El americio - Americium


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Americio,   95 Am
microscope.jpg americio
Propiedades generales
Pronunciación / ˌ æ m ɪ r ɪ s i ə m / ( AM -ə- RISS -ee-əm )
Apariencia blanco plateado
Numero de masa 243 (isótopo más estable)
Americio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio neodimio Prometeo Samario europio gadolinio Terbio disprosio holmio erbio Tulio Iterbio lutecio Hafnio tantalio Tungsteno renio Osmio iridio Platino Oro Mercurio (elemento) talio Dirigir Bismuto Polonio astato Radón
francio Radio Actinio torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio einstenio fermium Mendelevio nobelio lawrencium rutherfordium dubnium seaborgio bohrium hassio meitnerio darmstadtium roentgenio copernicio Nihonium flerovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
Eu

Am

(uqe)
plutonioamericiocurio
El número atómico ( Z ) 95
Grupo grupo n / a
Período período de 7
Bloquear f-bloque
categoría de elementos   actínidos
Configuración electronica [ Rn ] 5f 7 7s 2
Electrones por shell
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Propiedades físicas
Fase al  STP sólido
Punto de fusion 1449  K (1176 ° C, 2149 ° F)
Punto de ebullición 2880 K (2607 ° C, 4725 ° F) (calculado)
Densidad (cerca  rt ) 12 g / cm 3
Calor de fusión 14,39  kJ / mol
capacidad calorífica molar 62,7 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 1239 1356
propiedades atómicas
estados de oxidación 2, 3 , 4, 5, 6, 7 (un  anfótero óxido)
electronegatividad escala de Pauling: 1.3
energías de ionización
  • Primero: 578 kJ / mol
Radio atómico empírica: 173  pm
radio covalente 180 ± 18:00
Líneas de color en un rango espectral
Las líneas espectrales de americio
Otras propiedades
Estructura cristalina doble hexagonal compacta (DHCP)
cerca embalado estructura cristalina hexagonal doble para americio
Conductividad térmica 10 W / (m · K)
Resistividad electrica 0,69 μΩ · m
ordenamiento magnético paramagnético
Susceptibilidad magnética + 1000,0 · 10 -6  cm 3 / mol
Número CAS 7440-35-9
Historia
nombrar después de las Américas
Descubrimiento Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Leon O. Morgan , Albert Ghiorso (1944)
Principales isótopos de americio
Isótopo Abundancia La vida media ( t 1/2 ) modo de desintegración Producto
241 Am syn 432,2 y SF -
α 237 Np
242 m1 Am syn 141 y ESO 242 Am
α 238 Np
SF -
243 Am syn 7370 y SF -
α 239 Np
| referencias

Americio es un sintético elemento químico con el símbolo de Am y número atómico 95. Es radiactivo y un transuránicos miembro de la actínidos serie, en la tabla periódica situado bajo el lantánido elemento europio , y por lo tanto, por analogía, se nombra después de las Américas .

El americio se produjo por primera vez en 1944 por el grupo de Glenn T. Seaborg de Berkeley, California , en el Laboratorio de Metalúrgica de la Universidad de Chicago , una parte del Proyecto Manhattan . Aunque es el tercer elemento de la serie transuránicos , se descubrió cuarto, después de que el más pesado curio . El descubrimiento se mantuvo en secreto y sólo lanzado al público en noviembre de 1945. La mayoría de americio es producido por el uranio o plutonio siendo bombardeados con neutrones en reactores nucleares - una tonelada de pasado de combustible nuclear contiene cerca de 100 gramos de americio. Es ampliamente utilizado en comerciales cámara de ionización detectores de humo , así como en las fuentes de neutrones y medidores industriales. Varias aplicaciones inusuales, tales como baterías o combustible para las naves espaciales con propulsión nuclear, nucleares, se han propuesto para el isótopo 242m Am, pero están aún obstaculizada por la escasez y el alto precio de este isómero nuclear .

Americio es un relativamente blando radiactivo metal con aspecto plateado. Sus isótopos comunes son 241 Am y 243 Am. En los compuestos químicos, americio normalmente asume el estado de oxidación +3, especialmente en soluciones. Varios otros estados de oxidación son conocidos, que van desde 2 hasta 7 y puede ser identificado por su característica de absorción óptica espectros. La red cristalina de americio sólido y sus compuestos contienen pequeños defectos radiogénicos intrínsecas, debido a metamictization inducida por auto-irradiación con partículas alfa, que se acumula con el tiempo; esto puede causar una deriva de algunas propiedades de los materiales con el tiempo, más notable en las muestras mayores.

Historia

El ciclotrón de 60 pulgadas en el Lawrence Radiation Laboratory, Universidad de California, Berkeley , en agosto de 1939.
El triángulo en el tubo de vidrio contiene la primera muestra de americio (como el hidróxido de (Am (OH) 3 )), producido en 1944.

