Прометијум (Pm, лат. promethium) је хемијски елеменат из групе лантаноида са атомским бројем 61.[3][4] Име је добио по Прометеју, личности из грчке митологије. Сви његови изотопи су радиоактивни. Он је један од два таква елемента након којих у периодном систему следе стабилни елементи. Други такав елемент је технецијум. Хемијски, прометијум спада у лантаноиде, који спајањем с другим елементима граде соли. Једино познато стабилно оксидационо стање прометијума је +3.

Прометијум
Општа својства
Име, симболпрометијум, Pm
Изгледmetallic
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


Pm

Np
неодимијумпрометијумсамаријум
Атомски број (Z)61
Група, периодагрупа Н/Д, периода 6
Блокf-блок
Масени број145 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 23, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења1315 K ​(1042 °‍C, ​1908 °F)
Тачка кључања3273 K ​(3000 °‍C, ​5432 °F)
Густина при с.т.7,26 g/cm3
Топлота фузије7,13 kJ/mol
Топлота испаравања289 kJ/mol
Атомска својства
Електронегативност1,13 (?)
Енергије јонизације1: 540 kJ/mol
2: 1050 kJ/mol
3: 2150 kJ/mol
Атомски радијус183 pm
Ковалентни радијус199 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структурадупла збијена хексагонална
(dHCP)
Double hexagonal close packed кристална структура за прометијум
Топл. ширење9,0 µm/(m·K)[1] (at r.t.)
Топл. водљивост17,9 W/(m·K)
Електрична отпорностпроц. 0.75 µΩ·m (на r.t.)
Магнетни распоредпарамагнетичан[2]
Јангов модулα форма: проц. 46 GPa
Модул смицањаα форма: проц. 18 GPa
Модул стишљивостиα форма: проц. 33 GPa
Поасонов коефицијентα форма: проц. 0.28
CAS број7440-12-2
Историја
ОткрићеЧиен Шинунг, Емилио Сегре, Ханс Бете (1942)
Прва изолацијаЧарлс Д. Кориел, Џејкоб А. Марински, Ловренс Е. Гленденин (1945)
Именовање и епонимГрејс Мери Кориел (1945)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
145Pm трагови 17,7 y ε 145Nd
146Pm syn 5,53 y ε 146Nd
β 146Sm
147Pm трагови 2,6234 y β 147Sm
референцеВикиподаци

Године 1902. Бохуслав Браунер је предвидео постојање тада још непознатог елемента чије особине су између тада познатих елемената неодијума (60) и самаријума (62). Ту претпоставку је потврдио 1914. Хенри Мозли, који је након што је одредио атомске бројеве свих тада познатих елемената, пронашао да не постоји елемент с атомским бројем 61. Године 1926. две групе научника (једна италијанска а друга америчка) тврдиле су да су издвојили узорак елемента 61. За оба „открића” ускоро се испоставило да су лажна. Током нуклеарног експеримента 1938. изведеног на Државном универзитету Охаја, добијено је неколико радиоактивних нуклида који засигурно нису могли бити радиоизотопи неодијума или самаријума, али због тадашњег недостатка хемијских доказа да је добијен елемент 61, откриће није признато у тадашњој науци. Прометијум је први пут произведен и описан у Националној лабораторији Оук Риџ 1945. након издвајања и анализе производа фисије уранијумског горива којег су претходно подвргли радијацији у графитном реактору. Научници су предложили назив prometheum (који се накнадно незнатно променио) што је изведеница из имена Прометеја, једног од Титана из грчке митологије који је по предаји украо ватру са Олимпа и донео је људима, што симболизује „истовремено смелу и могућу злоупотребу људског знања”. Узорак металног прометијума први пут је добијен 1963. године.

Постоје два могућа извора природног прометијума: ретки радиоактивни распад природног изотопа еуропијума-151 чиме настаје прометијум-147, те распадом уранијума (настају разни изотопи). Практична употреба постоји само за хемијска једињења изотопа прометијума-137, који се користи за атомске батерије и светлеће боје, као и за уређаје за мерење дебљине лака или боје, иако је прометијум-145 најстабилнији изотоп овог елемента. Пошто су природни извори прометијума врло ретки, он се обично синтетише бомбардовањем уранијума-235 (обогаћивањем уранијума) са термичким неутронима чиме се као производ фисије добија прометијум-147.

