Americij

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Americij,  95Am
Americium microscope.jpg
Americij u periodnom sistemu
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Americij, Am, 95
Serija Aktinoidi
Grupa, Perioda, Blok Ac, 7, f
Izgled srebrenasto bijeli metal
Zastupljenost 0 %
Atomske osobine
Atomska masa 243,061375[1] u
Atomski radijus (izračunat) 184 (-) pm
Kovalentni radijus - pm
Van der Waalsov radijus 228,5 pm
Elektronska konfiguracija [Rn] 5f77s2
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
1. energija ionizacije 578 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Kristalna struktura heksagonalna
Gustoća 13670 kg/m3
Magnetizam paramagnetičan ( = 7,1 · 10−4)[2]
Tačka topljenja 1449 K (1176 °C)
Tačka ključanja 2880 K (2607 °C)
Molarni volumen 1,778 · 10-5 m3/mol
Toplota isparavanja 238,5 kJ/mol
Toplota topljenja 14,4 kJ/mol
Brzina zvuka m/s
Specifična toplota 0,11 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 147,1[1] S/m pri 293,15 K
Toplotna provodljivost 10[1] W/(m · K) kod 300 K
Hemijske osobine
Oksidacioni broj 2, 3, 4, 5, 6, (7)
Elektrodni potencijal −2,070 V
(Am3+ + 3e → Am)[1]
Elektronegativnost 1,3 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
240Am

sin

50,8 h ε 240Pu
α (1,9 · 10−4 %) 236Np
241Am

sin

432,2 god α (≈ 100 %) 5,486 237Pu
SR (4,3 · 10−10 %) ? ?
242Am

sin

16,02 h β (≈ 82,7 %) 0,665 242Cm
ε (17,3 %) 0,751 242Pu
243Am

sin

7370 god α (≈ 100 %) 5,438 239Np
SR (4,7 · 10−9 %) ? ?
Sigurnosno obavještenje

Oznake upozorenja

Oznaka upozorenja nepoznata[3]
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: /
S: /
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element

Radioaktivni element
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Americij (latinski: americium) jeste sintetički hemijski element sa simbolom Am i atomskim brojem 95. U periodnom sistemu nalazi se u grupi aktinoida (7. perioda, f-blok) te se ubraja u transuranijske elemente. Americij je, pored europija, jedini hemijski element nazvan po nekom kontinentu. To je radioaktivni srebreno-sjajni metal, koji se vrlo lahko može oblikovati. Ne postoji niti jedan stabilni izotop americija. Na Zemlji se javlja isključivo kao sintetički, vještački 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 Glenn T. Seaborg tokom gostovanja u jednoj radioemisiji za djecu.

Americij također nastaje i u nuklearnim reaktorima, gdje se prosječno u jednoj toni potrošenog nuklearnog goriva nalazi oko 100 grama ovog elementa. Najčešće se koristi kao izvor ionizirajućeg zračenja, naprimjer, u spektroskopiji fluorescencijom i u detektorima dima na bazi ionizacije. Izotop americija 241Am se razmatrao za korištenje u radionuklidnim baterijama (RTG) za svemirske letjelice i sonde, gdje bi zamijenio plutonij (238Pu) zbog znatno dužeg vremena poluraspada od 432,2 godine, čime bi se takve letjelice mogle napajati električnom energijom više stotina godina.

Historija[uredi | uredi izvor]

Americij je u kasnu jesen 1944. sintetizirala grupa naučnika: Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Leon O. Morgan i Albert Ghiorso na Univerzitetu Kalifornije u Bekeleyju pomoću 60-inčnog ciklotrona kao i naučnici u metalurškoj laboratoriji Univerziteta u Chicagu (danas: Nacionalna laboratorija Argonne). Nakon neptunija i plutonija, americij je bio četvrti transuranijski element koji je otkriven od 1940. godine; dok je kirij sa višim atomskim brojem od njega otkriven treći već na ljeto 1944. godine. Ime elementa odabrano je kao referenca za oba kontinenta Amerike, analogno elementu europiju, metalu rijetkih zemalja koji se u periodnom sistemu elemenata nalazi tačno iznad americija: Ime americij (prema obje Amerike) i simbol Am predložen je za ovaj element na osnovu njegovog mjesta u PSE, kao šestog člana serije rijetkih zemnih aktinoida, analogno europijem, Eu, iz serije lantanoida.[4][5]

