Америцијум

Америцијум
Општа својства
Име, симбол	америцијум, Am
Изглед	сребрнасто бео
У периодноме систему
плутонијум ← америцијум → киријум	‍
Атомски број (Z)	95
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Категорија	актиноид
Рел. ат. маса (Ar)	243,0613813(24)
Масени број	243 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења	1449 K (1176 °‍C, 2149 °F)
Тачка кључања	2880 K (2607 °‍C, 4725 °F) (израчунато)
Густина при с.т.	12 g/cm3
Топлота фузије	14,39 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	28 J/(mol·K)
Атомска својства
Електронегативност	1,3
Енергије јонизације	1: 578 kJ/mol
Атомски радијус	173 pm
Ковалентни радијус	180±6 pm
	Спектралне линије
Остало
Кристална структура	дупла збијена хексагонална; (dHCP)
Топл. водљивост	10 W/(m·K)
Електроотпорност	0,69 µΩ·m
Магнетни распоред	парамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)	+1000,0·10−6 cm3/mol
CAS број	7440-35-9
Историја
Именовање	по Америкама
Откриће	Глен Т. Сиборг, Ралф А. Џејмс, Леон О. Морган, Алберт Гиорзо (1944)
Главни изотопи
α	237Np
α	238Np
СФ	–
α	239Np
	референце • Википодаци

Америцијум (Am, лат. americium) је хемијски елемент из групе актиноида са атомским бројем 95.^[4]^[5]^[6]Име потиче од континента Америка.

У периодном систему налази се у групи актиноида (7. периода, f-blok) те се убраја у трансуранске елементе. Америцијум је, поред европијума, једини хемијски елемент назван по неком континенту. То је радиоактивни сребрено-сјајни метал, који се врло лако може обликовати. Не постоји ни један стабилни изотоп америцијума. На Земљи се јавља искључиво као синтетички, вештачки елемент. Први пут је добијен у јесен 1944. године, али његово откриће није одмах објављено. Међутим, његово постојање индиректно је објавио његов проналазач, чувени амерички хемичар Глен Т. Сиборг током гостовања у једној радиоемисији за децу.

Америцијум такође настаје и у нуклеарним реакторима, где се просечно у једној тони потрошеног нуклеарног горива налази око 100 грама овог елемента. Најчешће се користи као извор јонизујућег зрачења, на пример, у спектроскопији флуоресценцијом и у детекторима дима на бази јонизације. Изотоп америцијума ²⁴¹Am се разматрао за кориштење у радионуклидним батеријама (РТГ) за свемирске летелице и сонде, где би заменио плутонијум (²³⁸Pu) због знатно дужег времена полураспада од 432,2 године, чиме би се такве летелице могле напајати електричном енергијом више стотина година.

Историја

Америцијум је у касну јесен 1944. синтетисала група научника: Глен Т. Сиборг, Ралф А. Џејмс, Леон О. Морган и Алберт Гиорзо на Универзитету Калифорније у Беклију помоћу 60-инчног циклотрона, као и научници у металуршкој лабораторији Универзитета у Чикагу (данас: Национална лабораторија Аргон). Након нептунијума и плутонијума, америцијум је био четврти трансуранијски елемент који је откривен од 1940. године; док је киријум са вишим атомским бројем од њега откривен трећи већ на лето 1944. године.^[6] Име елемента одабрано је као референца за оба континента Америке, аналогно елементу европијуму, металу ретких земаља који се у периодном систему елемената налази тачно изнад америцијума: Име америцијум (према обе Америке) и симбол Am предложен је за овај елемент на основу његовог места у ПСЕ, као шестог члана серије ретких земних актиноида, аналогно европијум, Eu, из серије лантаноида.^[7]^[8]

За синтезу нових елемената по правилу су се користили оксиди полазних елемената. Најпре се наносио раствор плутонијум-нитрата (који се састојао из изотопа ²³⁹Pu) на платинску фолију површине око 0,5 cm². Затим се раствор упаравао а остатак се жарио док не пређе у оксид (PuO₂). Након бомбардовања у циклотрону, слој се скида и раствара у азотној киселини, а потом се поновно таложи као хидроксид помоћу концентрованог воденог раствора амонијум хидроксида. Талог се поновно раствара у перхлорној киселини. Даљње одвајање наставља се помоћу јонскоизмењивачких средстава. У својим експериментима, научници су успели да синтетишу низ од четири различита изотопа америцијума: ²⁴¹Am, ²⁴²Am, ²³⁹Am и ²³⁸Am.