Aunque el americio se produjo probablemente en los experimentos nucleares anteriores, se sintetizó por primera vez intencionadamente , aislados e identificados a finales de otoño de 1944, en la Universidad de California, Berkeley , por Glenn T. Seaborg , Leon O. Morgan, Ralph A. James y Albert Ghiorso . Utilizaron una de 60 pulgadas ciclotrón en la Universidad de California, Berkeley. El elemento fue identificado químicamente en el laboratorio metalúrgico (ahora Argonne National Laboratory ) de la Universidad de Chicago . Siguiendo el encendedor neptunio , plutonio , y más pesado curio , americio fue el cuarto elemento transuranium de ser descubierto. En ese momento, la tabla periódica había sido reestructurado por Seaborg a su trazado actual, que contiene la fila por debajo de la de los actínidos de los lantánidos uno. Esto llevó al americio se encuentra justo por debajo de su gemelo europio elemento lantánido; fue así, por analogía, el nombre de las Américas : "El nombre de americio (después de las Américas) y el símbolo Am se sugieren para el elemento sobre la base de su posición como el sexto miembro de la serie de las tierras raras actínidos, análogo al europio, eu, de la serie de los lantánidos ".

El nuevo elemento se aisló a partir de sus óxidos en un proceso complejo, multi-paso. Primero plutonio -239 nitrato ( 239 puno 3 ) solución se revistió sobre un platino lámina de aproximadamente 0,5 cm 2 de área, la solución se evaporó y el residuo se convirtió en dióxido de plutonio (PuO 2 ) por recocido. Después de la irradiación ciclotrón, el recubrimiento se disolvió con ácido nítrico , y después se precipitó como el hidróxido usando acuosa concentrada de solución de amoníaco . El residuo se disolvió en ácido perclórico . Además separación se llevó a cabo por intercambio de iones , produciendo un cierto isótopo de curio. La separación de curio y americio era tan laborioso que esos elementos fueron llamados inicialmente por el grupo de Berkeley como pandemónium (del griego para todos los demonios o diablos ) y el delirio (del latín para la locura ).

Los experimentos iniciales produjeron cuatro isótopos de americio: 241 Am, 242 Am, 239 Am y 238 Am. Americio-241 se obtuvo directamente de plutonio tras la absorción de dos neutrones. Se desintegra por la emisión de un α-partícula a 237 Np; la vida media de esta descomposición se determinó por primera vez como 510 ± 20 años, pero luego corrigió a 432,2 años.

Los tiempos son vidas medias

El segundo isótopo 242 Am fue producido a bombardeo de neutrones de la ya creado 241 Am. Tras la rápida β-caries , 242 Am convierte en el isótopo de curio 242 Cm (que había sido descubierto previamente). La vida media de este decaimiento se determinó inicialmente a las 17 horas, que era cercano al valor actualmente aceptado de 16,02 h.

El descubrimiento de americio y curio en 1944 estaba estrechamente relacionado con el Proyecto Manhattan ; los resultados fueron desclasificados confidencial y sólo en 1945. Seaborg filtró la síntesis de los elementos 95 y 96 en el programa de radio de Estados Unidos para niños Cuestionario niños cinco días antes de la presentación oficial en la American Chemical Society reunión del 11 de noviembre de 1945, cuando una de las oyentes se les preguntó si cualquier nuevo elemento transuranium lado de plutonio y neptunio había sido descubierto durante la guerra. Después del descubrimiento de americio isótopos 241 Am y 242 Am, su producción y compuestos fueron patentados lista solamente Seaborg como el inventor. Las muestras iniciales americio pesaron unos pocos microgramos; eran apenas visibles y fueron identificados por su radiactividad. Las primeras cantidades sustanciales de americio metálico pesaje 40-200 microgramos no se prepararon hasta 1951 por reducción de americio fluoruro (III) con bario de metal en alto vacío a 1100 ° C.

Ocurrencia

El americio se detectó en las consecuencias de la Ivy Mike ensayo nuclear.

Los isótopos más longevos y más comunes de americio, 241 Am y 243 Am, tienen vidas medias de 432,2 y 7.370 años, respectivamente. Por lo tanto, cualquier primordial americio (americio que estaba presente en la Tierra durante su formación) debería haber decaído por ahora.

Americio existente se concentra en las áreas utilizadas para los atmosféricas pruebas de armas nucleares realizados entre 1945 y 1980, así como en los sitios de incidentes nucleares, tales como la catástrofe de Chernobyl . Por ejemplo, el análisis de los restos en el sitio de ensayo de la primera de EE.UU. bomba de hidrógeno , Ivy Mike , (1 de noviembre de 1952, Enewetak Atoll ), reveló altas concentraciones de diversos actínidos incluyendo americio; pero debido al secreto militar, este resultado no fue publicado hasta más tarde, en 1956. trinitita , el residuo vítreo deja en el suelo del desierto cerca de Alamogordo , Nuevo México , después de que el plutonio basados en Trinidad ensayo nuclear el 16 de julio de 1945, contiene trazas de americio-241. También se detectaron niveles elevados de americio en el lugar del accidente de un EE.UU. B-52 Boeing avión de bombardero, que lleva cuatro bombas de hidrógeno, en 1968 en Groenlandia .

En otras regiones, la radiactividad promedio de la superficie del suelo debido al americio residual es de sólo 0,01  picocuries / g (0,37  mBq / g). Compuestos americio atmosféricos son poco solubles en disolventes comunes y en su mayoría se adhieren a las partículas del suelo. El análisis de suelo reveló aproximadamente 1900 veces más alta concentración de americio en el interior de las partículas del suelo de arena que en el agua presente en los poros del suelo; una proporción incluso más alta se midió en la marga suelos.

