Americijum

Americijum
Opšta svojstva
Ime, simbol	americijum, Am
Izgled	srebrnasto beo
U periodnome sistemu
plutonijum ← americijum → kirijum	‍
Atomski broj (Z)	95
Grupa, perioda	grupa N/D, perioda 7
Blok	f-blok
Kategorija	aktinoid
Rel. at. masa (Ar)	243,0613813(24)
Maseni broj	243 (najstabilniji izotop)
El. konfiguracija
po ljuskama	2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja	1449 K (1176 °‍C, 2149 °F)
Tačka ključanja	2880 K (2607 °‍C, 4725 °F) (izračunato)
Gustina pri s.t.	12 g/cm3
Toplota fuzije	14,39 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet	28 J/(mol·K)
Atomska svojstva
Elektronegativnost	1,3
Energije jonizacije	1: 578 kJ/mol
Atomski radijus	173 pm
Kovalentni radijus	180±6 pm
	Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura	dupla zbijena heksagonalna; (dHCP)
Topl. vodljivost	10 W/(m·K)
Elektrootpornost	0,69 µΩ·m
Magnetni raspored	paramagnetičan
Magnetna susceptibilnost (χmol)	+1000,0·10−6 cm3/mol
CAS broj	7440-35-9
Istorija
Imenovanje	po Amerikama
Otkriće	Glen T. Siborg, Ralf A. Džejms, Leon O. Morgan, Albert Giorzo (1944)
Glavni izotopi
α	237Np
α	238Np
SF	–
α	239Np
	reference • Vikipodaci

Americijum (Am, lat. americium) je hemijski element iz grupe aktinoida sa atomskim brojem 95.^[4]^[5]^[6]Ime potiče od kontinenta Amerika.

U periodnom sistemu nalazi se u grupi aktinoida (7. perioda, f-blok) te se ubraja u transuranske elemente. Americijum je, pored evropijuma, jedini hemijski element nazvan po nekom kontinentu. To je radioaktivni srebreno-sjajni metal, koji se vrlo lako može oblikovati. Ne postoji ni jedan stabilni izotop americijuma. Na Zemlji se javlja isključivo kao sintetički, veštački element. Prvi put je dobijen u jesen 1944. godine, ali njegovo otkriće nije odmah objavljeno. Međutim, njegovo postojanje indirektno je objavio njegov pronalazač, čuveni američki hemičar Glen T. Siborg tokom gostovanja u jednoj radioemisiji za decu.

Americijum takođe nastaje i u nuklearnim reaktorima, gde se prosečno u jednoj toni potrošenog nuklearnog goriva nalazi oko 100 grama ovog elementa. Najčešće se koristi kao izvor jonizujućeg zračenja, na primer, u spektroskopiji fluorescencijom i u detektorima dima na bazi jonizacije. Izotop americijuma ²⁴¹Am se razmatrao za korištenje u radionuklidnim baterijama (RTG) za svemirske letelice i sonde, gde bi zamenio plutonijum (²³⁸Pu) zbog znatno dužeg vremena poluraspada od 432,2 godine, čime bi se takve letelice mogle napajati električnom energijom više stotina godina.

Istorija

Americijum je u kasnu jesen 1944. sintetisala grupa naučnika: Glen T. Siborg, Ralf A. Džejms, Leon O. Morgan i Albert Giorzo na Univerzitetu Kalifornije u Bekliju pomoću 60-inčnog ciklotrona, kao i naučnici u metalurškoj laboratoriji Univerziteta u Čikagu (danas: Nacionalna laboratorija Argon). Nakon neptunijuma i plutonijuma, americijum je bio četvrti transuranijski element koji je otkriven od 1940. godine; dok je kirijum sa višim atomskim brojem od njega otkriven treći već na leto 1944. godine.^[6] Ime elementa odabrano je kao referenca za oba kontinenta Amerike, analogno elementu evropijumu, metalu retkih zemalja koji se u periodnom sistemu elemenata nalazi tačno iznad americijuma: Ime americijum (prema obe Amerike) i simbol Am predložen je za ovaj element na osnovu njegovog mesta u PSE, kao šestog člana serije retkih zemnih aktinoida, analogno evropijum, Eu, iz serije lantanoida.^[7]^[8]