Као први је изоловани изотоп ²⁴¹Am из једног узрока плутонијума који је био изложен неутронима. Тај изотоп америцијума распао се на ²³⁷Np емитујући α-честице. Време полураспада овог α-распада најпре је било процењено на 510 ± 20 година, међутим данас је у науци општеприхваћено да ова вредност износи 432,2 године.^[9]

\mathrm {^{239}_{\ 94}Pu\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 94}^{240}Pu\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 94}^{241}Pu\ {\xrightarrow[{14,35\ a}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 95}^{241}Am\ \left(\ {\xrightarrow[{432,2\ a}]{\alpha }}\ _{\ 93}^{237}Np\right)}

Наведено време представља време полураспада.

Као други изотоп добијен је ²⁴²Am путем поновљеног бомбардовања неутронима претходно синтетизованог ²⁴¹Am. Након што је добијен, уследио је врло брзи β-распад при чему је настао ²⁴²Cm, изотоп већ раније откривеног елемента киријума. Време полураспада овог β-распада најпре је процењено на 17 сати, а данас је познато да та вредност износи 16,02 сати.^[9].

\mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am\ \left(\ {\xrightarrow[{16,02\ h}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{242}Cm\right)}

Откриће новог елемента први пут је објављено у јавности у америчкој радиоемисији „Квиз кидс” 11. новембра 1945. у којој је учествовао Глен Т. Сиборг, што се догодило пре званичне објаве открића која је уследила на симпозију Америчког хемијског друштва. Један од млађих слушалаца упитао је госта емисије, Сиборга, да ли су током Другог светског рата у склопу истраживања нуклеарног оружја откривени неки нови елементи. Сиборг је потврдно одговорио на питање и тиме истовремено открио постојање и следећег тежег елемента, киријума.^[10]

Америцијум (²⁴¹Am и ²⁴²Am) и његово добијање касније је патентирано под називом Елемент 95 и метода добијања истог (енгл. Element 95 and method of producing said element), при чему је као проналазач наведен само Глен Т. Сиборг.^[11]

У елементарном облику први пут је добијен тек 1951. путем редукције америцијум(III) флуорида баријумом.^[12]

Особине

У периодном систему елемената, америцијум с атомским бројем 95 налази се у серији актиноида, његов претходник је плутонијум, а након њега следи киријум. Аналог америцијума у серији лантаноида јесте европијум.

Физичке

Америцијум је вештачки радиоактивни елемент. Свеже произведени америцијум је сребрено-сјајни метал, који на собној температури полако поприми мат сјај. Лако се може ковати и деформисати. Његова тачка топљења износи 1176 °C^[13] а тачка кључања око 2607 °C. Његова специфична тежина износи око око 13,67 g/cm³.^[13]^[14] Јавља се у две алотропске модификације.

При стандардним условима температуре и притиска стабилна модификација α-Am се кристализује у хексагоналном кристалном систему у просторној групи P6₃/mmc са параметрима решетке a = 346,8 pm и c = 1124 pm као и четири формулске јединице по елементарној ћелији. Кристална структура се састоји од двоструког хексагоналног најгушћег кугластог паковања (dhcp) уз редослед слојева ABAC па је према томе изотип структуре α-лантана.^[14]^[15]

При високом притиску α-Am прелази у β-Am. Бета модификација се кристализује у кубном кристалном систему у просторној групи Fm ${\bar {3}}$ m са параметром решетке a = 489 pm,^[14]^[15] што одговара кубној плошно центрираној решетцi (fcc) односно кубном најгушћем кугластом паковању са редоследом слогова ABC.

Енталпија раствора металног америцијума у HCl при стандардним условима износи −620,6 ± 1,3 kJ·mol⁻¹. Полазећи од ове вредности дошло се до првобитних прорачуна о стандардној енталпији настанка (Δ_fH⁰) јона Am³⁺_(aq) од −621,2 ± 2,0 kJ·mol⁻¹ као и стандардног потенцијала Am³⁺ / Am⁰ од −2,08 ± 0,01 V.^[16]

Хемијске

Он је врло реактиван елемент, који лако реагује са кисеоником из ваздуха и добро се раствара у киселинама. Доста је стабилан према базама. Најстабилније оксидационо стање америцијума је +3, па су једињења Am(III) релативно добро отпорна на оксидацију и редукцију. Почев од америцијума у периодном систему па навише, следе актиноиди који су према својим хемијским особинама више слични лантаноидима него елементима d-блока.

Америцијум се може јавити и у оксидационим стањима +2, +4, +5, +6 i +7. Према оксидационом броју варира и боја јона америцијума у воденим растворима као и боја његових једињења у чврстом стању:
Am³⁺ (жуто-роз), Am⁴⁺ (жуто-црвен), Am^VO₂⁺ (жут), Am^VIO₂²⁺ (лимун жут), Am^VIIO₆⁵⁻ (тамнозелен).