ИсторијаУреди

Чешки хемичар Бохуслав Браунер је 1902. открио да су разлике у особинама између неодијума и самаријума највеће међу било која два узастопна лантаноида у тада познатом низу. Као закључак он је предложио да између њих постоји још један елемент са особинама које се негде између та два елемента.[5] Ову процену подржао је Хенри Мозли 1914. године који је открио да је атомски број заправо особина неког елемента коју је могуће експериментално измерити, те је пронашао неколико атомских бројева који не одговарају нити једном познатом елементу у то време. Према његовим израчунима, постојале су празнине код атомских бројева 43, 61, 72, 75, 85 и 87.[6] Сазнавши за ове празнине у периодном систему, бројне групе научника почеле су потрагу за претпостављеним елементима у саставу других ретких земаља из природног окружења.[7]

Први извештај о открићу објавили су италијански хемичари Луиђи Рола и Лоренцо Фернандес у Фиренци. Након што су фракцијском кристализацијом издвајали мешавину концентрисаних нитрата неколико ретких земних елементата из узорка минерала монацита из Бразила, добили су раствор који је претежно садржавао самаријум. Тај раствор дао је спектар x-зрака који су приписани самаријуму и елементу 61. У част свог града, елементу 61 дали су назив „фиренцијум” (florentium). Резултате су објавили 1926. мада су научници тврдили да су експерименте обавили две године раније.[8][9][10][11][12][13] Такође 1926. године, група научника са Универзитета Илиниос из Урбана-Шампејн, Смит Хопкинс и Лен Интема су објавили откриће елемента 61. Дали су му назив „илинијум” (illinium) према имену универзитета.[14][15][16] Међутим, за оба ова наводна открића касније се испоставило да су нетачна, јер су спектралне линије за које се мислило да коресподирају са елементом 61 биле идентичне онима дидимијума (смесе празеодијума и неодијума), а за линије које се мислило да припадају елементу 61 испоставило се да припадају садржаним примесама (баријум, хром и платина).[7]

Напокон 1934, Јозеф Маточ је формулирао изобарно правило. Једна од индиректних последица овог правила била је та да елемент 61 не може имати стабилних изотопа.[7][17] Године 1938. Х. Б. Лоу са сарадницима на Државном универзитету Охајо извели су нуклеарни експеримент. Добијени нуклиди 1941. године нису били радиоизотопи неодијума или самаријума, те је за нови елемент предложен назив „циклонијум”, али због недостатака хемијских доказа да је добијен елемент 61, признање овог открића у светској науци је изостало.[18]

Тек 1945. у Националној лабораторији Оук Риџ (у то време „Клинтон лабораторије”) група научника Џејкоб А. Марински, Ловренс Е. Гленденин и Чарлс Д. Кориел издвојили су и анализирали производе фисије уранијумовог горива којег су изложили радијацији у графитном реактору. Међутим, пошто су били исувише заузети због војних истраживања током Другог светског рата, своје откриће нису објавили све до 1947.[19][20] Првобитно предложено име за елемент 61 било је „клинтонијум”, према лабораторији где су истраживања обављена. Међутим, назив „прометијум” (prometheum) предложила је Грејс Мери Кориел, супруга једног од научника.[18] То име је изведено из имена Прометеја, једног од Титана из грчке митологије који је украо ватру са планине Олимп и донео је људима[18] што симболизује „истовремено смелу и могућу злоупотребу људског знања”.[21] Писање имена се касније незнатно променило у данашње „прометијум” (promethium), ради усклађивања са именима већине других метала.[18]

ОсобинеУреди

ФизичкеУреди

 
Видљиви спектар прометијума

Прометијум има 61 електрон у атому, који имају конфигурацију [Xe]4f56s2.[22] При грађењу једињења, његов атом губи два вањска, најудаљенија електрона те један од 4f-електрона, који припадају отвореној подљусци. Атомски радијус елемента је трећи највећи међу свим лантаноидима, али је само незнатно већи од радијуса суседних елемената.[22] Он је једини изузетак од општег тренда контракције атома уз повећање атомског радијуса (узрокованог контракцијом лантаноида[23]) што није узроковано попуњеном (или половично попуњеном) 4f-подљуском.

Многе особине прометијума заснивају се на његовом месту међу лантаноидима те су претежно између особина неодија и самарија. На пример, тачка топљења, прве три енергије јонизације и енергија хидрације су веће него оне код неодијум али ниже него код самаријума,[22] слично томе, претпостављена тачка кључања, јонски (Pm3+) радијус и стандардна топлота формирања једноатомног гаса су више него код самаријума, али ниже него код неодијума.[22]

Прометијум има двоструку хексагоналну густо паковану (dhcp) структуру те тврдоћу од 63 kg/mm2.[24] Ова нискотемпературна алфа форма прелази у бета, просторно-центрирану кубчну (bcc) фазу при загрејавању нa 890 °C.[25]

