowo nazywane przez grupę Berkeley jako pandemonium (z języka greckiego dla wszystkich demonów i piekła ) i majaczenia (od łac szaleństwa ).

Początkowe doświadczenia otrzymano cztery izotopy ameryk: 241 AM, 242 am, 239 rano i 238 Am. Ameryk-241 został otrzymany bezpośrednio z plutonu od absorpcji dwóch neutronów. To rozpada przez emisję z a-cząstki do 237 Np; półtrwania tego rozpadu po raz pierwszy określono jako 510 ± 20 lat, ale potem skorygowane do 432,2 lat.

Czasy są półtrwania

Drugi izotop 242 Am został wyprodukowany po bombardowaniu neutronami już utworzonego 241 Am. Po szybkim beta rozpadu , 242 Am przekształca się w izotop kiur 242 cm (która została odkryta wcześniej). Okres półtrwania tego rozpadu była początkowo ustalona na 17 godzin, który był zbliżony do obecnie przyjętej wartości 16.02 godz.

Odkrycie ameryk i Curium w 1944 był ściśle związany z Projektem Manhattan ; wyniki były poufne i odtajnione dopiero w 1945. Seaborg wyciekły syntezę elementów 95 i 96 w radiu pokazują nam dla dzieci Quiz Dzieci pięć dni przed oficjalną prezentacją na American Chemical Society posiedzeniu w dniu 11 listopada 1945 roku, kiedy jeden z słuchaczy zapytał, czy każdy nowy element transuran obok plutonu i neptun zostały odkryte w czasie wojny. Po odkryciu ameryk izotopy 241 rano i 242 am, ich wytwarzanie i związki zostały opatentowane wymieniając tylko Seaborg jako wynalazcę. Początkowe próbki ameryk ważyła kilku mikrogramów; były ledwo widoczne i zostały zidentyfikowane przez ich radioaktywności. Pierwsze znaczne ilości metalicznego ameryk wadze 40-200 mikrogramów nie były przygotowane do roku 1951 przez redukcję ameryku fluorku (III) z baru metalu w wysokiej próżni w temperaturze 1100 ° C.

Występowanie

Ameryk wykryto w fallout z Ivy Mike testu nuklearnego.

Najdłużej żył i najczęściej izotopy ameryk, 241 AM 243 AM, mają czas połowicznego rozpadu wynoszący 432,2 i 7,370 lat, odpowiednio. Dlatego każda pierwotna ameryk (ameryk, że był obecny na Ziemi podczas jej tworzenia) powinny być zepsute przez teraz.

Istniejące ameryk koncentruje się w obszarach wykorzystywanych do atmosferycznych testów nuklearnych przeprowadzonych w latach 1945 i 1980, jak również w miejscach wypadków jądrowych, takich jak katastrofy w Czarnobylu . Na przykład, analizę zanieczyszczeń w miejscu badania pierwszego US bomby wodoru , bluszcz Mike , (1 listopada 1952, Enewetak ) wykazały wysokie stężenia różnych aktynowców tym ameryk; ale ze względu na tajemnicę wojskową, wynik ten nie został opublikowany dopiero później, w 1956 roku trinitite , szkliste pozostałości pozostawione na podłodze w pobliżu pustyni Alamogordo , Nowy Meksyk , po pluton -na Trinity testu bomby atomowej w dniu 16 lipca 1945 roku zawiera śladowe ilości ameryk-241. Podwyższone poziomy ameryk wykryto także w miejscu wypadku z US Boeing B-52 bombowiec, co prowadzi cztery bomby wodoru w 1968 roku w Grenlandii .

W innych regionach średnią radioaktywność powierzchni gruntu na skutek zalegania ameryk wynosi tylko około 0,01  picocuries / g (0,37  mBq / g). Atmosferyczne związki ameryk są słabo rozpuszczalne w typowych rozpuszczalnikach, a przede wszystkim przylegać do cząstek gleby. Analiza gleby ujawniło około 1900 razy wyższe stężenie ameryk wewnątrz cząstek gleby piaszczyste, niż w obecności wody w porach gleby; nawet wyższy stosunek mierzono w gliniastej glebie.

Ameryk jest produkowany głównie sztucznie w małych ilościach w celach badawczych. Za tonę zużytego paliwa jądrowego zawiera około 100 gramów różnych izotopów, głównie ameryk 241 rano i 243 Am. Ich długotrwałe radioaktywność jest niepożądane dla unieszkodliwiania, a więc ameryk wraz z długoterminowych, aktynowców, należy zneutralizować. Procedura towarzyszące może obejmować kilka etapów, w których ameryk jest oddzielana, a następnie przekształcane przez bombardowanie neutronami w specjalnych reaktorach do nuklidów krótkotrwałe. Procedura ta jest dobrze znana jako transmutacja , ale wciąż jest rozwijany na ameryk. W pierwiastków transuranowych z ameryk do ferm sposób naturalny w naturalny reaktor jądrowy w Oklo , ale już nie tak.