За разлику од свог хомолога европијума (америцијум има електронску конфигурацију аналогну европијуму), јони Am³⁺ се не могу редуковати до Am²⁺ у воденом раствору. Једињења америцијума од оксидационог стања +4 и већем су снажна оксидациона средства која се могу поредити са перманганатним јоном (MnO₄⁻) у киселом раствору.^[17] Јони Am⁴⁺ који нису постојани у воденим растворима могу се добити из Am(III) само помоћу снажних оксидационих средстава. У чврстом облику позната су два једињења америцијума у оксидационом стању +4: америцијум(IV)-оксид (AmO₂) и америцијум(IV)-флуорид (AmF₄).

Распрострањеност

Сматра се да неки изотопи америцијума настају r-процесом при супернови, али се на Земљи не налазе у природи због свог релативно кратког времена полураспада у односу на старост планете.

Међутим, данас се америцијум добија као нуспроизвод у нуклеарним централама. Изотоп ²⁴¹Am настаје као производ распада (између осталог у потрошеним горивим шипкама) из изотопа плутонијума ²⁴¹Pu. У једној тони потрошеног нуклеарног горива просечно се налази око 100 g разних изотопа америцијума.^[18] Углавном су то изотопи α-емитери ²⁴¹Am и ²⁴³Am, који су због свог, нешто дужег, времена полураспада непожељни за трајно одлагање нуклеарног отпада, па се због тога убрајају у „трансуранијски отпад”. Смањење дугорочне радиоактивности у одлагалиштима нуклеарног отпада је могуће путем издвајања дугоживући изотопа из потрошеног нуклеарног горива. Да би се у њему смањило присуство америцијума, истражују се, између осталог, стратегије партиционирања и трансмутирања.^[19]^[20]

Референце

^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
^ ^а ^б Muller, W.; Schenkel, R.; Schmidt, H. E.; Spirlet, J. C.; McElroy, D. L.; Hall, R. O. A.; Mortimer, M. J. (1978). „The electrical resistivity and specific heat of americium metal”. Journal of Low Temperature Physics. 30 (5–6): 561. Bibcode:1978JLTP...30..561M. doi:10.1007/BF00116197.
^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
^ ^а ^б Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. А-Б. Београд: Народна књига : Политика. стр. 41. ISBN 86-331-2075-5.
^ G. T. Seaborg; R. A. James; L. O. Morgan (1949). „The Transuranium Elements: Research Papers”. The New Element Americium (Atomic Number 95). 14 B. New York: McGraw-Hill Book Co. Inc. , Paper No. 22.1, (sažetak; mašinoskript (januar 1948)).
^ K. Street, Jr.; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). „The Isotopes of Americium”. Physical Review. 79 (3): 530—531. doi:10.1103/PhysRev.79.530. , mašinoskript (11. april 1950)).
^ ^а ^б G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3—128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Архивирано из оригинала 01. 03. 2015. г. Приступљено 19. 01. 2021.
^ Rachel Sheremeta Pepling (2003). „Americium”. Chemical & Engineering News. 81 (36). ISSN 0009-2347.
^ US 3156523, Glenn T. Seaborg, "Element 95 and method of producing said element", published 10. 11. 1964, issued 23. 8. 1946
^ Edgar F. Westrum, Jr.; LeRoy Eyring (1951). „The Preparation and Some Properties of Americium Metal”. J. Am. Chem. Soc. 73 (7): 3396—3398. doi:10.1021/ja01151a116.
^ ^а ^б W. Z. Wade; T. Wolf (1967). „Preparation and Some Properties of Americium Metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 29 (10): 2577—2587. doi:10.1016/0022-1902(67)80183-0.
^ ^а ^б ^в D. B. McWhan; B. B. Cunningham; J. C. Wallmann (1962). „Crystal Structure, Thermal Expansion and Melting Point of Americium Metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 24 (9): 1025—1038. doi:10.1016/0022-1902(62)80246-2.
^ ^а ^б Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, sist. br. 71, Transurane, dio vol 1, str. 57–67.
^ J. U. Mondal; D. L. Raschella; R. G. Haire; J. R. Peterson (1987). „The Enthalpy of Solution of ²⁴³Am Metal and the Standard Enthalpy of Formation of Am³⁺(aq)”. Thermochim. Acta. 116: 235—240. doi:10.1016/0040-6031(87)88183-2.
^ A. F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 1956. ISBN 978-3-11-017770-1.
^ Klaus Hoffmann (1979). Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Leipzig, Jena, Berlin: Urania-Verlag. стр. 233.
^ L. H. Baetsle: Application of Partitioning/Transmutation of Radioactive Materials in Radioactive Waste Management Архивирано 2005-04-26 на сајту Wayback Machine, septembar 2001.
^ Gabriele Fioni; Michel Cribier; Frédéric Marie. „Can the minor actinide, americium-241, be transmuted by thermal neutrons?” (на језику: енглески). Архивирано из оригинала 23. 09. 2015. г. Приступљено 23. 9. 2015.