Za sintezu novih elemenata po pravilu su se koristili oksidi polaznih elemenata. Najpre se nanosio rastvor plutonijum-nitrata (koji se sastojao iz izotopa ²³⁹Pu) na platinsku foliju površine oko 0,5 cm². Zatim se rastvor uparavao a ostatak se žario dok ne pređe u oksid (PuO₂). Nakon bombardovanja u ciklotronu, sloj se skida i rastvara u azotnoj kiselini, a potom se ponovno taloži kao hidroksid pomoću koncentrovanog vodenog rastvora amonijum hidroksida. Talog se ponovno rastvara u perhlornoj kiselini. Daljnje odvajanje nastavlja se pomoću jonskoizmenjivačkih sredstava. U svojim eksperimentima, naučnici su uspeli da sintetišu niz od četiri različita izotopa americijuma: ²⁴¹Am, ²⁴²Am, ²³⁹Am i ²³⁸Am.

Kao prvi je izolovani izotop ²⁴¹Am iz jednog uzroka plutonijuma koji je bio izložen neutronima. Taj izotop americijuma raspao se na ²³⁷Np emitujući α-čestice. Vreme poluraspada ovog α-raspada najpre je bilo procenjeno na 510 ± 20 godina, međutim danas je u nauci opšteprihvaćeno da ova vrednost iznosi 432,2 godine.^[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)}

Navedeno vreme predstavlja vreme poluraspada.

Kao drugi izotop dobijen je ²⁴²Am putem ponovljenog bombardovanja neutronima prethodno sintetizovanog ²⁴¹Am. Nakon što je dobijen, usledio je vrlo brzi β-raspad pri čemu je nastao ²⁴²Cm, izotop već ranije otkrivenog elementa kirijuma. Vreme poluraspada ovog β-raspada najpre je procenjeno na 17 sati, a danas je poznato da ta vrednost iznosi 16,02 sati.^[9].

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

Otkriće novog elementa prvi put je objavljeno u javnosti u američkoj radioemisiji „Kviz kids” 11. novembra 1945. u kojoj je učestvovao Glen T. Siborg, što se dogodilo pre zvanične objave otkrića koja je usledila na simpoziju Američkog hemijskog društva. Jedan od mlađih slušalaca upitao je gosta emisije, Siborga, da li su tokom Drugog svetskog rata u sklopu istraživanja nuklearnog oružja otkriveni neki novi elementi. Siborg je potvrdno odgovorio na pitanje i time istovremeno otkrio postojanje i sledećeg težeg elementa, kirijuma.^[10]

Americijum (²⁴¹Am i ²⁴²Am) i njegovo dobijanje kasnije je patentirano pod nazivom Element 95 i metoda dobijanja istog (engl. Element 95 and method of producing said element), pri čemu je kao pronalazač naveden samo Glen T. Siborg.^[11]

U elementarnom obliku prvi put je dobijen tek 1951. putem redukcije americijum(III) fluorida barijumom.^[12]

Osobine

U periodnom sistemu elemenata, americijum s atomskim brojem 95 nalazi se u seriji aktinoida, njegov prethodnik je plutonijum, a nakon njega sledi kirijum. Analog americijuma u seriji lantanoida jeste evropijum.

Fizičke

Americijum je veštački radioaktivni element. Sveže proizvedeni americijum je srebreno-sjajni metal, koji na sobnoj temperaturi polako poprimi mat sjaj. Lako se može kovati i deformisati. Njegova tačka topljenja iznosi 1176 °C^[13] a tačka ključanja oko 2607 °C. Njegova specifična težina iznosi oko oko 13,67 g/cm³.^[13]^[14] Javlja se u dve alotropske modifikacije.

Pri standardnim uslovima temperature i pritiska stabilna modifikacija α-Am se kristalizuje u heksagonalnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi P6₃/mmc sa parametrima rešetke a = 346,8 pm i c = 1124 pm kao i četiri formulske jedinice po elementarnoj ćeliji. Kristalna struktura se sastoji od dvostrukog heksagonalnog najgušćeg kuglastog pakovanja (dhcp) uz redosled slojeva ABAC pa je prema tome izotip strukture α-lantana.^[14]^[15]

Pri visokom pritisku α-Am prelazi u β-Am. Beta modifikacija se kristalizuje u kubnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi Fm ${\bar {3}}$ m sa parametrom rešetke a = 489 pm,^[14]^[15] što odgovara kubnoj plošno centriranoj rešetci (fcc) odnosno kubnom najgušćem kuglastom pakovanju sa redosledom slogova ABC.