Synteza i ekstrakcji

nucleosyntheses izotopów

Chromatograficzne elucji krzywe ujawniają podobieństwa lantanowców Tb, gD i UE oraz odpowiadające aktynowców bk cm, Am.

Ameryk został wyprodukowany w niewielkich ilościach w reaktorach jądrowych przez dziesięciolecia, a kilogram jej 241 rano i 243 Am izotopów zostały zgromadzone do tej pory. Niemniej jednak, ponieważ po raz pierwszy oferowane do sprzedaży w 1962 roku, jego cena, około 1500 USD za gram 241 Am, pozostaje prawie bez zmian ze względu na bardzo skomplikowanej procedury separacji. Im cięższy izotop 243 Am jest wytwarzany w znacznie mniejszych ilościach; jest zatem trudne do rozdzielenia, co prowadzi do wyższych kosztów rzędu 100,000-160,000 USD / g.

Ameryk nie jest syntetyzowany bezpośrednio z uranu - najbardziej powszechnym materiałem reaktora - lecz z izotopu plutonu 239 PU. Ten ostatni musi być wytwarzany jako pierwszy, według następującego sposobu jądrowego:

Wychwytywanie neutronów przez dwie 239 PU (tzw (N, γ) zależy od reakcji), a następnie p-rozpad powoduje 241 AM:

Pluton występuje w wypalonym paliwem jądrowym zawiera około 12% z 241 Pu. Gdyż samoistnie przekształca się w 241 Am, 241 PU można ekstrahować i mogą być stosowane do wytwarzania dalszych 241 Am. Jednak proces ten jest dość powolna: połowa pierwotnej kwoty 241 Pu rozpada się 241 Am po około 15 lat, a 241 ilość Am osiąga maksimum po 70 latach.

Otrzymaną 241 Am mogą być stosowane do wytwarzania cięższymi izotopami ameryk przez dalsze wychwytywanie neutronów wewnątrz reaktora jądrowego. W reaktorze woda lekka (LWR), 79% z 241 Am przekształca się 242 rano i 10% na jego izomery jądrowe 242 mln AM:

Ameryk-242 ma okres półtrwania wynoszący zaledwie 16 godzin, co czyni jego dalszej konwersji do 243 rano, bardzo nieefektywne. Ten ostatni jest izotopem zamiast wytwarzane w procesie, w którym 239 Pu rejestruje cztery neutronów pod wysokim strumieniem neutronów :

generacji Metal

Większość procedur syntezy otrzymuje się mieszaninę różnych izotopów aktynowców w formach tlenkowych, z których izotopy ameryk mogą być rozdzielone. W typowej procedurze, zużytego paliwa reaktora (np MOX paliwa ) rozpuszcza się w kwasie azotowym , a większość uranu i plutonu usuwa się za pomocą PUREX ekstrakcji -type ( P lutonium- UR anium EX trakcji) z fosforanu tributylu w węglowodorze , Lantanowce i aktynowce pozostałe następnie oddziela się z wodnej pozostałości ( rafinat ) przez dwuamid opartym na ekstrakcję, otrzymując, po usunięciu, mieszaninę lantanowców i aktynowców trójwartościowych. Związki ameryk są następnie selektywnie ekstrahować stosując wieloetapowych chromatograficznych i technik wirowania z odpowiednim odczynnikiem. Duża ilość pracy zostało wykonane na ekstrakcji rozpuszczalnikowej z ameryk. Na przykład, 2003 EU -funded projekt o nazwie kodowej „EUROPART” studiował triazyny i inne związki jako potencjalnych środków ekstrakcji. Bis bipirydyno -triazinyl kompleks został zaproponowany w 2009 roku jako taki odczynnik jest wysoce selektywny i ameryku (Curium). Oddzielenie ameryk z bardzo podobnym Curium można osiągnąć przez traktowanie zawiesiny ich wodorotlenków wodnego roztworu wodorowęglanu sodu z ozonem w podwyższonych temperaturach. AM i Cm są przeważnie obecne w roztworach w +3 wartościowości; natomiast kiur pozostaje niezmieniona, ameryk utlenia się do rozpuszczalnego AM (IV), które mogą być zmywane.

Metaliczny ameryk otrzymuje się przez redukcję z jego związków. Ameryku (III), fluorek został po raz pierwszy użyty w tym celu. Reakcję prowadzono stosując pierwiastkowy baru jako środka redukującego w wodę i wolny tlen środowisku wewnątrz urządzenia wykonanego z tantalu i wolframu .

Alternatywą jest redukcja dwutlenku ameryku metalicznym lantanu lub toru :

Właściwości fizyczne

Dwukrotnie sześciokątny ścisłe upakowanie z ABAC układ warstw w strukturze krystalicznej a-ameryku (A zielonym, B: niebieski C: czerwone).

