Amerikium
Amerikium on ydinreaktiolla keinotekoisesti valmistettu alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Am (lat. americium), järjestysluku 95 ja CAS-numero 7440-35-9. Sen sulamispiste on 1ydinreaktio176ydinreaktio°C. Amerikiumia ei esiinny merkittäviä määriä luonnossa, vaan se joudutaan valmistamaan keinotekoisesti. Sen kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Pitkäikäisin isotooppi on 243Am, jonka puoliintumisaika on 7 370 vuotta. Amerikiumia käytetään muun muassa palovaroittimissa ja mittalaitteissa.
Tätä artikkelia on ehdotettu lupaavaksi artikkeliksi. Lupaava artikkeli -laatumerkinnän on tarkoitus kertoa, että yhteisön mielestä artikkeli sisältää selkeät perustiedot aiheestaan ja on muutenkin kunnossa. Artikkelin keskustelusivulla voit ottaa asiaan kantaa.
|
| |||||
Yleistä | |||||
Nimi | Amerikium | ||||
Tunnus | Am | ||||
Järjestysluku | 95 | ||||
Luokka | aktinoidi | ||||
Lohko | f-lohko | ||||
Ryhmä | - | ||||
Jakso | 7 | ||||
Tiheys | 13,67[1] · 103 kg/m3 | ||||
Väri | hopeanvalkoinen | ||||
Löytövuosi, löytäjä | 1944, Glenn Seaborg | ||||
Atomiominaisuudet | |||||
Atomipaino (Ar) | 243 | ||||
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 173[2] pm | ||||
Orbitaalirakenne | [Rn] 5f77s2 | ||||
Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2 | ||||
Hapetusluvut | +II, +III, +IV, +V, +VI | ||||
Kiderakenne | heksagonaalinen | ||||
Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
Olomuoto | kiinteä | ||||
Sulamispiste | 1449 K (1176[3] °C) | ||||
Kiehumispiste | 2880 K (2607[3] °C) | ||||
Moolitilavuus | 0,000017776[1] · 10−3 m3/mol | ||||
Höyrystymislämpö | 238,57[3] kJ/mol | ||||
Sulamislämpö | 14,39[4] kJ/mol | ||||
Muuta | |||||
Elektronegatiivisuus | 1,3[4] (Paulingin asteikko) | ||||
Ominaislämpökapasiteetti | luotettavaa dataa ei saatavissa kJ/(kg K) | ||||
Sähkönjohtavuus | 0,022[4] S/m | ||||
Lämmönjohtavuus | 10[1] W/(m·K) | ||||
CAS-numero | 7440-35-9 | ||||
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa |
Ominaisuudet
Fysikaaliset ominaisuudet
Amerikium on hopeanharmaa metalli, jonka sulamispiste on noin 1ydinreaktio176ydinreaktio°C. Amerikium on suhteellisen haihtuvaa. Sillä on kaksi kidemuotoa: alfa-muodossaan amerikium on pakkautunut heksagonaalisesti ja beta-muodossa kuutiollisesti.[5][6]
Amerikiumilla ei ole yhtään stabiilia isotooppia. Sen alfasäteily on suhteellisen voimakasta (kolme kertaa voimakkaampaa kuin radiumin). Amerikiumin stabiileimman isotoopin 243Am puoliintumisaika on 7 370 vuotta. Muun muossa palovaroittimissa käytetyn isotoopin 241Am puoliintumisaika on 432,2 vuotta. Isotooppeja tunnetaan massaluvulta 232 massaluvulle 247.[7][3]
Kemialliset ominaisuudet ja myrkyllisyys
Amerikium on kemiallisilta ominaisuuksiltaan hyvin lähellä lantanoideja. Metallinen amerikium liukenee helposti happoihin, mutta ei reagoi hyvin emästen kanssa. Amerikium tummenee hitaasti huoneenlämmössä muodostaen amerikiumdioksidia, joka on amerikiumin teollisesti merkittävin yhdiste. Amerikium reagoi myös muiden epämetallien, kuten rikin ja vedyn, kanssa. Se muodostaa hapetusasteella +III halidiyhdisteitä, ja se on samalla amerkiumin stabiilein hapetusaste vesiliuoksissa. Amerikium ei hapetu