Za sintezu novih elemenata po pravilu su se koristili oksidi polaznih elemenata. Najprije se nanosio rastvor plutonij-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 bombardiranja u ciklotronu, sloj se skida i rastvara u dušičnoj kiselini, a potom se ponovno taloži kao hidroksid pomoću koncentriranog vodenog rastvora amonij-hidroksida. Talog se ponovno rastvara u perhlornoj kiselini. Daljnje odvajanje nastavlja se pomoću ionskoizmjenjivačkih sredstava. U svojim eksperimentima, naučnici su uspjeli sintetizirati niz od četiri različita izotopa americija: 241Am, 242Am, 239Am und 238Am.

Kao prvi je izoliran izotop 241Am iz jednog uzroka plutonija koji je bio izložen neutronima. Taj izotop americija raspao se na 237Np emitirajući α-čestice. Vrijeme poluraspada ovog α-raspada najprije je bilo procijenjeno na 510 ± 20 godina, međutim danas je u nauci općeprihvaćeno da ova vrijednost iznosi 432,2 godine.[6]

Navedeno vrijeme predstavlja vrijeme poluraspada.

Kao drugi izotop dobijen je 242Am putem ponovljenog bombardiranja neutronima prethodno sintetiziranog 241Am. Nakon što je dobijen, uslijedio je vrlo brzi β-raspad pri čemu je nastao 242Cm, izotop već ranije otkrivenog elementa kirija. Vrijeme poluraspada ovog β-raspada najprije je procijenjeno na 17 sati, a danas je poznato da ta vrijednost iznosi 16,02 sati.[6].

Otkriće novog elementa prvi put je objavljeno u javnosti u američkoj radioemisiji "Quiz Kids" 11. novembra 1945. u kojoj je učestvovao Glenn T. Seaborg, što se dogodilo prije zvanične objave otkrića koja je uslijedila na simpoziju Američkog hemijskog društva. Jedan od mlađih slušalaca upitao je gosta emisije, Seaborga, da li su tokom Drugog svjetskog rata u sklopu istraživanja nuklearnog oružja otkriveni neki novi elementi. Seaborg je potvrdno odgovorio na pitanje i time istovremeno otkrio postojanje i sljedećeg težeg elementa, kirija.[7]

Americij (241Am i 242Am) i njegovo dobijanje kasnije je patentirano pod nazivom "Element 95 and method of producing said element" (bos. Element 95 i metoda dobijanja istog), pri čemu je kao pronalazač naveden samo Glenn T. Seaborg.[8]

U elementarnom obliku prvi put je dobijen tek 1951. putem redukcije americij(III)-fluorida barijem.[9]

Osobine[uredi | uredi izvor]

U periodnom sistemu elemenata, americij s atomskim brojem 95 nalazi se u seriji aktinoida, njegov prethodnik je plutonij a nakon njega slijedi kirij. Analog americija u seriji lantanoida jeste europij.

Fizičke[uredi | uredi izvor]

Americij je vještački radioaktivni element. Svježe proizvedeni americij je srebreno-sjajni metal, koji na sobnoj temperaturi polahko poprimi mat sjaj. Lahko se može kovati i deformirati. Njegova tačka topljenja iznosi 1176 °C[10] a tačka ključanja oko 2607 °C. Specifična težina mu iznosi oko oko 13,67 g/cm3.[10][11] Javlja se u dvije alotropske modifikacije.

Pri standardnim uslovima temperature i pritiska stabilna modifikacija α-Am se kristalizira 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 sastoji se iz dvostrukog heksagonalnog najgušćeg kuglastog pakovanja (dhcp) uz redoslijed slojeva ABAC pa je prema tome izotip strukture α-lantana.[11][12]

Pri visokom pritisku α-Am prelazi u β-Am. Beta modifikacija se kristalizira u kubičnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi Fmm sa parametrom rešetke a = 489 pm,[11][12] što odgovara kubičnoj plošno centriranoj rešeci (fcc) odnosno kubičnom najgušćem kuglastom pakovanju sa redoslijedom slogova ABC.