W okresowym , ameryk znajduje się na prawo od plutonu, na lewo od Curium, a poniżej lantanowców europu , z którym dzieli wiele podobieństw we właściwościach fizycznych i chemicznych. Ameryk jest elementem wysoce radioaktywny. Świeżo przygotowany, ma srebrzystobiałym metaliczny połysk, a następnie powoli matowieje w powietrzu. O gęstości 12 g / cm 3 , ameryk jest mniej gęsty niż zarówno Curium (13,52 g / cm 3 ), i plutonu (19,8 g / cm 3 ); ale ma większą gęstość niż europ (5.264 g / cm 3 ) -mostly powodu ich większej masy atomowej. Ameryk jest stosunkowo miękki i łatwo odkształcalne i ma znacząco niższy moduł sprężystości objętościowej niż aktynowców przed nim TH, PA, U, NP i PU. Jego temperatura topnienia 1173 ° C jest znacząco wyższy niż 639 plutonu (° c) i europu (826 ° C), ale niższe niż dla Curium (1340 ° c).

W warunkach otoczenia, ameryk występuje w postaci najbardziej stabilnej alfa, który ma sześciokątny symetrii kryształu , a grupa przestrzenna P6 3 / MMC o parametrach sieci krystalicznej  = 346,8  pm i c  = 1124 pm, i czterech atomów w komórce elementarnej . Kryształu składa się z podwójnej sześciokątnym ścisłe upakowanie z sekwencji warstwy ABAC i tak jest izotypowy z a-lantanu i kilka aktynowców, takie jak a-Curium. Struktura krystaliczna ameryk zmienia się wraz z ciśnieniem i temperaturą. Po ściśnięciu w temperaturze pokojowej 5 GPa, α-am przekształca się w beta modyfikacji, która posiada sześcienny centrowaną ( fcc ) symetrii, grupą przestrzenną Fm 3 m i stałej sieci z  = 489 pm. Ten FCC struktura jest równoważne najbliższego pakowania z sekwencji ABC. Po dalszej kompresji do 23 GPa, ameryk przekształca do rombowej strukturze γ-Am podobny do a-uranu. Brak dalszych przejść obserwowane do 52 GPa, z wyjątkiem wyglądzie fazy jednoskośnej w zakresie od 10 do 15 GPa. Nie ma konsystencję od stanu tej fazy w literaturze, które czasami wymienia alfa, beta i gamma, jak fazy I, II i III. Przejście β-γ towarzyszy spadek 6% ilości kryształów; chociaż teoria przewiduje również znaczące zmiany objętości przechodzenia α-p, nie obserwuje się doświadczalnie. Ciśnienie przejścia α-P zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, a gdy a-ameryk ogrzewa się pod ciśnieniem atmosferycznym, w temperaturze 770 ° C, nie zmieniającej się w fcc fazie, która różni się od P-AM, w 1075 ° C przekształca się sześcienny ciała skupione struktury. Diagram fazowy ciśnienie temperatura ameryk jest więc raczej podobny do tych, lantanu, prazeodymu i neodymu .

Tak jak w przypadku wielu innych aktynowców, samo uszkodzenie sieci krystalicznej na skutek napromieniania alfa cząstek jest nieodłączną ameryk. Jest to szczególnie widoczne w niskich temperaturach, w których ruchliwość wytwarzanych defektów sieci krystalicznej jest stosunkowo mała, przez poszerzenie dyfrakcji rentgenowskiej szczyty. Efekt ten sprawia, że nieco niepewną temperaturę ameryk i niektóre z jego właściwości, takie jak elektrycznej oporności . Tak na ameryku-241, oporności na poziomie 4,2 K wzrasta z upływem czasu od około 2 cm do μOhm · 10 μOhm-cm po 40 godzinach, i nasycone w temperaturze około 16 μOhm · cm po 140 godzinach. Ten efekt jest mniej wyraźny w temperaturze pokojowej, z uwagi na unicestwienie defektów radiacyjnych; także ogrzewania do temperatury pokojowej, po czym próbka była utrzymywana przez kilka godzin w niskiej temperaturze przywraca rezystywności. W świeżo pobranych próbkach, rezystywność wzrasta stopniowo, w temperaturze od około 2 μOhm-cm w ciekłym helu do 69 μOhm-cm w temperaturze pokojowej; to jest podobne do tego z Neptunium, uran, tor i protaktyn , ale różni się od plutonu i Curium które wykazują szybki wzrost aż do 60 K, a następnie nasycenie. Wartość temperatury otoczenia dla ameryk jest mniejsza niż Neptunium, plutonu i Curium, ale większa niż uran, tor i protaktyn.