ХемијскеУреди

Прометијум припада лантаноидној групи церијума те је хемијски врло сличан суседним елементима из периодног система.[26] Због његове нестабилности, хемијске студије о прометијуму нису потпуне. Чак иако је добијено неколико његових једињења, она нису свеобухватно проучена, мада генерално су ружичасте и црвене боје.[27][28] Третирањем амонијаком киселих раствора у којем су садржани јони Pm3+ добија се желатинозна светло смеђа наслага хидроксида, Pm(OH)3, који није растворљив у води.[29] Када се раствори у хлороводоничној киселини, настаје растворљива жута со PmCl
3
.[29] Слично томе, при растварању у азотној киселини добија се нитрат Pm(NO3)3. Нитрат је такође добро растворљив, а након сушења и уклањања воде формирају се ружичасти кристали, слични Nd(NO3)3.[29] Електронска конфигурација јона Pm3+ je [Xe] 4f4, а они су ружичасте боје. Симбол спектралног стабилног стања је 5I4.[30] Сулфат је слабо растворљив, као и сулфати других елемената групе церија. Параметри ћелије су израчунати за његов октахидрат. Они наводе на закључак да је густина Pm2(SO4)3·8 H
2
O
око 2,86 g/cm3.[31] Оксалат прометијума, Pm2(C2O4)3·10 H
2
O
, има најнижу растворљивост међу свим оксалатима лантаноида.[32]

За разлику од нитрата, прометијум оксид је доста сличан одговарајућим солима самаријума, али не и солима неодијума. Непосредно након синтетисања, нпр. загрејавањем оксалата, оксид је бели или љубичасти прах неправилне структуре.[29] Тај прах се кристализује у кубчну решетку након загрејавања до 600 °C. Даље жарење на температуру од 800 °C, а затим и до 1750 °C неповратно мења фазе, најпре у моноклинску а затим у хексагоналну, респективно, а оне фазе се могу међусобно мењати једноставним подешавањем времена и температуре жарења.[33]

Формула Симетрија Просторна
група
Br Пирсов
сибол
a (pm) b (pm) c (pm) Z густина
g/cm3
α-Pm dhcp[24][25] P63/mmc 194 hP4 365 365 1165 4 7,26
β-Pm bcc[25] Fm3m 225 cF4 410 410 410 4 6,99
Pm2O3 кубна[33] Ia3 206 cI80 1099 1099 1099 16 6,77
Pm2O3 моноклинска[33] C2/m 12 mS30 1422 365 891 6 7,40
Pm2O3 хексагонална[33] P3m1 164 hP5 380,2 380,2 595,4 1 7,53

Прометијум гради само једно стабилно оксидационо стање, +3 у облику јона, што одговара другим лантаноидима. Према његовом месту у периодном систему, за овај елемент се не може очекивати да гради стабилна +4 или +2 оксидациона стања. Третирање хемијских једињења која садрже јоне Pm3+ са снажним оксидационим или редукујућим средствима показало је да се ови ионе не могу лако оксидовати нити редуковати.[26]

Халиди прометијумa[34]
Формула Боја Координацијски
број
Симетрија Просторна
група
Br Пирсов
симбол
Тачка
топљења (°C)
PmF3 ружичаста 11 хексагонална P3c1 165 hP24 1338
PmCl3 тамно
љубичаста
9 хексагонална P63/mc 176 hP8 655
PmBr3 црвена 8 орторомбска Cmcm 63 oS16 624
α-PmI3 црвена 8 орторомбска Cmcm 63 oS16 α→β
β-PmI3 црвена 6 ромбоедарска R3 148 hR24 695