Entalpija rastvora metalnog americija u HCl pri standardnim uslovima iznosi −620,6 ± 1,3 kJ·mol−1. Polazeći od ove vrijednosti došlo se do prvobitnih izračuna o standardnoj entalpiji nastanka (ΔfH0) iona Am3+(aq) od −621,2 ± 2,0 kJ·mol−1 kao i standardnog potencijala Am3+ / Am0 od −2,08 ± 0,01 V.[13]

Hemijske[uredi | uredi izvor]

On je vrlo reaktivan element, koji lahko reagira sa kisikom iz zraka i dobro se rastvara u kiselinama. Dosta je stabilan prema bazama. Najstabilnije oksidacijsko stanje americija je +3, pa su spojevi Am(III) relativno dobro otporni na oksidaciju i redukciju. Počev od americija u periodnom sistemu pa naviše, slijede aktinoidi koji su prema svojim hemijskim osobinama više slični lantanoidima nego elementima d-bloka.

Americij se može javiti i u oksidacijskim stanjima +2, +4, +5, +6 i +7. Prema oksidacijskom broju varira i boja iona americija u vodenim rastvorima kao i boja njegovih spojeva u čvrstom stanju:
Am3+ (žuto-roza), Am4+ (žuto-crven), AmVO2+ (žut), AmVIO22+ (limun žut), AmVIIO65− (tamno zelen).

Za razliku od svog homologa europija (americij ima elektronsku konfiguraciju analognu europiju), ioni Am3+ se ne mogu reducirati do Am2+ u vodenom rastvoru. Spojevi americija od oksidacijskog stanja +4 i većem su snažna oksidacijska sredstva koja se mogu porediti sa permanganatnim ionom (MnO4) u kiselom rastvoru.[14] Ioni Am4+ koji nisu postojani u vodenim rasvorima mogu se dobiti iz Am(III) samo pomoću snažnih oksidacijskih sredstava. U čvrstom obliku poznata su dva spoja americija u oksidacijskom stanju +4: americij(IV)-oksid (AmO2) i americij(IV)-fluorid (AmF4).

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Smatra se da neki izotopi americija 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 americij dobija kao nusproizvod u nuklearnim centralama. Izotop 241Am nastaje kao proizvod raspada (između ostalog u potrošenim gorivim šipkama) iz izotopa plutonija 241Pu. U jednoj toni potrošenog nuklearnog goriva prosječno se nalazi oko 100 g raznih izotopa americija.[15] 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 americija, istražuju se, između ostalog, strategije particioniranja i transmutiranja.[16][17]

Upotreba[uredi | uredi izvor]

Americij-241 nalazi se u detektorima dima

U svrhu upotrebe americija, od najvećeg interesa su njegova dva najduže živuća izotopa 241Am i 243Am. Najčešće se koristi u obliku oksida AmO2.

Ionizacijski detektor dima[uredi | uredi izvor]

Alfa zračenje izotopa 241Am od posebnog značaja je za proizvodnju ionizacijskih detektora dima.[18] On se upotrebljava umjesto 226Ra jer znatno manje emitira γ-zračenje. Osim toga, u odnosu na radij njegova aktivnost je gotovo petostruka. Niz raspada 241Am "završava" tokom perioda upotrebe gotovo direktno nakon njegovog α-raspada do izotopa neptunija 237Np, čije daljnje vrijeme poluraspada iznosi oko 2,144 miliona godina.

Radionuklidne baterije[uredi | uredi izvor]

Postoje prijedlozi da se izotop 241Am, zbog svog relativnog dugog vremena poluraspada, koristi za punjenje radionuklidnih baterija (RTG) koje se koriste za pogon svemirskih sondi. Zahvaljujući vremenu poluraspada od 432,2 godine ovaj izotop bi mogao bi u RTG baterijama davati energiju svemirskim sondama nekoliko stotina godina umjesto samo nekoliko decenija kao što je to slučaj sa punjenjem izotopom 238Pu.[19] Radionuklidne baterije punjene americijem mogle bi vrlo brzo doći u upotrebu, jer se Evropska svemirska agencija (ESA) opredijelila upravo za ovaj izotop a razvoj takvih baterija bi mogao biti okončan tokom 2020ih.[20]

Biološki značaj[uredi | uredi izvor]