Ameryk jest paramagnetyczny w szerokim zakresie temperatur, od tego z ciekłym helem do temperatury pokojowej i powyżej. Takie zachowanie jest znacznie różni się od swojego sąsiada Curium wykazującego antyferromagnetycznym przejście przy 52 K. rozszerzalności cieplnej współczynnik ameryk jest nieco anizotropowe i wynosi (7,5 ± 0,2) × 10 -6  / ° C wzdłuż krótszego i osi ( 6,2 ± 0,4) × 10 -6  / ° C przez dłuższy C osi sześciokątnym. Entalpia rozpuszczania z ameryku metalu kwasu solnego w warunkach standardowych jest -620,6 ± 1,3 kJ / mol , z której średnia entalpia formowaniaF H °) wodnego Am 3+ jonu -621,2 ± 2,0 kJ / mol , Potencjał standardowy Am 3+ / AM 0 wynosi -2,08 ± 0,01 V .

Właściwości chemiczne

Jony ameryk w roztworze: Am 3+ (z lewej) i Am 4+ (z prawej). Am 3+ jest bezbarwny i w niskich czerwonawo przy wyższych stężeniach.

Ameryk łatwo reaguje z tlenem i dobrze rozpuszcza się w kwasach . Najczęstszym stan utlenienia w ameryk +3, w którym związki ameryk są dość stabilne wobec utleniania i redukcji. W tym sensie, ameryk jest chemicznie podobny do większości lantanowców. Formy trójwartościowego ameryk nierozpuszczalny fluorek , szczawian , jodek , wodorotlenek , fosforan i inne sole. Inne stany utleniania zaobserwowano od +2 do +7, który jest najszerszy zakres między elementami aktynowców. Ich barwa w roztworze wodnym waha się w następujący sposób: AM 3+ (bezbarwna do żółtej-czerwonej), Am 4+ (żółto-czerwonej), Am V O +
2
; (żółty), Am VI O 2 +
2
(brązowe) i Am VII O 5-
6
(ciemno zielony). Wszystkie stopnie utlenienia mają charakterystyczne widmo absorpcji optycznej z kilku ostrych pików w zakresie widzialnym i średniej podczerwieni regionów, a także pozycja i intensywność tych pików mogą być przekształcone w stężeniach odpowiednich stanów utlenienia. Na przykład rano (iii) ma dwa ostre piki przy 504 i 811 nm, AM (V) przy 514 i 715 nm, a rano (VI) przy 666 i 992 nm.

Związki Ameryk o stopniu utlenienia +4 i wyżej silne utleniacze, porównywalne wytrzymałości do nadmanganianu jonu ( MnO -
4
), w roztworach kwaśnych. Natomiast Am 4+ jony są niestabilne w roztworach i łatwo przekształcić Am 3+ , +4 stopniu utlenienia zachodzi również w postaci stałej, takiej jak dwutlenek ameryku (Amo 2 ) i ameryku (IV) fluorku AMF ( 4 ).

Wszystkie pięciowartościowe i sześciowartościowego związki ameryk są sole kompleksowe, takie jak KAMO 2 F 2 Li 3 AmO 4 Li 6 AmO 6 Ba 3 AmO 6 , AmO 2 F 2 . Te stany wysokie utleniania AM (IV), AM (V), AM (VI) można wytworzyć ze AM (III) za pomocą utlenienia nadsiarczanu amonu w rozcieńczonym kwasie azotowym, ze srebra (I), tlenek w kwasie nadchlorowym , albo z ozonem lub nadsiarczanu sodowego w węglan sodowy rozwiązań. Stan utlenienia pięciowartościowego z ameryk obserwowano po raz pierwszy w 1951 roku jest obecny w roztworze wodnym w postaci amo +
2
jony (kwasowy) lub amo -
3
jony (zasadowej), które jednak są nietrwałe i mogą ulec kilku gwałtownych dysproporcjonowania reakcji:

związki chemiczne

związki tlenowe

Trzy ameryk tlenki są znane, w stopniu utlenienia +2 (Amo), +3 (AM 2 O 3 ) i +4 (AmO 2 ). Ameryku (II), tlenek wytworzono w niewielkich ilościach i nie został opisany w szczegółach. Ameryku (III), tlenek jest czerwono-brązowego ciała stałego o temperaturze topnienia 2205 ° C. Ameryku (IV) jest główną formą stałej ameryk, które stosuje się w prawie wszystkich tych przypadkach. Ponieważ większość dwutlenku aktynowce inne, to czarne ciało stałe o sześcienny ( fluoryt ) struktury krystalicznej.