РеференцеУреди

  1. ^ Cverna, Fran (2002). „Ch. 2 Thermal Expansion”. ASM Ready Reference: Thermal properties of metals (PDF). ASM International. ISBN 978-0-87170-768-0. 
  2. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  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. ^ Michael Laing (2005). „A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned”. Foundations of Chemistry. 7 (3): 203—233. doi:10.1007/s10698-004-5959-9. 
  6. ^ Littlefield Thomas; Thorley Norman (1968). Atomic and nuclear physics: an introduction in S.I. units (2 изд.). Van Nostrand. стр. 109. ISBN 9780442048266. 
  7. ^ а б в Lavrukhina & Pozdnyakov 1966, стр. 108.
  8. ^ Rolla Luigi; Fernandes Lorenzo (1926). „Über das Element der Atomnummer 61”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 157: 371. doi:10.1002/zaac.19261570129. 
  9. ^ Noyes, W. A. (1927). „Florentium or Illinium?”. Nature. 120 (3009): 14. Bibcode:1927Natur.120...14N. doi:10.1038/120014c0. 
  10. ^ Rolla, L.; Fernandes L. (1927). „Florentium or Illinium?”. Nature. 119 (3000): 637. Bibcode:1927Natur.119..637R. doi:10.1038/119637a0. 
  11. ^ Rolla, L.; Fernandes L. (1928). „Florentium. II”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 169: 319. doi:10.1002/zaac.19281690128. 
  12. ^ Rolla, L.; Fernandes L. (1927). „Florentium”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 163: 40. doi:10.1002/zaac.19271630104. 
  13. ^ Rolla, L.; Fernandes L. (1927). „Über Das Element der Atomnummer 61 (Florentium)”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 160: 190. doi:10.1002/zaac.19271600119. 
  14. ^ Harris, J. A.; Yntema L. F.; Hopkins B. S. (1926). „The Element of Atomic Number 61; Illinium”. Nature. 117 (2953): 792. Bibcode:1926Natur.117..792H. doi:10.1038/117792a0. 
  15. ^ Brauner, Bohuslav (1926). „The New Element of Atomic Number 61: Illinium”. Nature. 118 (2959): 84. Bibcode:1926Natur.118...84B. doi:10.1038/118084b0. 
  16. ^ Meyer, R. J.; Schumacher G.; Kotowski A. (1926). „Über das Element 61 (Illinium)”. Naturwissenschaften. 14 (33): 771. Bibcode:1926NW.....14..771M. doi:10.1007/BF01490264. 
  17. ^ Thyssen Pieter; Binnemans Koen (2011). „Accommodation of the Rare Earths in the Periodic Table: A Historical Analysis”. Ур.: Gschneider Karl A. Jr.; Bünzli Jean-Claude; Pecharsky Vitalij K. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Amsterdam: Elsevier. стр. 63. ISBN 978-0-444-53590-0. OCLC 690920513. Приступљено 2013-04-25. 
  18. ^ а б в г Emsley 2011, стр. 428.
  19. ^ Marinsky J. A.; Glendenin L. E.; Coryell C. D. (1947). „The chemical identification of radioisotopes of neodymium and of element 61”. Journal of the American Chemical Society. 69 (11): 2781—5. PMID 20270831. doi:10.1021/ja01203a059. 
  20. ^ . urednici. „Discovery of Promethium”. Oak Ridge National Laboratory Review. 36 (1). 2003. Приступљено 1. 5. 2013. 
  21. ^ Egon Wiberg; Nils Wiberg; Arnold Frederick Holleman (2001). Inorganic Chemistry. John Wiley and Sons. стр. 1694. ISBN 0-12-352651-5. 
  22. ^ а б в г N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 изд.). Weinheim: VCH. стр. 1579. ISBN 3-527-26169-9. 
  23. ^ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988). Advanced Inorganic Chemistry (5 изд.). New York: Wiley-Interscience. стр. 776, 955. ISBN 0-471-84997-9. 
  24. ^ а б Pallmer P. G.; Chikalla T. D. (1971). „The crystal structure of promethium”. Journal of the Less Common Metals. 24 (3): 233. doi:10.1016/0022-5088(71)90101-9. 
  25. ^ а б в Gschneidner, K.A. Jr. (2005). „Physical Properties of the rare earth metals”. Ур.: Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86 изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 18. 9. 2012. Приступљено 25. 10. 2017. 
  26. ^ а б Lavrukhina & Pozdnyakov 1966, стр. 120.
  27. ^ Emsley 2011, стр. 429.
  28. ^ Promethium u Encyclopædia Britannica Online, pristupljeno 25. oktobra 2017.
  29. ^ а б в г Lavrukhina & Pozdnyakov 1966, стр. 121.
  30. ^ Aspinall, H. C. (2001). Chemistry of the f-block elements. Gordon & Breach. стр. 34, tabela 2.1. ISBN 905699333X. 
  31. ^ Lavrukhina & Pozdnyakov 1966, стр. 122.
  32. ^ Lavrukhina & Pozdnyakov 1966, стр. 123.
  33. ^ а б в г Chikalla T. D.; McNeilly C. E.; Roberts F. P. (1972). „Polymorphic Modifications of Pm2O3”. Journal of the American Ceramic Society. 55 (8): 428. doi:10.1111/j.1151-2916.1972.tb11329.x. 
  34. ^ Cotton, Simon (2006). Lanthanide And Actinide Chemistry. John Wiley & Sons. стр. 116–117. ISBN 978-0-470-01006-8. 

ЛитератураУреди

  • Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. стр. 428—430. ISBN 978-0-19-960563-7. 
  • Lavrukhina, Avgusta Konstantinovna; Pozdnyakov, Aleksandr Aleksandrovich (1966). Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция (Analytical Chemistry of Technetium, Promethium, Astatine, and Francium) (на језику: руски). Nauka. 
  • 2013, E.R. Scerri,A tale of seven elements, Oxford University Press, Oxford, ISBN 9780195391312

Спољашње везеУреди