helposti vesiliuoksissa. Amerikium muodostaa yhdisteitä hapetusasteesta +II hapetusasteeseen +VII, mutta tavallisesti amerikium esiintyy vain hapetusasteella +III. Luonnossa se voi olla hapetusasteella +IV, jos ympäristö on hyvin hapettava, kuten voimakkaan emäksinen ympäristö. Hapetusaste +IV voidaan stabiloida kompleksoimalla amerikium fluoridilla. Amerikiumilla on kaksi sähköisesti neutraalia oksidia, Am2O3 ja AmO4. Amerikium muodostaa myös dioksoionit AmO2+ ja AmO22+. Amerikiumhydroksidi Am(OH)3 saostuu, kun pH on non 11-12.[4][8][9][10]
Amerikium muodostaa useita veteenliukenemattomia yhdisteitä. Hydroksidin lisäksi amerikium(III)fluoridi, -oksalaatti, -jodaatti ja -fosfaatti ovat veteenliukenemattomia. Amerikium(III)nitraatti, -halidit (pl fluoridi), -sulfaatti ja -kloraatti ovat veteen liukenevia. Amerikium(II) muodostaa halidiyhdisteen kloorin, bromin tai jodin kanssa. Amerikium(+IV) muodostaa veteenliukenemattoman halidiyhdisteen vain fluorin kanssa. Amerikium muodostaa kaksi hydridiä AmH2 ja AmH3, jotka eivät ole termisesti stabiileja. Veteen liuenneet Am3+ ja Am4+ ovat vaaleanpunaisia. Suhteessa lantanoideihin amerikium muodostaa paremmin kompleksiyhdisteitä. Se muodostaa myös hyvin erilaisia kompleksiyhdisteitä eri hapetusasteilla. Tavallisia ovat nitraatti-, akva- ja halidikompleksit. Amerikium muodostaa myös organometalliyhdisteitä syklopentadieenin kanssa.[11][12][13]
Amerikiumin radioaktiivisessa hajoamisessa syntyvä alfasäteily vaimenee hyvin nopeasti väliaineessa eikä läpäise esimerkiksi paperia. Jos kuitenkin amerikiumia nielaisee, syntyvä alfasäteily aiheuttaa solukuolemaa ja mutaatioita ja johtaa syöpään. Amerikium kertyy voimakkaasti luustoon.[5]
Isotoopit
Amerikiumia ei esiinny luonnossa, joten kaikki isotoopit ovat keinotekoisia. Pitkäikäisin isotooppi on 243Am, jonka puoliitumisaika on noin 7 400 vuotta. Muita pitkäikäisiä isotooppeja ovat 241Am ja 242m1Am, joiden puoliintumisajat ovat yli sata vuotta.
|
|
Historia
Amerikiumia tehtiin ensimmäisen kerran Chicagon yliopistossa vuonna 1944. Glenn Seaborgin johtama ryhmä pommitti plutoniumia neutroneilla, jolloin syntyi amerikiumia. Alkuaine on nimetty löytömaanosansa mukaan ja siten, että amerikium sijaitsee jaksollisessa järjestelmä suoraan europiumin alapuolella. Seaborg esitteli sekä amerikiumin että curiumin löytämisen marraskuussa 1945 radio-ohjelmassa Quiz Kids. Alkuaineiden löytäminen julkaistiin vasta noin vuosi löytämisen jälkeen, sillä yhdysvaltalaiset kilpailivat Saksan kanssa ensimmäisen ydinaseen valmistamisesta toisessa maailmansodassa. Vuonna 1945 B. B. Cunningham valmisti ensimmäisenä punnittavia määriä amerikiumia.[15][16]
Alun perin amerikiumia kutsuttiin pandemoniumiksi, sillä sitä oli hyvin vaikea erottaa toisesta syntyneestä alkuaineesta curiumista.[3]
Esiintyminen, valmistus ja eristys
Amerikiumia ei esiinny luonnossa, vaan kaikki amerikium joudutaan tekemään keinotekoisesti.[5] Sitä syntyy, kun plutoniumin isotooppia 239 pommitetaan neutroneilla, jolloin syntyy 241Pu. Kun plutonium-241 hajoaa beetahajoamisessa, syntyy amerikiumin isotooppia 241. Amerikiumin muita isotooppeja, kuten pitkäikäisempää 243Am voidaan valmistaa pommittamalla isotooppia 241 neutroneilla.[4][3]