Szczawian z ameryku (III), wysuszono pod zmniejszonym ciśnieniem w temperaturze pokojowej, ma wzór chemiczny Am 2 (C 2 O 4 ) 3 · 7H 2 O. Po ogrzaniu w próżni traci wodę w temperaturze 240 ° C i rozpoczyna rozpadając się amo 2 w temperaturze 300 ° C, rozkład kończy w temperaturze około 470 ° C. Początkowy szczawian rozpuszcza się w kwasie azotowym o maksymalnej rozpuszczalności w 0,25 g / l.

halogenki

Halogenki o ameryk są znane na stopniu utlenienia +2, +3 i + 4 + 3, gdzie jest najbardziej stabilny, zwłaszcza w roztworach.

stopień utlenienia fa cl br ja
+4 Ameryku (IV), fluorek
amf 4
jasnoróżowe
+3 Ameryku (III), fluorek
amf 3
różowy
Ameryku (III), chlorek
AmCl 3
różowy
Ameryku (III) bromek
AmBr 3
jasnożółtej
Ameryku (III), jodek
AmI 3
jasnożółtej
+2 Ameryku (II), chlorek
AmCl 2
czarny
Ameryku (II), bromek
AmBr 2
czarny
Ameryku (II), jodek
AmI 2
czarny

Zmniejszenie AM (III), związki o sodu amalgamatu daje AM (II) i sole - Czarny halogenki AmCl 2 , AmBr 2 oraz AMI 2 . Są one bardzo wrażliwe na tlen i utlenia się w wodzie, uwalnianie wodoru i przekształcania z powrotem do AM (iii) stan. Konkretne parametry sieci krystalicznej są:

  • Rombowy AmCl 2 : = 896,3 ± 12:08 , b = 757.3 ± 0,8 pm i c = 453,2 ± 0,6 pm
  • Czworokątny AmBr 2 : = 1 159 0,2 ± 12:04 i c = 712,1 ± 12:03 . Mogą one również być otrzymane w reakcji metalicznego ameryk z odpowiednim halogenkiem rtęci HGX 2 , gdzie X = Cl, Br lub I:

Ameryku (III), fluorek AMF ( 3 ) jest słabo rozpuszczalny i wytrąca się w trakcie reakcji Am 3+ i jonów fluorkowych w roztworach słabo kwasowe:

Czterowartościowy ameryku (IV), fluorek AMF ( 4 ) otrzymuje się przez reakcję ciało stałe ameryku (III) fluorku cząsteczkowym fluorem :

Inną znaną postacią stałym chlorkiem czterowartościowego ameryku jest KAmF 5 . Czterowartościowego ameryk Zaobserwowano także, w fazie wodnej. W tym celu, czarny AM (OH) 4 rozpuszczono w dniach 15 M NH 4 F o stężeniu ameryku 0,01 M. Powstały czerwonawy roztwór miał charakterystyczne widmo absorpcji optycznej, który jest podobny do tego z amf 4 , lecz różni się od innych utlenianie stany ameryk. Ogrzewanie AM (IV), roztwór do 90 ° C nie powoduje w dysproporcjonowaniu lub redukcji, ale powolne obniżenie obserwowano AM (III), przeznaczonych do samodzielnego napromieniowania ameryk cząstki alfa.

Większość ameryku (III), halogenki tworzą heksagonalne kryształy nieznaczną zmianę barwy i dokładną strukturą pomiędzy halogenów. Tak więc, chlorek (AmCl 3 ) jest czerwonawo ma strukturę izotypowej do uranu (III) (grupa przestrzenna P6 3 / m) i temperaturze topnienia 715 ° C. Fluorek jest izotypowa się LAF 3 (grupa przestrzenna P6 3 / MMC) i jodkiem bii 3 (Grupa przestrzenna R 3 ). Bromek wyjątek z rombowej PuBr 3 Type struktury i przestrzeni grupy Cmcm. Kryształy heksahydratu ameryku (AmCl 3 x 6 2 O) można wytworzyć poprzez rozpuszczanie dwutlenku ameryk w kwasie solnym i odparowanie cieczy. Kryształy te są higroskopijne i mają barwę żółto-czerwonych i jednoskośną strukturę krystaliczną.

Oksyhalogenki z ameryk w formie Am VI O 2 X 2 , Am V O 2 X Am IV OX 2 i AM III OX można otrzymać przez reakcję odpowiedniego halogenku ameryk tlenem lub Sb 2 O 3 i AmOCl mogą być również wytwarzane w fazie gazowej hydrolizy :

Chalkogenidy i pnictides

Znane tlenowców z ameryk obejmują siarczkowych AMS 2 , selenki amse 2 i AM 3 Se 4 i tellurki Am 2 Te 3 i AmTe 2 . W pnictides z ameryku ( 243 Am) typu AMX znane są elementy fosforu , arsenu , antymonu i bizmutu . Krystalizują one w soli kamiennej kraty.

Krzemki i borki

Ameryk monosilicide (AMSI) i "dwukrzemku" (nominalnie AMSI x o: 1,87 <x <2.0) otrzymano przez redukcję ameryku (III) fluorku elementarnego krzemu w próżni w temperaturze 1050 ° C (AMSI) i 1150-1200 ° C ( AMSI x ). AMSI jest czarne ciało stałe izomorficzne z LASI, ma rombową symetrii kryształu. AMSI x ma jasny srebrzysty połysk i czworokątny krystaliczną (grupa przestrzeń I 4 1 / AMD), to jest izomorficzny z Pusi 2 i ThSi 2 . Borki o ameryk obejmują Amb 4 i Amb 6 . Tetraboride można otrzymać przez ogrzewanie tlenku lub halogenku ameryk z diborku magnezu w próżni lub w atmosferze gazu obojętnego.

związki Organoamericium

Przewidywana struktura amerocene [(r 8 -C 8 H 8 ) 2 AM]

Analogiczny do uranocene , ameryk tworzy związek metaloorganiczny amerocene z dwoma cyklooktatetraen ligandów o wzorze chemicznym (r | 8 -C 8 H 8 ) 2 Am. Cyklopentadienyl Wiadomo również, że może być stechiometryczny AmCp 3 .