El americio se produce principalmente artificialmente en pequeñas cantidades, para fines de investigación. Una tonelada de combustible nuclear gastado contiene alrededor de 100 gramos de diversos isótopos de americio, en su mayoría 241 Am y 243 Am. Su prolongada radiactividad no es deseable para la eliminación, y por lo tanto el americio, junto con otros actínidos de larga vida, debe ser neutralizado. El procedimiento asociado puede implicar varios pasos, donde el americio se separa primero y luego se convierte mediante bombardeo de neutrones en reactores especiales para nucleidos de corta duración. Este procedimiento es bien conocido como transmutación , pero todavía está siendo desarrollado para el americio. Los elementos transuránicos de americio a fermium produjo de forma natural en el reactor de fisión nuclear naturales en Oklo , pero ya no lo hacen.

Síntesis y extracción

nucleosyntheses isótopos

Cromatográficas de elución curvas que revelan la similitud entre los lantánidos de Tb, Gd, y de la UE y los actínidos correspondientes Bk, CM, y AM.

El americio se ha producido en pequeñas cantidades en los reactores nucleares durante décadas, y su kilogramos de 241 Am y 243 isótopos Am han sido acumulados por ahora. Sin embargo, desde que se ofreció por primera vez a la venta en 1962, su precio, alrededor de 1.500 dólares por gramo de 241 Am, permanece casi sin cambios debido al procedimiento de separación muy complejo. Cuanto más pesado isótopo 243 Am se produce en cantidades mucho más pequeñas; es por lo tanto más difícil de separar, lo que resulta en un mayor coste de la orden de 100,000-160,000 USD / g.

Americio no se sintetiza directamente de uranio - el material del reactor más común - pero desde el isótopo plutonio 239 Pu. Este último necesita ser producido primero, de acuerdo con el siguiente proceso nuclear:

La captura de dos neutrones por 239 Pu (una denominada n, γ) reacción (), seguido de una β-caries, los resultados en 241 Am:

El plutonio presente en el combustible nuclear gastado contiene aproximadamente 12% de 241 Pu. Debido a que convierte espontáneamente a 241 Am, 241 Pu se puede extraer y se puede utilizar para generar más 241 Am. Sin embargo, este proceso es bastante lenta: la mitad de la cantidad original de 241 Pu decae a 241 Am después de unos 15 años, y la 241 cantidad Am alcanza un máximo después de 70 años.

El obtenido 241 Am se puede utilizar para generar más pesados isótopos de americio por más de captura de neutrones en el interior de un reactor nuclear. En un reactor de agua ligera (LWR), 79% de 241 Am convierte a 242 Am y 10% a su isómero nuclear 242m Am:

Americio-242 tiene una vida media de sólo 16 horas, lo que hace que su posterior conversión ascendente a 243 Am, extremadamente ineficiente. El último isótopo se produce en cambio, en un proceso en 239 Pu captura cuatro neutrones a alta flujo de neutrones :

generación de metal

La mayoría de las rutinas de síntesis producir una mezcla de diferentes isótopos de actínidos en formas de óxido, de los cuales los isótopos de americio se pueden separar. En un procedimiento típico, el combustible de reactor gastado (por ejemplo, combustible MOX ) se disuelve en ácido nítrico , y el grueso de uranio y el plutonio se elimina usando un PUREX extracción de tipo ( P lutonium- UR anium EX tracción) con fosfato de tributilo en un hidrocarburo . Los lantánidos y actínidos restantes se separan a continuación a partir del residuo acuoso ( refinado ) por una diamida de extracción basado, para dar, después de separación, una mezcla de actínidos trivalentes y lantánidos. Compuestos americio se extraen entonces selectivamente usando varios pasos cromatográficos y centrifugación técnicas con un reactivo apropiado. Una gran cantidad de trabajo se ha hecho sobre la extracción con disolvente de americio. Por ejemplo, un 2,003 UE proyecto financiado por nombre en código "EUROPART" estudió triazinas y otros compuestos como agentes de extracción potenciales. A bis bipiridina -triazinyl complejo fue propuesta en 2009 como un reactivo tal es altamente selectiva al americio (y el curio). Separación de americio desde el curio altamente similar puede conseguirse mediante el tratamiento de una suspensión de sus hidróxidos en solución acuosa de bicarbonato de sodio con ozono , a temperaturas elevadas. Tanto Am y Cm son en su mayoría presentes en soluciones en el estado 3 de valencia; mientras que el curio se mantiene sin cambios, americio oxida a soluble complejos Am (IV) que se pueden lavar de distancia.

Americio metálico se obtiene por reducción a partir de sus compuestos. Americio fluoruro (III) se utilizó primero para este propósito. La reacción se llevó a cabo utilizando elemental de bario como agente reductor en un entorno libre de agua y oxígeno dentro de un aparato hecho de tántalo y tungsteno .

Una alternativa es la reducción de dióxido de americio por metálico de lantano o torio :

Propiedades físicas

Doble hexagonal de embalaje con el ABAC secuencia de capas en la estructura cristalina de α-americio (: verde, B: azul, C: rojo A) cerca.

