Америцијум (Am, лат. americium) је хемијски елемент из групе актиноида са атомским бројем 95.[3][4] Име потиче од континента Америка.

Америцијум
Americium microscope.jpg
Општа својства
Име, симболамерицијум, Am
Изгледсребрнасто бео
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Eu

Am

(Uqe)
плутонијумамерицијумкиријум
Атомски број (Z)95
Група, периодагрупа 3, периода 7
Блокf-блок
Масени број243 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења1449 K ​(1176 °‍C, ​2149 °F)
Тачка кључања2880 K ​(2607 °‍C, ​4725 °F) (израчунато)
Густина при с.т.12 g/cm3
Топлота фузије14,39 kJ/mol
Мол. топл. капацитет28[1] J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 1239 1356
P (Pa) 103 104 105
на T (K)
Атомска својства
Електронегативност1,3
Енергије јонизације1: 578 kJ/mol
Атомски радијус173 pm
Ковалентни радијус180±6 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структурадупла збијена хексагонална
(dHCP)
Double hexagonal close packed кристална структура за америцијум
Топл. водљивост10 W/(m·K)
Електрична отпорност0,69 µΩ·m[1]
Магнетни распоредпарамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)+1000,0·10−6 cm3/mol[2]
CAS број7440-35-9
Историја
Именовањепо Америкама
ОткрићеГлен Т. Сиборг, Ралф А. Џејмс, Леон О. Морган, Алберт Гиорзо (1944)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
241Am syn 432,2 y СФ
α 237Np
242m1Am syn 141 y IT 242Am
α 238Np
СФ
243Am syn 7370 y СФ
α 239Np
референцеВикиподаци

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.

ИсторијаУреди

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. 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.[5][6]

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 синтетитишу низ од четири различита изотопа америцијума: 241Am, 242Am, 239Am и 238Am.

Као први је изолованани 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.[7]

 
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.[7].

 

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.[8]

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.[9]

У елементарном облику први пут је добијен тек 1951. путем редукције америцијум(III) флуорида баријумом.[10]

ОсобинеУреди

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.

ФизичкеУреди

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[11] а тачка кључања око 2607°C. Његова специфична тежина износи око око 13,67 g/cm3.[11][12] 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.[12][13]

При високом притиску α-Am прелази у β-Am. Бета модификација се кристализује у кубном кристалном систему у просторној групи Fm m са параметром решетке a = 489 pm,[12][13] 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 (ΔfH0) јона Am3+(aq) од −621,2 ± 2,0 kJ·mol−1 као и стандардног потенцијала Am3+ / Am0 од −2,08 ± 0,01 V.[14]

ХемијскеУреди

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), AmVO2+ (жут), AmVIO22+ (лимун жут), AmVIIO65− (тамно зелен).

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.[15] Јони Am4+ који нису постојани у воденим расворима 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).

РаспрострањеностУреди

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.[16] 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.[17][18]

РеференцеУреди

  1. ^ 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. 
  2. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  3. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  4. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  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)).
  6. ^ 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)).
  7. ^ 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. 
  8. ^ Rachel Sheremeta Pepling (2003). „Americium”. Chemical & Engineering News. 81 (36). ISSN 0009-2347. 
  9. ^ US 3156523, Glenn T. Seaborg, "Element 95 and method of producing said element", published 10. 11. 1964, issued 23. 8. 1946 
  10. ^ 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. 
  11. ^ 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. 
  12. ^ 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. 
  13. ^ а б Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, sist. br. 71, Transurane, dio vol 1, str. 57–67.
  14. ^ 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. 
  15. ^ 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. 
  16. ^ Klaus Hoffmann (1979). Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Leipzig, Jena, Berlin: Urania-Verlag. стр. 233. 
  17. ^ L. H. Baetsle: Application of Partitioning/Transmutation of Radioactive Materials in Radioactive Waste Management Архивирано 2005-04-26 на сајту Wayback Machine, septembar 2001.
  18. ^ Gabriele Fioni; Michel Cribier; Frédéric Marie. „Can the minor actinide, americium-241, be transmuted by thermal neutrons?” (на језику: енглески). Приступљено 23. 9. 2015. 

ЛитератураУреди

Спољашње везеУреди