Metallista amerikiumia voidaan valmistaa pelkistämällä AmF3 bariumhöyryn avulla korkeassa lämpötilassa tai lantaanien avulla amerikiumdioksidista. Toinen tapa on valmistaa amerikium(III)oksidista lantaanin kanssa 1 200 °C lämpötilassa.[4][6]
Amerikiumia eristetään tyypillisesti muista alfahajoavista alkuaineista, kuten curiumista, radiumista, poloniumista ja muista aktinoideista, alfamittauksia varten. Toinen syy on erottaa amerikium lantanoideista. Tavallisia käytettyjä tapoja ovat ioninvaihto, kromatografiset menetelmät ja uuttaminen.[17]
Käyttö
Amerikiumin tunnetuin käyttökohde on palovaroittimet. Savuntunnistimet sisältävät noin 150 milligrammaa amerikiumdioksidia, joka hajoaa alfahajoamisen kautta. Amerikiumdioksidi sisältää lähinnä amerikiumin isotooppia 241Am. Syntynyt säteily ionisoi ilman, jolloin tunnistimen elektrodien välille syntyy sähkövirta. Kun savua päätyy elektrodien väliin, virta heikkenee, jolloin varoitin hälyttää.[15][5]
Amerikiumia voidaan käyttää myös mittalaitteissa. Koska amerikiumin isotoopit lähettävät myös gammasäteilyä, niitä voidaan käyttää muun muassa öljykentillä tutkittaessa uusia öljyesiintymiä. Amerikiumia voidaan myös käyttää materiaalien paksuuksien tutkimisessa. Tällöin hyödynnetään alfasäteilyn vaimenemista väliaineessa.[5]
Amerikiumia käytetään lähtöaineena monien raskaampien alkuaineiden valmistamisessa. Amerikiumia voidaan teoriassa käyttää ydinaseina, mutta sen kriittinen massa on 60 kilogrammaa, joka on huomattavasti enemmän kuin plutoniumin tai uraanin.[3][4]
Lähteet
- Jukka Lehto & Xiaolin Hou: Chemistry and Analysis of Radionuclides. Weinheim: Wiley-VCH, 2011. ISBN 978-3-528-32658-7. (englanniksi)
- F. Albert Cotton, Geoffrey Wilkinson, Carlos A. Murillo, Manfred Bochmann: Advanced Inorganic Chemistry. New York: Wiley-Interscience, 1999. ISBN 0-471-19957-5. (englanniksi)
- N. N. Greenwood & A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9. (englanniksi)
Viitteet
- ↑ a b c Technical data for the element Americium periodictable.com. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
- ↑ Americium Properties americanelements.com. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g Americium Chemicool. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g Americium 3rd1000.com. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
- ↑ a b c d e Americium Chemistry Explained. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
- ↑ a b Cotton, Wilkinson, Murillo, Bochmann s. 1134
- ↑ a b Isotopes of Americium (Z=95) Berkley Lab. Viitattu 3.8.2015. (englanniksi)
- ↑ Lehto & Hou s. 304-305
- ↑ Cotton, Wilkinson, Murillo, Bochmann s. 1135-1138
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1264-1265, 1275
- ↑ Lehto & Hou s. 305
- ↑ Cotton, Wilkinson, Murillo, Bochmann s. 1133, 1139-1140
- ↑ Greenwood & Earnshaw s. 1278
- ↑ Americium Isotopes americanelements.com. Viitattu 3.8.2015. (englanniksi)
- ↑ a b Amerikium on europiumin alapuolella Helsingin Sanomat 27.9.2005. Viitattu 4.10.2014.
- ↑ Siegfried Engels & Alois Nowak (suom. Jouko Koskikallio): Kemian Keksintöjä - Alkuaineiden Löytöhistoria, s. 256. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, 1983. ISBN 952-903976-x.
- ↑ Lehto & Hou s. 308