En la tabla periódica , americio se encuentra a la derecha de plutonio, a la izquierda de curio, y por debajo del lantánido europio , con el que comparte muchas similitudes en las propiedades físicas y químicas. Americio es un elemento altamente radiactivo. Cuando recién preparado, tiene un brillo metálico de color blanco plateado, pero luego empaña lentamente en el aire. Con una densidad de 12 g / cm 3 , americio es menos denso que tanto el curio (13,52 g / cm 3 ) y el plutonio (19,8 g / cm 3 ); pero tiene una densidad más alta que europio (5,264 g / cm 3 ) en su mayoría debido a su mayor masa atómica. Americio es relativamente blanda y fácilmente deformable y tiene una significativamente menor módulo de compresibilidad de los actínidos ante sí: Th, Pa, U, Np y Pu. Su punto de 1173 ° C de fusión es significativamente más alta que la de plutonio (639 ° C) y europio (826 ° C), pero más baja que para el curio (1340 ° C).

En condiciones ambientales, americio está presente en su forma α más estable que tiene una simetría cristalina hexagonal , y un grupo espacial P6 3 / MMC con parámetros de red un  = 346,8  pm y c  = 1,124 pm, y cuatro átomos por celda unidad . El cristal se compone de una doble hexagonal de embalaje con la secuencia de capas ABAC y así es isotípico con α-lantano y varios actínidos tales como α-curio. La estructura cristalina de americio cambia con la presión y la temperatura. Cuando se comprime a temperatura ambiente a 5 GPa, α-Am transforma a la modificación β, que tiene una cúbica centrada en las caras ( fcc simetría), grupo de espacio Fm 3 m y constante de red a  = 489 pm. Este fcc estructura es equivalente a la de embalaje más cercana con la secuencia ABC. Tras una posterior compresión a 23 GPa, americio transforma a un ortorrómbica estructura γ-Am similar a la de α-uranio. No hay más transiciones observadas hasta 52 GPa, a excepción de una aparición de una fase monoclínica a presiones entre 10 y 15 GPa. No hay consistencia sobre el estado de esta fase en la literatura, que a veces también se enumeran las fases a, ß y gamma como I, II y III. La transición β-γ se acompaña de una disminución del 6% en el volumen de cristal; Aunque la teoría también predice un cambio de volumen significativo para la transición α-β, no se observa experimentalmente. La presión de la transición α-β disminuye al aumentar la temperatura, y cuando a-americio se calienta a presión ambiente, a 770 ° C se transforma en un fcc fase que es diferente de β-Am, y en 1075 ° C se convierte a un cúbica centrada en el cuerpo estructura. El diagrama de fases de presión-temperatura del americio es, pues, más bien similares a las de lantano, praseodimio y neodimio .

Como con muchos otros actínidos, auto-daño de la red cristalina debido a la irradiación de partículas alfa es intrínseca al americio. Es especialmente notable a bajas temperaturas, donde la movilidad de los producidos defectos de la red es relativamente baja, mediante la ampliación de difracción de rayos X picos. Este efecto hace que algo incierta la temperatura del americio y algunas de sus propiedades, tales como eléctrica resistividad . Así que para el americio-241, la resistividad en 4,2 K aumenta con el tiempo de alrededor de 2 μOhm · cm a 10 μOhm · cm después de 40 horas, y se satura a alrededor de 16 μOhm · cm después de 140 horas. Este efecto es menos pronunciado a temperatura ambiente, debido a la aniquilación de los defectos de radiación; también calentar a temperatura ambiente, la muestra, que se mantuvo durante horas a temperaturas bajas restaura su resistividad. En muestras frescas, la resistividad aumenta gradualmente con la temperatura de aproximadamente 2 μOhm · cm en helio líquido a 69 μOhm · cm a temperatura ambiente; Este comportamiento es similar a la de neptunio, el uranio, torio y protactinio , pero es diferente de plutonio y el curio, que muestran un rápido aumento de hasta 60 K seguido por la saturación. El valor de la temperatura ambiente para el americio es menor que la de neptunio, plutonio y el curio, pero mayor que para el uranio, torio y protactinio.

Americio es paramagnético en un amplio rango de temperaturas, de la de helio líquido , a temperatura ambiente y por encima. Este comportamiento es marcadamente diferente de la de su curio vecino que exhibe transición antiferromagnético a 52 K. La expansión térmica coeficiente de americio es ligeramente anisotrópico y asciende a (7,5 ± 0,2) × 10 -6  / ° C a lo largo del más corto de un eje y ( 6,2 ± 0,4) × 10 -6  / ° C para el más largo c eje hexagonal. La entalpía de disolución de metal de americio en ácido clorhídrico en condiciones estándar es -620,6 ± 1,3 kJ / mol , de la que el cambio de entalpía estándar de formaciónf H °) de acuosa Am 3+ ion es -621,2 ± 2,0 kJ / mol . El potencial estándar Am 3+ / Am 0 es -2,08 ± 0,01 V .

Propiedades químicas

Iones en solución americio Am: 3+ (izquierda) y Am 4+ (derecha). Am 3+ es incoloro a baja y rojizo a concentraciones más altas.