Powstawanie kompleksów typu AM (nC 3 H 7 -BTP) 3 , w którym oznacza BTP dla 2,6-di (1,2,4-triazyn-3-ylo) pirydyny, w roztworach zawierających nC 3 H 7 - BTP i jestem 3+ jony została potwierdzona przez EXAFS . Niektóre z tych kompleksów BTP typu selektywnego współdziałania z ameryk, a zatem są użyteczne w selektywnym oddzieleniu od lantanowców i aktynowców innego.

aspekty biologiczne

Ameryk jest sztucznym elementem niedawnego pochodzenia, a więc nie ma wymogu biologiczną . Jest to szkodliwe dla życia . Zaproponowano, aby użyć bakterii do usuwania ameryk i innych ciężkich metali z rzek i strumieni. Tak więc, Enterobacteriaceae, z rodzaju Citrobacter wytrącania jonów ameryk z wodnych roztworów ich wiązanie do kompleksu metalu fosforanu w ścianach komórkowych. Liczne badania zostały zgłoszone na biosorpcji i bioakumulacji z ameryk przez bakterie i grzyby.

Rozszczepienie

Izotop 242m AM (okres półtrwania 141 lat) ma największe przekroje absorpcji neutronów termicznych (5,700 stodoły ), które prowadzi do małej masy krytycznej dla trwałej reakcję łańcuchową . Krytyczna masowe dla gołego 242m Am kuli wynosi około 9-14 kg (niepewność wynika z niedostatecznej znajomości jego właściwości materiału). To może być obniżona do 3-5 kg metalowym reflektora i powinna być jeszcze mniejsze w reflektor wody. Taka mała masa krytyczna jest korzystna dla przenośnych broni jądrowej , ale te na podstawie 242 mln Am nie są jeszcze znane, prawdopodobnie ze względu na jego niedobór i wysoką cenę. Krytyczne masy dwóch innych łatwo dostępnych izotopy 241 rano i 243 Am, są stosunkowo wysokie - 57,6 75,6 kg na 241 rano i 209 kg do 243 Am. Niedostatek i wysoka cena jeszcze utrudnić stosowanie ameryk jako paliwa jądrowego w reaktorach jądrowych .

Istnieją propozycje kompaktowych 10 kW reaktorach o dużej przepuszczalności użyciem jedynie 20 g na 242 Am. Takie reaktory małej mocy byłoby stosunkowo bezpieczne w użyciu jako źródła neutronów dla radioterapii w szpitalach.

izotopy

Około 19 izotopy i 8 izomery jądrowe są znane ameryk. Istnieją dwa długowiecznych emitery alfa, 241 AM 243 AM z półtrwania 432,2 i 7,370 lat, odpowiednio, i izomery jądrowe 242m1 Am ma długi okres półtrwania 141 lat. Okres półtrwania innych izotopów, izomerów w zakresie od 0,64 mikrosekund do 245m1 Am 50,8 godzin 240 Am. Podobnie jak w przypadku większości innych aktynowców, że izotopy ameryk z nieparzystą liczbą neutronów mają stosunkowo wysoki współczynnik rozszczepienia jądrowego i niskiej masy krytycznej.

Ameryk-241 rozpada się 237 Np emitujące cząstki alfa o 5 różnych energii, przeważnie w 5.486 MeV (85,2%) i 5.443 MeV (12,8%). Ponieważ wiele wynikających z nich stanów są metastabilne, że emitują promienie gamma o energii dyskretnych między 26,3 a 158,5 keV.

Ameryk-242 jest krótkotrwały izotop z półtrwania 16.02 godz. To głównie (82,7%), p-przekształca przez rozkład do 242 cm, a także chwytania elektronów do 242 Pu (17,3%). Zarówno 242 cm i 242 Pu przekształcić poprzez prawie tym samym łańcuchu rozpadu przez 238 Pu w dół do 234 U.

Prawie wszystkie (99,541%), z 242m1 Am rozpada przez wewnętrznej konwersji do 242 Am a pozostałe 0,459% do a-gniciem 238 Np. Ten ostatni następnie rozpada się 238 Pu a następnie do 234 U.

Ameryk-243 przekształca przez a-emisji do 239 Np, który przekształca przez p rozpadu do 239 Pu i 239 Pu zamienia 235 U emitując a-cząstki.