Литература

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
Penneman, R. A. and Keenan T. K. The radiochemistry of americium and curium, University of California, Los Alamos, California, 1960
Wiberg, Nils (2007). Lehrbuch Der Anorganischen Chemie. De Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.
Nuclides and Isotopes – 14th Edition, GE Nuclear Energy, 1989.
Fioni, Gabriele; Cribier, Michel; Marie, Frédéric. „Can the minor actinide, americium-241, be transmuted by thermal neutrons?”. Commissariat à l'énergie atomique. Архивирано из оригинала 11. 11. 2007. г.
Stwertka, Albert (1999). A Guide to the Elements . Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-508083-4.

Спољашње везе

Americium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
ATSDR – Public Health Statement: Americium
World Nuclear Association – Smoke Detectors and Americium

[CIAAW2016-1] Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[res-2] а ^б Muller, W.; Schenkel, R.; Schmidt, H. E.; Spirlet, J. C.; McElroy, D. L.; Hall, R. O. A.; Mortimer, M. J. (1978). „The electrical resistivity and specific heat of americium metal”. Journal of Low Temperature Physics. 30 (5–6): 561. Bibcode:1978JLTP...30..561M. doi:10.1007/BF00116197.

[3] Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.

[Housecroft3rd-4] Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.

[ParkesNeorganskaHemija-5] Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.

[британика_1-6] а ^б Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. А-Б. Београд: Народна књига : Политика. стр. 41. ISBN 86-331-2075-5.

[rajames-7] G. T. Seaborg; R. A. James; L. O. Morgan (1949). „The Transuranium Elements: Research Papers”. The New Element Americium (Atomic Number 95). 14 B. New York: McGraw-Hill Book Co. Inc. , Paper No. 22.1, (sažetak; mašinoskript (januar 1948)).

[kstreet-8] K. Street, Jr.; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). „The Isotopes of Americium”. Physical Review. 79 (3): 530—531. doi:10.1103/PhysRev.79.530. , mašinoskript (11. april 1950)).

[nubase-9] а ^б G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3—128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Архивирано из оригинала 01. 03. 2015. г. Приступљено 19. 01. 2021.

[Sheremeta-10] Rachel Sheremeta Pepling (2003). „Americium”. Chemical & Engineering News. 81 (36). ISSN 0009-2347.

[uspat3156523-11] US 3156523, Glenn T. Seaborg, "Element 95 and method of producing said element", published 10. 11. 1964, issued 23. 8. 1946

[AM_METALL1-12] Edgar F. Westrum, Jr.; LeRoy Eyring (1951). „The Preparation and Some Properties of Americium Metal”. J. Am. Chem. Soc. 73 (7): 3396—3398. doi:10.1021/ja01151a116.

[AM_METALL2-13] а ^б W. Z. Wade; T. Wolf (1967). „Preparation and Some Properties of Americium Metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 29 (10): 2577—2587. doi:10.1016/0022-1902(67)80183-0.

[AM_METALL4-14] а ^б ^в D. B. McWhan; B. B. Cunningham; J. C. Wallmann (1962). „Crystal Structure, Thermal Expansion and Melting Point of Americium Metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 24 (9): 1025—1038. doi:10.1016/0022-1902(62)80246-2.

[Gmelin-15] а ^б Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, sist. br. 71, Transurane, dio vol 1, str. 57–67.

[Raschella-16] J. U. Mondal; D. L. Raschella; R. G. Haire; J. R. Peterson (1987). „The Enthalpy of Solution of ²⁴³Am Metal and the Standard Enthalpy of Formation of Am³⁺(aq)”. Thermochim. Acta. 116: 235—240. doi:10.1016/0040-6031(87)88183-2.

[HOWI_1956-17] A. F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 1956. ISBN 978-3-11-017770-1.

[khofman-18] Klaus Hoffmann (1979). Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Leipzig, Jena, Berlin: Urania-Verlag. стр. 233.

[Baetslelh-19] L. H. Baetsle: Application of Partitioning/Transmutation of Radioactive Materials in Radioactive Waste Management Архивирано 2005-04-26 на сајту Wayback Machine, septembar 2001.

[Fioni-20] Gabriele Fioni; Michel Cribier; Frédéric Marie. „Can the minor actinide, americium-241, be transmuted by thermal neutrons?” (на језику: енглески). Архивирано из оригинала 23. 09. 2015. г. Приступљено 23. 9. 2015.

[4]

[5]

[6]

[1]

[2]

[3]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]