Americio reacciona fácilmente con el oxígeno y se disuelve bien en ácidos . El más común estado de oxidación para el americio es 3, en el que los compuestos americio son bastante estable frente a la oxidación y reducción. En este sentido, el americio es químicamente similar a la mayoría de los lantánidos. Las formas trivalente americio insoluble de fluoruro , oxalato , yodato , hidróxido , fosfato y otras sales. Otros estados de oxidación se han observado entre 2 y 7, que es la gama más amplia entre los elementos actínidos. Su color en soluciones acuosas varía como sigue: Am 3+ (de incoloro a amarillo-rojizo), Am 4+ (amarillo-rojizo), Am V O +
2
; (amarillo), Am VI O 2 +
2
(marrón) y Am VII O 5-
6
(verde oscuro). Todos los estados de oxidación tienen sus espectros de absorción óptica característica, con unos pocos picos agudos en las regiones visible y del infrarrojo medio, y la posición y la intensidad de estos picos se pueden convertir en las concentraciones de los estados de oxidación correspondientes. Por ejemplo, Am (III) tiene dos picos agudos a 504 y 811 nm, Am (V) a 514 y 715 nm, y Am (VI) a 666 y 992 nm.

Compuestos americio con estado de oxidación +4 y superior son agentes oxidantes fuertes, comparable en fuerza al permanganato de iones ( MnO -
4
) en soluciones ácidas. Considerando que las Am 4+ iones son inestables en soluciones y fácilmente convertir a Am 3+ , el estado de oxidación +4 se produce bien en sólidos, tales como dióxido de americio (AMO 2 ) y americio (IV) fluoruro (AMF 4 ).

Todos los pentavalentes y hexavalentes compuestos americio son sales complejas tales como Kamo 2 F 2 , Li 3 AmO 4 y Li 6 AmO 6 , Ba 3 AmO 6 , AmO 2 F 2 . Estos estados de oxidación altos am (IV), Am (V) y Am (VI) pueden prepararse a partir Am (III) mediante oxidación con persulfato de amonio en ácido nítrico diluido, con óxido de plata (I) en ácido perclórico , o con ozono o persulfato de sodio en carbonato de sodio soluciones. El estado de oxidación pentavalente de americio se observó por primera vez en 1951. Está presente en solución acuosa en forma de AmO +
2
iones (ácido) o AmO -
3
iones (alcalino), que son sin embargo inestable y sujeto a varias rápidos de desproporción reacciones:

Compuestos químicos

compuestos oxigenados

Tres óxidos americio son conocidos, con los estados de oxidación +2 (AMO), +3 (AM 2 O 3 ) y 4 (AMO 2 ). Óxido de americio (II) se preparó en cantidades mínimas y no se ha caracterizado en detalles. Óxido de americio (III) es un sólido rojo-marrón con un punto de 2205 ° C de fusión. El americio (IV) óxido es la principal forma de americio sólido que se utiliza en casi todas sus aplicaciones. Como la mayoría de otros dióxidos de actínidos, es un sólido negro con un (cúbico fluorita ) estructura cristalina.

El oxalato de americio (III), se secó a vacío a temperatura ambiente, tiene la fórmula química Am 2 (C 2 O 4 ) 3 · 7H 2 O. Tras el calentamiento en vacío, pierde agua a 240 ° C y comienza a descomponerse en AmO 2 a 300 ° C, la descomposición completa en alrededor de 470 ° C. El oxalato inicial se disuelve en ácido nítrico con la solubilidad máxima de 0,25 g / L.

haluros

Haluros de americio son conocidos por los estados de oxidación +2, +3 y +4, donde el 3 es más estable, especialmente en soluciones.

Estado de oxidación F Cl br yo
4 El americio (IV) de fluoruro
AmF 4
de color rosa pálido
3 El americio (III) fluoruro
AmF 3
rosa
El americio (III) cloruro de
AMCL 3
rosa
El americio (III) de bromuro de
AMBR 3
de color amarillo claro
El americio (III) de yoduro de
AmI 3
luz amarilla
2 El americio (II) cloruro de
AMCL 2
negro
El americio (II) de bromuro de
AMBR 2
negro
El americio (II) de yoduro de
AmI 2
negro

Reducción de Am (III) compuestos con sodio amalgama produce Am sales (ii) - los haluros de negro AMCL 2 , AMBR 2 y el IAM 2 . Son muy sensibles al oxígeno y se oxidan en agua, la liberación de hidrógeno y la conversión de nuevo al estado Am (III). Constantes de red específicos son:

  • Ortorrómbico AMCL 2 : un = 896,3 ± 24:08 , b = 757,3 ± 24:08 y c = 453,2 ± 24:06
  • Tetragonal AMBR 2 : un = 1 159 0,2 ± 24:04 y c = 712,1 ± 24:03 . También se pueden preparar por reacción de americio metálico con un haluro de mercurio apropiado HgX 2 , donde X = Cl, Br o I:

El americio (III) fluoruro (AMF 3 ) es poco soluble y precipita después de la reacción de Am 3+ y iones fluoruro en soluciones ácidas débiles:

El tetravalente americio (IV) fluoruro (AMF 4 ) se obtiene haciendo reaccionar el americio sólido fluoruro con molecular (III) de flúor :

Otra forma conocida de cloruro tetravalente americio sólido es KAMF 5 . Americio tetravalente también se ha observado en la fase acuosa. Para este propósito, negro Am (OH) 4 se disolvió en 15 M NH 4 F con la concentración americio de 0,01 M. La solución rojiza resultante tenía un espectro de absorción óptica característica que es similar a la de AmF 4 pero difería de otro de oxidación estados de americio. El calentamiento de la solución Am (IV) a 90 ° C no resultó en su desproporción o reducción, sin embargo se observó una reducción lenta de Am (III) y se asigna a la auto-irradiación de americio por partículas alfa.