Nisu poznate biološke funkcije americija.[21] Neka istraživanja sugeriraju upotrebu imobiliziranih bakterijskih ćelija u svrhu uklanjanja americija i drugih teških metala iz tekućih voda. Tako naprimjer enterobakterije iz roda Citrobacter putem aktivnosti fosfataze iz njenih ćelijskih zidova mogu istaložiti neke izotope americija iz vodenih rastvora kao i vezati ih kao metalno-fosfatni kompleks.[22] Osim toga, proučavaju se faktori koji utječu na biosorpciju i bioakumulaciju americija u bakterijama[23][24] i gljivama.[25]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b c d Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. str. 18–23. ISBN 3-7776-0736-3. 
  2. ^ Weast, Robert C., ur. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics (70 iz.). Boca Raton: CRC (Chemical Rubber Publishing Company). str. E–129 do E–145. ISBN 0-8493-0470-9. 
  3. ^ EU ovaj element još uvijek nije stavila na spisak opasnih elemenata, međutim trenutno nije moguće pronaći pouzdani izvor ili literaturu o opasnim svojstvima ove supstance. Radioaktivnost ne spada u opasna svojstva koja se ovdje navode.
  4. ^ 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)).
  5. ^ 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)).
  6. ^ a b 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. 
  7. ^ Rachel Sheremeta Pepling (2003). "Americium". Chemical & Engineering News 81 (36). ISSN 0009-2347. 
  8. ^ US 3156523, Glenn T. Seaborg, "Element 95 and method of producing said element", objavljen 10. 11. 1964, izdan 23. 8. 1946 
  9. ^ 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. 
  10. ^ a b 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. 
  11. ^ a b c 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. 
  12. ^ a b Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, sist. br. 71, Transurane, dio vol 1, str. 57–67.
  13. ^ 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. 
  14. ^ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg. Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 iz.). Berlin: de Gruyter. str. 1956. ISBN 978-3-11-017770-1. 
  15. ^ Klaus Hoffmann (1979). Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente. Leipzig, Jena, Berlin: Urania-Verlag. str. 233. 
  16. ^ L. H. Baetsle: Application of Partitioning/Transmutation of Radioactive Materials in Radioactive Waste Management, septembar 2001.
  17. ^ Gabriele Fioni, Michel Cribier, Frédéric Marie. "Can the minor actinide, americium-241, be transmuted by thermal neutrons?" (jezik: engleski). Pristupljeno 23. 9. 2015. 
  18. ^ Smoke Detectors and Americium, pristupljeno 5. januara 2012.
  19. ^ "Nuklide für RTGs" (pdf). Pristupljeno 3. 2. 2018. 
  20. ^ Stephen Clark (9. 7. 2010). "Space agencies tackle waning plutonium stockpiles". Spaceflight Now. 
  21. ^ "The Biochemical Periodic Tables – Americium" (jezik: engleski). Pristupljeno 3. 2. 2018. 
  22. ^ L. E. Macaskie, B. C. Jeong, M. R. Tolley (1994). "Enzymically Accelerated Biomineralization of Heavy Metals: Application to the Removal of Americium and Plutonium from Aqueous Flows". FEMS Microbiol. Rev. 14 (4): 351–367. PMID 7917422. 
  23. ^ E. A. Wurtz, T. H. Sibley, W. R. Schell (1986). "Interactions of Escherichia coli and Marine Bacteria with 241Am in Laboratory Cultures". Health Phys. 50 (1): 79–88. PMID 3511007. 
  24. ^ A. J. Francis, J. B. Fillow, C. J. Dodge, M. Dunn, K. Mantione, B. A. Strietelmeier, M. E. Pansoy-Hjelvik, H. W. Papenguth (1998). "Role of Bacteria as Biocolloids in the Transport of Actinides from a Deep Underground Radioactive Waste Repository". Radiochimica Acta 82 (s1): 347–354. ISSN 2193-3405. doi:10.1524/ract.1998.82.special-issue.347. 
  25. ^ N. Liu, Y. Yang, S. Luo, T. Zhang, J. Jin, J. Liao, X. Hua (2002). "Biosorption of 241Am by Rhizopus arrihizus: Preliminary Investigation and Evaluation". Appl. Radiat. Isot. 57 (2): 139–143. PMID 12150270. 

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]