Entalpija rastvora metalnog americijuma u HCl pri standardnim uslovima iznosi −620,6 ± 1,3 kJ·mol⁻¹. Polazeći od ove vrednosti došlo se do prvobitnih proračuna o standardnoj entalpiji nastanka (Δ_fH⁰) jona Am³⁺_(aq) od −621,2 ± 2,0 kJ·mol⁻¹ kao i standardnog potencijala Am³⁺ / Am⁰ od −2,08 ± 0,01 V.^[16]

Hemijske

On je vrlo reaktivan element, koji lako reaguje sa kiseonikom iz vazduha i dobro se rastvara u kiselinama. Dosta je stabilan prema bazama. Najstabilnije oksidaciono stanje americijuma je +3, pa su jedinjenja Am(III) relativno dobro otporna na oksidaciju i redukciju. Počev od americijuma u periodnom sistemu pa naviše, slede aktinoidi koji su prema svojim hemijskim osobinama više slični lantanoidima nego elementima d-bloka.

Americijum se može javiti i u oksidacionim stanjima +2, +4, +5, +6 i +7. Prema oksidacionom broju varira i boja jona americijuma u vodenim rastvorima kao i boja njegovih jedinjenja u čvrstom stanju:
Am³⁺ (žuto-roz), Am⁴⁺ (žuto-crven), Am^VO₂⁺ (žut), Am^VIO₂²⁺ (limun žut), Am^VIIO₆⁵⁻ (tamnozelen).

Za razliku od svog homologa evropijuma (americijum ima elektronsku konfiguraciju analognu evropijumu), joni Am³⁺ se ne mogu redukovati do Am²⁺ u vodenom rastvoru. Jedinjenja americijuma od oksidacionog stanja +4 i većem su snažna oksidaciona sredstva koja se mogu porediti sa permanganatnim jonom (MnO₄⁻) u kiselom rastvoru.^[17] Joni Am⁴⁺ koji nisu postojani u vodenim rastvorima mogu se dobiti iz Am(III) samo pomoću snažnih oksidacionih sredstava. U čvrstom obliku poznata su dva jedinjenja americijuma u oksidacionom stanju +4: americijum(IV)-oksid (AmO₂) i americijum(IV)-fluorid (AmF₄).

Rasprostranjenost

Smatra se da neki izotopi americijuma nastaju r-procesom pri supernovi, ali se na Zemlji ne nalaze u prirodi zbog svog relativno kratkog vremena poluraspada u odnosu na starost planete.

Međutim, danas se americijum dobija kao nusproizvod u nuklearnim centralama. Izotop ²⁴¹Am nastaje kao proizvod raspada (između ostalog u potrošenim gorivim šipkama) iz izotopa plutonijuma ²⁴¹Pu. U jednoj toni potrošenog nuklearnog goriva prosečno se nalazi oko 100 g raznih izotopa americijuma.^[18] Uglavnom su to izotopi α-emiteri ²⁴¹Am i ²⁴³Am, koji su zbog svog, nešto dužeg, vremena poluraspada nepoželjni za trajno odlaganje nuklearnog otpada, pa se zbog toga ubrajaju u „transuranijski otpad”. Smanjenje dugoročne radioaktivnosti u odlagalištima nuklearnog otpada je moguće putem izdvajanja dugoživući izotopa iz potrošenog nuklearnog goriva. Da bi se u njemu smanjilo prisustvo americijuma, istražuju se, između ostalog, strategije particioniranja i transmutiranja.^[19]^[20]

Reference

^ 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?” (na jeziku: engleski). Arhivirano iz originala 23. 09. 2015. g. Pristupljeno 23. 9. 2015. CS1 održavanje: Nepodoban URL (veza)

Literatura

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II izd.). 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. Arhivirano iz originala 11. 11. 2007. g. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
Stwertka, Albert (1999). A Guide to the Elements . Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-508083-4.

Spoljašnje veze

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?” (na jeziku: engleski). Arhivirano iz originala 23. 09. 2015. g. Pristupljeno 23. 9. 2015. CS1 održavanje: Nepodoban URL (veza)

[4]

[5]

[6]

[1]

[2]

[3]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]