La mayoría americio (III) haluros forman cristales hexagonales con ligera variación del color y la estructura exacta entre los halógenos. Así, cloruro de (AMCL 3 ) es de color rojizo y tiene un isotípico estructura a uranio (III) cloruro (grupo espacial P6 3 / m) y el punto de 715 ° C de fusión. El fluoruro es isotípico LaF 3 (grupo espacial P6 3 / MMC) y el yoduro a BiI 3 (espacio grupo R 3 ). El bromuro es una excepción con el ortorrómbica PuBr 3 de tipo estructura y el espacio grupo Cmcm. Los cristales de hexahidrato de americio (AMCL 3 · 6H 2 O) se pueden preparar mediante la disolución de dióxido de americio en ácido clorhídrico y evaporar el líquido. Esos cristales son higroscópicos y tienen color amarillo-rojizo y una monoclínica estructura cristalina.

Oxihaluros de americio en forma Am VI O 2 X 2 , Am V O 2 X, Am IV OX 2 y Am III OX se pueden obtener haciendo reaccionar el haluro de americio correspondiente con oxígeno o Sb 2 O 3 , y AmOCl también pueden producirse por fase de vapor de hidrólisis :

Calcogenuros y pníctidos

Los conocidos calcogenuros de americio incluyen los de sulfuro AmS 2 , seleniuros aṁśe 2 y Am 3 de Se 4 , y telururos Am 2 Te 3 y Amte 2 . Los pníctidos de americio ( 243 Am) del tipo AMX son conocidos por los elementos fósforo , arsénico , antimonio y bismuto . Cristalizan en la sal de roca celosía.

Siliciuros y boruros

Americio monosilicide (AARMI) y "disiliciuro" (nominalmente Amsi x con: 1,87 <x <2,0) se obtuvieron por reducción de americio fluoruro (III) con elemental de silicio en vacío a 1050 ° C (AARMI) y 1150 a 1200 ° C ( Amsi x ). Amsi es un sólido isomorfo negro con LASI, tiene una simetría del cristal ortorrómbico. Amsi x tiene un lustre plateado brillante y una red cristalina tetragonal (grupo espacial I 4 1 / AMD), es isomorfo con PUSI 2 y THSI 2 . Boruros de americio incluyen la AmB 4 y la AmB 6 . El tetraboruro puede obtenerse por calentamiento de un óxido o haluro de americio con diboruro de magnesio en vacío o atmósfera inerte.

compuestos Organoamericium

Estructura predicha de amerocene [(η 8 -C 8 H 8 ) 2 AM]

Análogo a uranocene , americio forma la amerocene compuesto organometálico con dos cyclooctatétraène ligandos, con la fórmula química (η 8 -C 8 H 8 ) 2 Enm. Un complejo de ciclopentadienilo También se sabe que es probable que sea estequiométricamente AMCP 3 .

La formación de los complejos del tipo Am (nC 3 H 7 -BTP) 3 , donde BTP significa piridina 2,6-di (1,2,4-triazin-3-ilo), en soluciones que contienen nC 3 H 7 - BTP y AM 3+ iones ha sido confirmada por EXAFS . Algunos de estos complejos de tipo BTP interactúan selectivamente con americio y por lo tanto son útiles en su separación selectiva de lantánidos y otros actínidos.

aspectos biológicos

El americio es un elemento artificial de origen reciente, y por lo tanto no tiene un requisito biológica . Es perjudicial para la vida . Se ha propuesto el uso de bacterias para la eliminación de americio y otros metales pesados de los ríos y arroyos. Por lo tanto, Enterobacteriaceae del género Citrobacter precipitar iones americio partir de soluciones acuosas, uniéndolos en un complejo de metal-fosfato a sus paredes celulares. Varios estudios han sido reportados en la biosorción y bioacumulación de americio por bacterias y hongos.

Fisión

El isótopo 242m Am (vida media de 141 años) tiene las secciones transversales más grandes para la absorción de neutrones térmicos (5.700 graneros ), que resulta en una pequeña masa crítica para un sostenido reacción nuclear en cadena . La masa crítica para un desnudo 242m esfera Am es de aproximadamente 9-14 kg (los resultados de incertidumbre de un conocimiento insuficiente de sus propiedades del material). Puede ser baja a 3-5 kg con un reflector de metal y debe ser incluso más pequeña con un reflector agua. Tal pequeña masa crítica es favorable para portátiles armas nucleares , pero los basados en 242m Am no se conocen todavía, probablemente debido a su escasez y alto precio. Las masas críticas de otros dos isótopos fácilmente disponibles, 241 Am y 243 Am, son relativamente altos - 57,6 a 75,6 kg para 241 Am y 209 kg para 243 Am. Escasez y el alto precio aún obstaculizan la aplicación de americio como combustible nuclear en los reactores nucleares .