Aplikacje

Na zewnątrz i wewnątrz widzenia detektora dymu ameryku opartej

Jonizacja typu czujka dymu

Ameryk stosuje się najczęściej typu domowego detektora dymu , który wykorzystuje 241 am w postaci dwutlenku ameryku jako źródła promieniowania jonizującego . Ten izotop jest korzystniejszy od 226 Ra , ponieważ emituje 5 razy cząstki alfa i stosunkowo mało szkodliwe promieniowanie gamma. Element kolektora Theodore Szary wspomina w swojej książce The Elements: Visual eksploracji wszystkich znanych Atom we Wszechświecie :

Można by pomyśleć, że syntetyczny pierwiastek promieniotwórczy, który następuje pluton (94) -i ma znacznie krótszy okres półtrwania, byłby jakiś rodzaj materiału superbomb, dostępny tylko do naukowców w tajnych laboratoriach. Może szalony naukowiec bada ameryk w kryjówce gdzieś, ale jeśli chcesz czegoś się można po prostu iść do dowolnego sąsiedztwo sklepu komputerowego, supermarkecie lub Wal-Mart i kupić kilka, bez zbędnych pytań.

Powodem jest to, że nie ameryk jest zasadniczo mniej niebezpieczne niż elementy wokół niego. W rzeczywistości powszechnie dostępne izotop, 241 Am, jest znacznie bardziej radioaktywna niż plutonu w broni, a przynajmniej tak toksyczny. Nie, różnica jest po prostu, że nie jest to przydatna aplikacja do ameryk, która wymaga jedynie bardzo niewielką ilość, a dla których spółka została przygotowana, aby przejść przez wysiłku potrzebnego do wykroić i uzyskać wyjątek regulacyjnego.

Ilość ameryk w typowym nowego czujnika dymu jest 1  mikrocurie (37  kBq ) lub 0,29 mikrograma . Kwota ta spada powoli jak ameryk rozpada się neptun -237, inny Transuranowce ze znacznie dłuższy okres półtrwania (około 2,14 milionów lat). Dzięki półtrwania 432,2 lat ameryk przez detektor dymu zawiera około 3% neptun po 19 latach, i około 5% po 32 lat. Promieniowanie przechodzi przez komory jonizacyjnej , w przestrzeni wypełnionej powietrzem między dwiema elektrodami i umożliwia małe, stałe prądu pomiędzy elektrodami. Każdy dym, który dostaje się do komory wchłania cząsteczki alfa, co zmniejsza do jonizacji i wpływ ten prąd, uruchamiając alarm. W porównaniu do alternatywnego optycznego czujnika dymu, czujnik dymu jonizacji jest tańszy i może wykrywania cząstek, które są zbyt małe, aby spowodować znaczną rozpraszanie światła; Jednakże, jest bardziej podatne na fałszywe alarmy .

radionuklidu

Jako 241 Am ma z grubsza podobny okres półtrwania do 238 Pu (432,2 lat vs. 87 lat), został zaproponowany jako aktywny element generatorów termoelektrycznych izotopów promieniotwórczych , na przykład w kosmicznych. Chociaż ameryk wytwarza mniej energii elektrycznej i ciepła - wydajność zasilania 114,7 mW / g do 241 rano i 6,31 mW / g 243 AM (por 390 mW / g do 238 PU) - i jego promieniowanie stanowi więcej zagrożenie dla ludzi ze względu na neutronu emisji, Europejska Agencja Kosmiczna jest rozważa wykorzystanie ameryk dla swoich sond kosmicznych.

Innym proponowanym aplikacji związanych z przestrzenią kosmiczną z ameryk to paliwo dla statków kosmicznych z napędem jądrowym. Opiera się ona na bardzo wysokim poziomie rozszczepienia jądrowego na 242 Am, która może być utrzymywana nawet przy folii mikrometrów grubości. Niewielkiej grubości eliminuje problem zaabsorbowania emitowanego promieniowania. Ten problem jest celowe uranu i plutonu prętów, z których tylko powierzchniowe warstwy dostarczają cząstki alfa. Produkty rozszczepienia na 242 Am mogą bezpośrednio napędzać kosmicznym lub można je podgrzać gaz naciskającej. Mogą też przenieść swoją energię do cieczy i wytwarzania energii elektrycznej poprzez magnetohydrodynamicznych generatora .

Jeszcze jedna propozycja, która wykorzystuje wysoki współczynnik rozszczepienia jądrowego 242 mln Am jest bateria jądrowa. Jego konstrukcja nie opiera się na energię emitowaną przez ameryk cząstek alfa, ale od ich ładunku, to znaczy działa jak ameryku samopodtrzymującego „katoda”. Pojedynczy 3,2 kg 242m ładowania Am takiego akumulatora mogą dostarczyć około 140 kW energii w okresie 80 dni. Nawet z wszystkich potencjalnych korzyści, obecne aplikacje 242 mln Am są jeszcze utrudniony przez niedobór i wysoką cenę tego szczególnego izomery jądrowe .