Hay propuestas de los reactores de alto flujo de 10 kW muy compactas utilizando tan sólo 20 gramos de 242m Am. Tales reactores de baja potencia serían relativamente seguro para su uso como fuentes de neutrones para la terapia de radiación en los hospitales.

isótopos

Unos 19 isótopos y 8 isómeros nucleares son conocidos por el americio. Hay dos de larga vida emisores alfa, 241 Am y 243 Am con vidas medias de 432,2 y 7.370 años, respectivamente, y el isómero nuclear 242m1 Am tiene una larga vida media de 141 años. Las vidas medias de otros isótopos e isómeros van desde 0,64 microsegundos para 245m1 Am a 50,8 horas para 240 Am. Al igual que con la mayoría de los actínidos, los isótopos de americio con número impar de neutrones tienen relativamente alta tasa de fisión nuclear y de baja masa crítica.

Americio-241 decae a 237 Np partículas que emite alfa del 5 energías diferentes, sobre todo en 5.486 MeV (85,2%) y 5.443 MeV (12,8%). Debido a que muchos de los estados resultantes son metaestables, también emiten rayos gamma con las energías discretas entre 26,3 y 158,5 keV.

Americio-242 es un isótopo de corta duración con una vida media de 16.02 h. En su mayoría (82,7%) convierte por β-decaimiento a 242 Cm, sino también por captura de electrones a 242 Pu (17,3%). Tanto 242 Cm y 242 Pu transformar a través de casi la misma cadena de desintegración a través de 238 Pu hasta 234 U.

Casi todos (99,541%) de 242m1 Am decae por conversión interna a 242 Am y el 0,459% restante por α-decaimiento a 238 Np. Este último se descompone posteriormente a 238 Pu y luego a 234 U.

Americio-243 transformadas por α-emisión a 239 Np, que convierte por β-decaimiento a 239 Pu, y el 239 Pu cambia a 235 U mediante la emisión de una α-partícula.

aplicaciones

Por fuera y dentro de la visión de un detector de humo basado en el americio

detector de humo de tipo ionización

Americio se utiliza en el tipo más común de hogar detector de humo , que utiliza 241 Am en forma de dióxido de americio como su fuente de radiación ionizante . Este isótopo se prefiere sobre 226 Ra porque emite 5 veces más partículas alfa y relativamente poca radiación gamma perjudicial. Colector elemento de Theodore Gray menciona en su libro Los Elementos: Una Exploración visual de cada átomo Conocido en el Universo :

Se podría pensar que un elemento radiactivo sintético que sigue el plutonio (94) -y tiene una significativamente menor vida media-sería algún tipo de material superbomba, disponible sólo para los científicos en laboratorios secretos. Tal vez un científico loco está estudiando americio en una guarida en algún lugar, pero si quieres algo de sí mismo que simplemente puede entrar en cualquier ferretería de barrio, supermercados, o Wal-Mart y comprar un poco, sin hacer preguntas.

La razón no es que el americio es fundamentalmente menos peligrosos que los elementos a su alrededor. De hecho, el isótopo comúnmente disponibles, 241 Am, es significativamente más radiactivo que el plutonio, y al menos tan tóxico. No, la diferencia es simplemente que hay una aplicación útil para el americio que requiere sólo una cantidad muy pequeña, y para el cual se preparó una empresa que pasar por el esfuerzo requerido para tallar y obtener una excepción reglamentaria.

La cantidad de americio en un detector típico nueva humo es 1  microcurie (37  kBq ) o 0,29 microgramos . Esta cantidad disminuye lentamente como el americio se desintegra en el neptunio -237, un elemento transuránicos diferente, con una vida media mucho más larga (alrededor de 2.14 millones de años). Con su vida media de 432,2 años, el americio en un detector de humo incluye aproximadamente 3% de neptunio después de 19 años, y aproximadamente 5% después de 32 años. La radiación pasa a través de una cámara de ionización , un espacio lleno de aire entre dos electrodos , y permite que una pequeña, constante de corriente entre los electrodos. Cualquier humo que entra en la cámara absorbe las partículas alfa, que reduce la ionización y afecta a esta corriente, la activación de la alarma. En comparación con el detector de humo óptico alternativa, el detector de humo de ionización es más barato y puede detectar partículas que son demasiado pequeñas para producir significativa de dispersión de luz; Sin embargo, es más propenso a falsas alarmas .

radionucleido

Como 241 Am tiene una más o menos similar a la vida media de 238 Pu (432,2 años frente a 87 años), se ha propuesto como un elemento activo de los generadores termoeléctricos de radioisótopos , por ejemplo, en las naves espaciales. Aunque americio produce menos calor y electricidad - el rendimiento de potencia es 114,7 mW / g para 241 Am y 6,31 mW / g para 243 Am (cf. 390 mW / g para 238 Pu) - y su radiación plantea más amenaza para los seres humanos debido a neutrones emisión, la Agencia Espacial Europea está considerando utilizar el americio por sus sondas espaciales.

Otra aplicación relacionada con el espacio propuesto para el americio es un combustible para las naves espaciales con propulsión nuclear. Se basa en el índice muy alto de la fisión nuclear de 242m Am, que puede mantenerse incluso en una lámina micrómetros de espesor. Pequeño espesor evita el problema de la auto-absorción de la radiación emitida. Este problema es pertinente para barras de uranio o de plutonio, en el que sólo las capas superficiales proporcionan partículas alfa. Los productos de fisión de 242m Am cualquiera puede impulsar directamente la nave espacial o pueden calentar un gas de empuje. También pueden transferir su energía a un fluido y generar electricidad a través de un generador de magnetohidrodinámica .

Una de las propuestas más que utiliza la alta tasa de fisión nuclear de 242m Am es una batería nuclear. Su diseño no se basa en la energía de la emitida por las partículas alfa americio, sino en su cargo, es decir, los americio actúa como el "cátodo" autosostenible. Un solo 3,2 kg 242m Am cargo de tal batería podría proporcionar aproximadamente 140 kW de potencia durante un período de 80 días. Incluso con todos los beneficios potenciales, las aplicaciones actuales de 242m Am están aún obstaculizadas por la escasez y el alto precio de este particular, isómero nuclear .

fuente de neutrones

El óxido de 241 Am presionado con berilio es una eficiente fuente de neutrones . Aquí americio actúa como la fuente de alfa, y berilio produce neutrones debido a su gran sección transversal para la reacción nuclear (α, n):

El uso más extendido de 241 fuentes AmBe de neutrones es una sonda de neutrones - un dispositivo utilizado para medir la cantidad de agua presente en el suelo, así como la humedad / densidad para el control de calidad en la construcción de carreteras. 241 fuentes de neutrones Am también se utilizan en aplicaciones de pozos, así como en la radiografía de neutrones , tomografía y otras investigaciones radioquímica.

Producción de otros elementos

Americio es un material de partida para la producción de otros elementos transuránicos y transactinides - por ejemplo, 82,7% de 242 Am decae a 242 cm y 17,3% a 242 Pu. En el reactor nuclear, 242 Am es también convertidas por captura de neutrones a 243 Am y 244 Am, que transforma por desintegración β-a 244 Cm:

La irradiación de 241 Am por 12 C o 22 Ne iones produce los isótopos 247 Es ( einsteinio ) o 260 Db ( dubnium ), respectivamente. Además, el elemento berkelium ( 243 Bk isótopo) había sido producida primero intencionalmente e identificado mediante el bombardeo de 241 Am con partículas alfa, en 1949, por el mismo grupo Berkeley, usando el mismo ciclotrón de 60 pulgadas. Del mismo modo, nobelio fue producida en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear , Dubna , Rusia, en 1965 en varias reacciones, uno de los cuales incluían irradiación de 243 Am con 15 N iones. Además, una de las reacciones de síntesis para lawrencio , descubiertas por los científicos de Berkeley y Dubna, incluido el bombardeo de 243 Am con 18 O.

Espectrómetro

Americio-241 se ha utilizado como una fuente portátil de ambos rayos gamma y las partículas alfa para un número de usos médicos e industriales. Los 59,5409 keV emisiones de rayos gamma de 241 Am en tales fuentes se pueden utilizar para el análisis indirecto de los materiales en la radiografía y de fluorescencia de rayos X espectroscopia, así como para el control de calidad en fijos medidores de densidad nuclear y densometers nucleares . Por ejemplo, el elemento se ha empleado para medir vidrio espesor para ayudar a crear vidrio plano. Americio-241 también es adecuado para la calibración de los espectrómetros de rayos gamma en el rango de baja energía, ya que su espectro consiste en casi un pico único y continuo Compton insignificante (al menos tres órdenes de magnitud menor intensidad). Rayos gamma americio-241 también se utilizaron para proporcionar un diagnóstico pasiva de la función tiroidea. Esta aplicación médica es sin embargo obsoleta.

Preocupaciones de salud

Como elemento altamente radiactivo, americio y sus compuestos deben ser manejados sólo en un laboratorio adecuado en virtud de acuerdos especiales. Aunque la mayoría de los isótopos de americio predominantemente emiten partículas alfa que pueden ser bloqueadas por capas delgadas de materiales comunes, muchos de los productos hija emiten rayos gamma y los neutrones que tienen una profundidad de penetración de largo.

Si se consume, la mayor parte del americio es excretada dentro de unos pocos días, con sólo el 0,05% absorbido en la sangre, de los cuales aproximadamente el 45% va a la del hígado y el 45% a los huesos, y el 10% restante se excreta. La absorción en el hígado depende de la persona y aumenta con la edad. En los huesos, americio se deposita primero sobre corticales y trabeculares superficies y lentamente redistribuye sobre el hueso con el tiempo. La vida media biológica de 241 Am es de 50 años en los huesos y los 20 años en el hígado, mientras que en las gónadas (testículos y ovarios) sigue siendo de forma permanente; en todos estos órganos, americio promueve la formación de células cancerosas como resultado de su radiactividad.

Americio a menudo entra en vertederos de desechados detectores de humo . Las reglas asociadas con la eliminación de los detectores de humo están relajados en la mayoría de las jurisdicciones. En 1994, 17 años de edad, David Hahn extrae el americio de unos 100 detectores de humo en un intento de construir un reactor nuclear criador. Ha habido unos pocos casos de exposición al americio, siendo el de la peor de los casos técnico de operaciones química Harold McCluskey , quien a la edad de 64 fue expuesto a 500 veces el nivel ocupacional de americio-241 como consecuencia de una explosión en su laboratorio . McCluskey murió a la edad de 75 años de una enfermedad preexistente no relacionada.

Ver también

notas

referencias

Bibliografía

Otras lecturas

enlaces externos