źródło neutronów

Tlenek od 241 Am prasowanego z berylu jest skutecznym źródło neutronów . Dzieje ameryk tu jako źródło alfa i berylu wytwarza neutronów ze względu na jego duży przekrój dla (α, n) reakcji jądrowej:

Najbardziej powszechne stosowanie 241 źródeł AMBE neutronów jest sonda neutronowej - urządzenie do pomiaru ilości wody zawartej w glebie, a także wilgoć / gęstość dla kontroli jakości budowy dróg. 241 Am źródła neutronów wykorzystywane są również w dobrze zalogowaniu aplikacji, jak również w radiografii neutronowej , tomografia i inne badania radiochemicznymi.

Produkcja pozostałych elementów

Ameryk stanowi materiał wyjściowy do produkcji innych pierwiastków transuranowych i transactinides - na przykład 82,7% z 242 Am rozpada się 242 cm i 17,3% do 242 PU. W reaktorze jądrowym, 242 Am jest przekształcane w górę przez wychwytywanie neutronów do 243 rano i 244 Am, który przekształca się w p rozpadu do 244 cm:

Napromienianie 241 pm 12 ° C lub 22 Ne jony daje izotopów 247 Es ( einsteinium ) lub 260 dB ( Dubnium ), odpowiednio. Ponadto element Berkelium ( 243 Bk izotopów) został najpierw celowo wytwarzane i zidentyfikowany poprzez bombardowanie 241 AM z cząstek alfa w 1949 przez grupę, Berkeley, przy użyciu tego samego 60-calowego cyklotron. Podobnie Nobelium wytworzono w Zjednoczonym Instytucie Badań jądrowego , Dubnej , Rosja, w 1965 roku w wielu reakcjach, w których jeden zawartych napromieniania 243 AM z 15 N jony. Poza tym, jedna z reakcji syntezy dla Lawrencium , odkrytych przez naukowców z Berkeley i Dubnej, zawarte bombardowanie 243 Am z 18 O.

Spektrometr

Ameryk-241 został użyty jako przenośne źródło obu promieni gamma i cząstkami alfa, dla wielu zastosowań medycznych i przemysłowych. W 59,5409 keV emisji promieniowania gamma z 241 Am w takich źródeł może być wykorzystywane do analizy pośredniej materiałów w radiografii i fluorescencji rentgenowskiej spektroskopii, jak również do kontroli jakości w stałych Gęstomierzy jądrowego i densometers jądrowych . Na przykład, element jest stosowany do oceny szklaną grubości w celu utworzenia płaskiego szkła. Ameryk-241 jest również odpowiedni do kalibrowania spektrometru gamma w zakresie niskiej energii, ponieważ jego widmo składa się z prawie pojedynczy pik oraz nieznacznej Compton continuum (co najmniej trzy rzędy wielkości niższe natężenie). Ameryk promienie gamma-241 były również stosowane do biernej diagnozy czynności tarczycy. Ta aplikacja medyczna jest jednak przestarzały.

problemy zdrowotne

Jako element bardzo radioaktywnego ameryk i jego związki muszą być stosowane tylko w odpowiednim laboratorium w szczególnych rozwiązań. Chociaż większość izotopy ameryk głównie emituje cząstki alfa, który może być blokowany za pomocą cienkich warstw stosowanych materiałów, wiele produktów pochodnych emituje promieniowanie gamma oraz neutrony, które mają długą głębokości penetracji.

W przypadku spożycia, w większości przypadków ameryk jest wydalana w ciągu kilku dni, a jedynie 0,05% pochłoniętej we krwi, z czego około 45% przypada na wątrobę i 45% w stosunku do kości, a pozostałe 10% jest wydalane. Wychwyt do wątroby zależy od osoby i zwiększa się wraz z wiekiem. W kości, ameryk najpierw osadzana korowej i beleczkowej powierzchni i powoli redystrybucji na kości w czasie. Biologiczny okres półtrwania 241 Am 50 lat w kościach i 20 lat w wątrobie, podczas gdy w gonad (jąder i jajników) pozostaje stałe; We wszystkich tych organów, ameryk promuje tworzenie komórek rakowych, w wyniku jej radioaktywność.

Ameryk często wchodzi składowisk odpadów ze zużytych czujników dymu . Zasady związane z usuwaniem czujki dymu są złagodzone w większości jurysdykcji. W 1994 roku, 17-letni David Hahn wydobył ameryk od około 100 czujniki dymu, starając się zbudować reaktor jądrowy hodowcy. Odnotowano kilka przypadków narażenia na ameryk, najgorszy przypadek jest, że z chemicznego operacje technik Harold McCluskey , który w wieku 64 lat był narażony na 500-krotnie normy pracy dla ameryku-241 w wyniku wybuchu w laboratorium , McCluskey zmarł w wieku 75 niepowiązanych wcześniej istniejącej choroby.

Zobacz też

Uwagi

Referencje

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne