америций - Americium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Америций,   95 Am
америций microscope.jpg
Общие свойства
Произношение / ˌ æ м ɪ г ɪ ы я ə м / ( AM -ə- РИСИ -ее-əm )
Внешность серебристо-белый
Массовое число 243 (наиболее стабильный изотоп)
Америций в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Eu

Am

(Uqe)
Плутонийамерицийкюриевое
Атомный номер ( Z ) 95
группа Группа н /
период период 7
блок ф-блок
категория Элемент   актинид
Электронная конфигурация [ Rn ] 5f 7 7s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 1449  К (1 176 ° С, 2149 ° F)
Точка кипения 2880 К (2607 ° С, 4725 ° F) , (рассчитано)
Плотность (около  к.т. ) 12 г / см 3
Теплота плавления 14,39  кДж / моль
Молярная теплоемкость 62,7 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 1239 1356
Атомные свойства
Окислительные состояния +2, +3 , +4, +5, +6, +7 (ые  амфотерный оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,3
энергия ионизации
  • 1-й: 578 кДж / моль
Радиус атома эмпирические: 173  м
радиус Ковалентного 180 ± 6 вечера
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии америция
Другие свойства
Кристальная структура двойной гексагональной плотной упаковкой (DHCP)
Двойная гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура для америция
Теплопроводность 10 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 0,69 μΩ · м
Магнитное упорядочение парамагнитный
магнитная восприимчивость + 1000,0 · 10 -6  см 3 / моль
Количество CAS 7440-35-9
история
Именование после Северной и Южной Америки
открытие Сиборг , Ральф А. Джеймс , Леон О. Морган , Гиорсо (1944)
Основные изотопы америция
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
241 Am син 432,2 г SF -
α 237 Np
242 m1 Am син 141 г ЭТО 242 Am
α 238 Np
SF -
243 Am син 7370 г SF -
α 239 Np
| Рекомендации

Америций является синтетическим химическим элементом с символом Am и атомным номером 95. Это радиоактивная и трансурановый членом актинидов серии, в периодической таблице , расположенной под лантанидами элемента европия , и , таким образом , по аналогии была назван в честь Северной и Южной Америки .

Америций впервые был выпущен в 1944 году группой Сиборг из Беркли, штат Калифорния , в металлургической лаборатории в Университете Чикаго , в рамках Манхэттенского проекта . Несмотря на то, что это третий элемент в трансурановых серии , она была обнаружена четвёртым, после тяжелого кюри . Открытие было держится в секрете , и только обнародовано в ноябре 1945. Большинство америция получает уран или плутоний , бомбардировки с нейтронами в ядерных реакторах - одна тонны отработавшего ядерного топлива содержит около 100 грамм америция. Он широко используется в коммерческих ионизационной камере детекторов дыма , а также в источниках нейтронов и промышленных приборах. Несколько необычных приложений, таких как атомные батареи или топлива для космических кораблей с ядерными энергетическими установками, которые были предложены для изотоп 242m Am, но они до сих пор препятствует дефицит и высокая цена этого ядерного изомера .

Америций является относительно мягким радиоактивным металлом с серебристым внешним видом. Его общие изотопы являются 241 Am и 243 Am. В химических соединениях, америций , как правило , предполагается , что степень окисления +3, особенно в растворах. Некоторые другие состояния окисления известны, которые варьируются от +2 до +7 и может быть идентифицирована по их характерным оптическому поглощению спектров. Кристаллическая решетка твердого америция и его соединения содержат небольшие внутренние дефекты радиогенных, из - за метамиктизацию , вызванной самим-облучением альфа - частицы, который накапливается со временем; это может привести к дрейфу некоторых свойств материала с течением времени, более заметно в более старых образцах.

история

60-дюймовый циклотрон в Радиационной лаборатории Лоуренса, Калифорнийского университета в Беркли , в августе 1939 года.
Треугольник в стеклянной трубке содержит первый образец америция (как гидроксид (Аты (ОН) 3 )), полученный в 1944 году.

Хотя америций был , вероятно , произведен в предыдущих ядерных экспериментов, это было первое преднамеренно синтезирован , выделены и идентифицированы в конце осени 1944 года в Университете Калифорнии, Беркли , по Сиборг , Леон О. Морган, Ральф А. Джеймс и Альберт Гиорсо . Они использовали 60-дюймовый циклотрон в Университете Калифорнии, Беркли. Элемент был химически идентифицирован в металлургической лаборатории (ныне Аргоннский национальная лаборатория ) из Университета Чикаго . После зажигалку нептуния , плутония и тяжелее кюрий , америций был четвертым трансурановых элементов , чтобы быть обнаруженным. В то время, периодическая таблица была изменена Сиборгом до его нынешнего расположения, содержащий актинидов строку ниже лантанида один. Это привело к америцию расположен прямо под его близнецом лантаноидного элемента европия; это было , таким образом , по аналогии с именем после Северной и Южной Америки : «Имя америций (после Америка) и символ Am предлагаются для элемента на основе его положения в качестве шестого члена актинидов редкоземельных элементов , аналогично европию, Eu, из серии лантанидов «.

Новый элемент был выделен из его окислов в комплексе, многоступенчатый процесс. Первый плутоний -239 нитрат ( 239 Пуно 3 ) раствор наносили на платиновой фольги около 0,5 см 2 площади, раствор выпаривают , а остаток превращают в двуокись плутония (PuO 2 ) путем отжига. После циклотронного облучения, покрытие растворяют в азотной кислоте , а затем осаждают в виде гидроксида с использованием концентрированного водного раствора аммиака . Остаток растворяют в хлорной кислоте . Дальнейшее разделение проводили с помощью ионного обмена , получая определенный изотоп кюрия. Разделение кюрия и америций было настолько кропотливым , что эти элементы были первоначально называли группой Беркли , как столпотворение (с греческой для всех демонов или ада ) и бреда (от латинского безумия ).

Первоначальные эксперименты дали четыре изотопов америция: 241 Am, 242 Am, 239 Am и 238 Am. Америций-241 был получен непосредственно из плутония при поглощении двух нейтронов. Он распадается путем испускания альфа-частицы до 237 Np; полураспад этого распада был впервые определен как 510 ± 20 лет , но затем корректируется до 432,2 лет.

Времена полураспада

Второй изотоп 242 Am был получен при облучении нейтронов уже созданных 241 Am. При быстром бета-распаде , 242 Am превращается в изотопа кюрий 242 Cm (который был обнаружен ранее). Полураспад этого распада первоначально был определен в 17 часов, что было близко к принятому в настоящее время значения 16.02 ч.

Открытие америция и кюрия в 1944 году был тесно связан с Манхэттенского проекта ; результаты были конфиденциальными и рассекречены только в 1945 году Seaborg утечки синтеза элементов 95 и 96 на радио - шоу в США для детей Викторины Дети пяти дней до официальной презентации на Американском химическом обществе заседании 11 ноября 1945 года, когда один из слушатели спросили , был ли обнаружен любой новый трансурановый элемент у плутония и нептуния во время войны. После открытия америций изотопов 241 Am и 242 Am, их производство и соединения были запатентованы листинг только Сиборгом как изобретатель. Исходные образцы америция весили несколько микрограммов; они были едва заметны , и были идентифицированы по их радиоактивности. Первые значительные количества металлического америция весомы 40-200 микрограмм не были получены до 1951 восстановления америция (III) фторид с барием металлом в высоком вакууме при температуре 1100 ° С.

Вхождение

Америций был обнаружен в выпадениях из Ivy Mike ядерного испытания.

Наиболее долгоживущий и наиболее распространенных изотопов америция, 241 Am и 243 Am, имеют период полураспада 432,2 и 7,370 лет, соответственно. Таким образом, любой изначальная америций (америций , который присутствовал на Земле во время ее формирования) должны распались сейчас.

Существующий америций сконцентрирован в районах , используемые для атмосферных испытаний ядерного оружия , проведенных в период между 1945 и 1980 годами, а также в местах ядерных инцидентов, такие как аварии на Чернобыльской АЭС . Например, анализ мусора на полигоне первой американской водородной бомбы , Ivy Mike , (1 ноября 1952 года Эниветок ), показал высокие концентрации различных актинидов включая америций; но из - за военную тайну, этот результат не был опубликован позже, в 1956 году Trinitite , стекловидный остаток оставил на необитаемом поле возле Аламогордо , Нью - Мексико , после того , как плутоний - Троицкое испытание атомной бомбы 16 июля 1945, содержат следы америций-241. Повышенные уровни америциев были также обнаружены на месте катастрофы из американских В-52 Boeing бомбардировщика, который нес четыре водородных бомб, в 1968 году в Гренландии .

В других регионах, средняя радиоактивность поверхности почвы из - за остаточный америций составляет лишь около 0,01  пикокюри / г (0,37  мОк / г). Атмосферный америций соединение плохо растворимы в обычных растворителях и в основном придерживаться частиц почвы. Анализ почвы показал около 1900 раз более высокую концентрацию америций внутри песчаных частиц почвы , чем в воды , присутствующей в порах почвы; еще более высокое отношение было измерено в суглинистых почвах.

Америций производится в основном искусственно в небольших количествах, в исследовательских целях. Тонна отработавшего ядерного топлива содержит около 100 граммов различных изотопов америция, в основном 241 Am и 243 Am. Их длительная радиоактивность является нежелательной для утилизации, и , следовательно , америций, вместе с другими долгоживущими актинидами, должна быть нейтрализована. Связанная процедура может включать несколько стадий, где америций сначала отделяют , а затем преобразованные нейтронной бомбардировки в специальных реакторах с короткоживущих нуклидов. Эта процедура хорошо известна как ядерная трансмутация , но все еще разрабатываются для америция. В трансурановых элементах из америция в фермий не произошли , естественно , в природном реакторе ядерного деления на Ок , но больше не делать.

Синтез и извлечение

Изотопные nucleosyntheses

Хроматографические элюции кривые , раскрывающие сходство между лантаноидами Tb, Gd, Eu и и соответствующими актиноидами Ок, Cm и Am.

Америций был произведен в небольших количествах в ядерных реакторах , в течение многих десятилетий, и килограммы его 241 Am и 243 изотопов Am были накоплены в настоящее время. Тем не менее, поскольку она была впервые предложена на продажу в 1962 году, его цена около 1500 долларов за грамм 241 Am, остается практически неизменной вследствие очень сложной процедуры разделения. Тяжелый изотоп 243 Am производится в гораздо меньших количествах; это , следовательно , более трудно отделить, что приводит к более высокой стоимости заказа 100,000-160,000 USD / г.

Америций не синтезируется непосредственно от урана - наиболее распространенного материала реактора - но из изотопа плутония 239 Pu. Последний должен быть получен во- первых, в соответствии со следующим ядерного процесса:

Захват двух нейтронов 239 Pu (так называемая (п, γ) реакция), а затем бета-распад, приводит к 241 Am:

Плутоний присутствует в отработавшего ядерного топлива содержит около 12% от 241 Pu. Потому что он спонтанно переходит в 241 Am, 241 Pu может быть извлечен и может быть использован для получения дальнейших 241 Am. Тем не менее, этот процесс является довольно медленным: половина первоначального количества 241 Pu распадается до 241 Am примерно через 15 лет, и 241 количество Am достигает максимума после 70 лет.

Полученный 241 Am может быть использован для создания более тяжелых изотопов америция от дальнейшего захвата нейтронов внутри ядерного реактора. В реактор на легкой воде (LWR), 79% от 241 Am преобразовывает в 242 Am и 10% ее ядерного изомера 242m Am:

Америций-242 имеет период полураспада всего 16 часов, что делает его дальнейшее преобразование вверх до 243 Am, крайне неэффективным. Последний изотоп производятся вместо того, чтобы в процессе , где 239 Pu захватывает четыре нейтрона под высоким потоком нейтронов :

поколение Metal

Большинство процедур синтеза с получением смеси различных изотопов актинидов в оксидных формах, из которых изотопов америция может быть разделено. В типичной методике, отработанное топливо реактора (например , МОХ - топливо ) растворяют в азотной кислоте , и большая часть урана и плутония удаляют с использованием PUREX экстракции -типа ( Р lutonium- УР Anium EX тяги) с трибутилфосфатом в углеводороде , Лантаниды и актиниды оставшихся затем отделяют от водного остатка ( рафинат ) посредством диамидной основанной экстракции, с получением после зачистки, смеси трехвалентный актинидов и лантанидов. Америций соединения затем селективно экстрагируют с использованием многоступенчатой хроматографии методов и центрифугирования с соответствующим реагентом. Большое количество работ было сделано на экстракции растворителем америция. Например, 2003 ЕС совместно финансируемый проект под кодовым названием «EUROPART» изучал триазины и другие соединения в качестве потенциальных агентов экстракции. Бис бипиридин -triazinyl комплекс был предложен в 2009 году в качестве такого реагента , имеет высокую селективность по америций (и кюрий). Разделение америция с высоким аналогичным кюрия может быть достигнуто путем обработки суспензии гидроксидов их в водном растворе бикарбоната натрия с озоном , при повышенных температурах. И Am и Cm в основном присутствуют в растворах в валентном состоянии +3; в то время как кюрий остается неизменным, америций окисляется к растворимым Am (IV) комплексы , которые могут быть смыты.

Металлический америций получают путем сокращения из его соединений. Америций (III) , фторид впервые был использован для этой цели. Реакцию проводили с использованием элементарного бария в качестве восстановителя в водо- и бескислородной среде внутри устройства , изготовленного из тантала и вольфрама .

Альтернативой является уменьшением диоксида америция с помощью металлического лантана или тория :

Физические свойства

Дважды гексагональные плотная упаковка с ДКС последовательности слоев в кристаллической структуре альфа-америций (A: зеленый, В: синем, C: красный).

В периодической таблице , америций находится справа от плутония, слева от кюри, и ниже лантанид европия , с которым он разделяет много общих черт в физических и химических свойствах. Америций является весьма радиоактивным элементом. Когда свежеприготовленный, он имеет серебристо-белый металлический блеск, но затем медленно тускнеет на воздухе. С плотностью 12 г / см 3 , америций имеет меньшую плотность , чем как кюрий (13,52 г / см 3 ) и плутоний (19,8 г / см 3 ); но имеет более высокую плотность , чем европия (5.264 г / см 3 ) -В основном из - за его более атомной массы. Америций является относительно мягким и легко деформируемым и имеет значительно более низкий объемный модуль упругости , чем актиноидов перед ним: Th, Pa, U, Np и Pu. Его температура плавления 1173 ° С, значительно выше , чем у плутония (639 ° C) и европий (826 ° C), но ниже , чем для кюрия (1340 ° C).

При условиях окружающей среды, америций присутствует в своей самой стабильной форме альфа , который имеет гексагональную кристаллическую симметрию , а пространственная группа Р6 3 / ММС с параметрами решетки  = 346,8  вечера и гр  = 1124 м, и четыре атома в элементарной ячейке . Кристалл состоит из двойного гексагональной плотной упаковкой с последовательностью слоя ABAC и так изотипичен с альфа-лантана и нескольких актиноидов , таких как альфа-кюрий. Кристаллическая структура америция изменяется с давлением и температурой. При сжатии при комнатной температуре до 5 ГПа, α-Am переходит в модификации & beta ; , которая имеет гранецентрированную кубическую ( ГЦК ) симметрии, пространственная группа Fm 3 м и постоянная решетки а  = 489 пополудни. Эта ГЦК структура эквивалентна самой близкой упаковке с последовательностью ABC. При дальнейшем сжатии до 23 ГПа, америций переходит к ромбической структуры γ-Am , аналогичной альфа-урана. Там нет никаких дальнейших переходов , наблюдаемые до 52 ГПа, для появления моноклинной фазы при давлении от 10 до 15 ГПа , за исключением. Там нет никакой последовательности о состоянии этой фазы в литературе, которая также иногда перечисляет альфа, бета и гамма фазы , как I, II и III. Переход β-γ сопровождается уменьшением объема кристаллической 6%; хотя теория также предсказывает существенное изменение объема для α-бета перехода, экспериментально не наблюдается. Давление α-бета перехода уменьшается с ростом температуры, и когда альфа-америций нагревают при давлении окружающей среды, при 770 ° С она изменяется в ГЦК фазе , которая отличается от бета-Am, а при 1075 ° С она превращается в объемно-центрированной кубической структурой. Фазовой диаграмме давление-температура америций, таким образом , весьма похожи на те , лантана, празеодима и неодима .

Как и во многих других актинидов, само-повреждение кристаллической решетки за счет облучения альфа-частиц присуща америций. Это особенно заметно при низких температурах, где подвижность произведенных дефектов решетки является относительно низкой, по уширению рентгеновских дифракционных пиков. Этот эффект делает несколько неопределенной температуру америция и некоторые из его свойств, такие , как электрическое удельное сопротивление . Таким образом , для америций-241, удельное сопротивление при 4,2 К возрастает с увеличением времени от примерно 2 мкОм · см до 10 мкОм · см после 40 часов, и насыщается при приблизительно 16 мкОм · см после 140 часов. Этот эффект менее выражен при комнатной температуре, из - за аннигиляции радиационных дефектов; Кроме нагрев до комнатной температуры образец , который выдерживал в течение нескольких часов при низких температурах восстанавливает свое удельное сопротивление. В свежих образцах, удельное сопротивление постепенно возрастает с температурой от примерно 2 мкОм · см при жидкого гелия до 69 мкОм · см при комнатной температуре; такое поведение аналогично нептуний, уран, торий и протактиний , но отличаются от плутония и кюрия , которые показывают быстрый рост до 60 К с последующим насыщением. Значение температуры комнаты для америция ниже , чем у нептуния, плутоний и кюрия, но выше , чем для урана, тория и протактиния.

Америций парамагнитный в широком диапазоне температур, от того из жидкого гелия , до комнатной температуры и выше. Такое поведение заметно отличается от своего соседа кюрий , который проявляет антиферромагнитный переход при 52 К. теплового расширения коэффициент америций слегка анизотропным и составляет (7,5 ± 0,2) × 10 -6  / ° C вдоль короткой оси и ( 6,2 ± 0,4) × 10 -6  / ° C для больше с гексагональной оси. Энтальпия растворения америция металла в соляной кислоте при стандартных условиях составляет -620,6 ± 1,3 кДж / моль , из которого стандартное изменение энтальпии образованияF Н °) водного раствора Am 3+ иона -621,2 ± 2,0 кДж / моль , Стандартный потенциал Am 3+ / Am 0 является -2,08 ± 0,01 В .

Химические свойства

Ионы америция в растворе: Am 3+ (слева) и Am 4+ (справа). Am 3+ бесцветен при низких и красновато при более высоких концентрациях.

Америций легко вступает в реакцию с кислородом и хорошо растворяется в кислотах . Наиболее распространенное состояние окисления для америция +3, в котором америций соединение достаточно устойчиво против окисления и восстановления. В этом смысле, америций химически подобен большинству лантанидов. Трехвалентный америций образует нерастворимый фторид , оксалат , йодат , гидроксид , фосфат и другие соли. Другие состояния окисления наблюдались между +2 и +7, который является самым широким ассортиментом среди элементов актинидов. Их цвет в водных растворах изменяется следующим образом : Am 3+ ( от бесцветного до желто-красноватого), Am 4+ (желто-рыжевато), Am V O +
2
; (желтый), Am В.И. O 2+
2
(коричневый) и Am VII O 5-
6
(темно - зеленый). Все состояния окисления имеют свои характерные спектры оптического поглощения, с несколькими острыми пиками в видимой и среднем инфракрасной области, а также положение и интенсивность этих пиков могут быть преобразованы в концентрацию соответствующих состояний окисления. Например, Am (III) , имеет две острые пики при 504 и 811 нм, Am (V) , при 514 и 715 нм, и Ат (VI) при 666 и 992 нм.

Америций соединение с степенью окисления +4 и выше являются сильными окислителями, сопоставимых по силе к перманганату иону ( MnO -
4
) в кислых растворах. В то время как Ам 4+ ионы неустойчивы в растворах и легко преобразовать в Am 3+ , состояние +4 , окисление происходит также в твердых телах, таких как диоксид америций (Amo 2 ) и америций (IV) фторид (АМФ 4 ).

Все пятивалентное и шестивалентная америцее соединение представляет собой сложные соли , такие как KAMO 2 F 2 , Li 3 AmO 4 и Ли 6 AmO 6 , Ba 3 AmO 6 , AmO 2 F 2 . Эти состояния высокой степени окисления Am (IV) Am (V) и Ат (VI) , могут быть получены из Am (III) путем окисления персульфата аммония в разбавленной азотной кислоте, с оксидом серебра (I) в хлорной кислоте , или с озоном или персульфат натрия в карбонат натрия растворах. Степень окисления пятивалентного америция впервые была обнаружена в 1951 г. Он присутствует в водном растворе в виде Amo +
-
ионы (кислотного) или Amo -
3
ионов (щелочные) , которые тем не менее неустойчивы и подвержены несколько быстрых диспропорционирований реакций:

Химические соединения

Кислородные соединения

Три америций оксидов известны, с состояниями окисления +2 (Amo), +3 (Ам 2 O 3 ) и +4 (AmO 2 ). Оксида америций (II) , была подготовлена в небольших количествах и не была охарактеризована в деталях. Оксида америций (III) представляет собой красно-коричневую твердое вещество с температурой плавления 2205 ° С. Америций (IV) , оксид является основной формой твердого америций , который используется почти во всех своих приложениях. Как и большинство других актинидов диоксидов, это твердое вещество черного цвета с кубической ( флюорит ) кристаллической структуры.

Оксалат америция (III), сушат в вакууме при комнатной температуре, имеет химическую формулу Am 2 (C 2 O 4 ) 3 · 7H 2 O. При нагревании в вакууме, она теряет воду при 240 ° С и начинает разлагать в Amo 2 при 300 ° C, разложение завершается при температуре около 470 ° C. Первоначальное оксалат растворяется в азотной кислоте с максимальной растворимостью 0,25 г / л.

Галогениды

Галогениды америция известны степени окисления +2, +3 и +4, где +3 , является наиболее стабильным, особенно в растворах.

состояние Окисление F Cl бром я
+4 Америций (IV) фторид
AmF 4
бледно - розовый
+3 Америций (III) , фтористый
AmF 3
розовый
Америций (III) , хлорид
AmCl 3
розовых
Америций (III) , бромид
AMBR 3
светло - желтый
Америций (III) , иодид
AMI 3
светло - желтый
+2 Америций (II) , хлорид
AmCl 2
черный
Америций (II) , бромид
AMBR 2
черный
Америций (II) , иодид
AMI 2
черных

Снижение Am (III) с соединениями натрия амальгамы дает Am соли (II) - черные галогениды AmCl 2 , AMBR 2 и AMI 2 . Они очень чувствительны к кислороду и окисляются в воде, выпуская водород и преобразование обратно в состояние Am (III). Конкретные постоянные решетки являются:

  • Ромбическая AmCl 2 : = 896,3 ± 12:08 вечер , б = 757.3 ± 0.8 пополудни и C = 453,2 ± 0,6 рта
  • Тетрагональная AMBR 2 : = 1 159 0,2 ± 12:04 вечера и с = 712,1 ± 12:03 вечера . Они также могут быть получены взаимодействием металлического америция с соответствующим галогенидом ртути HGX 2 , где X = Cl, Br или I:

Америций (III) , фторид (АИФ 3 ) плохо растворяется и выпадает в осадок при взаимодействии Am 3+ и фторид - ионов в слабых кислотных растворов:

Четырехвалентного америций (IV) , фторид (АИФ 4 ) получают взаимодействие твердого америция (III) фторид с молекулярным фтором :

Другая известная форма твердого хлорида четырехвалентного америция KAmF 5 . Четырехвалентный америций также наблюдались в водной фазе. Для этого, черный Am (OH) 4 , растворяли в 15 - М NH 4 F с концентрацией америций 0,01 М. Полученный красновато раствор имел характерный оптический спектр поглощения , который похож на AmF 4 , но отличались от других окисления состояния америция. Нагревание раствора Am (IV) до 90 ° C не приводит к ее уменьшению или диспропорционирования, однако медленное снижение наблюдалось в Am (III) и присвоенного само-облучении америция альфа - частицами.

Наиболее америций (III) галогениды образуют гексагональные кристаллы с небольшим изменением цвета и точной структуры между галогенами. Так, хлорид (AmCl 3 ) красноватый и имеет структуру изотипичны уран (III) хлорид (пространственная группа Р6 3 / м) и температуру плавления 715 ° С. Фторид изотипичен LaF 3 (пространственная группа Р6 3 / ММС) и иодида к BiI 3 (пространственная группа R 3 ). Бромид является исключением с ромбической PuBr 3 -типа структуры и пространственной группы Cmcm. Кристаллы америций гексагидрата (AmCl 3 · 6H 2 O) , могут быть получены путем растворения диоксида америций в соляной кислоте и выпаривания жидкости. Эти кристаллы гигроскопичны и имеют цвета желто-красноватый и моноклинную кристаллическую структуру.

Оксигалогениды америция в виде Am VI O 2 X 2 , Am V O 2 X, Am IV ОХ 2 и Аты III ОХ могут быть получены взаимодействием соответствующего америция галогенида с кислородом или Sb 2 O 3 , и AmOCl также может быть получена в паровой фазе гидролиза :

Халькогениды и пниктиды

Известные халькогениды америция включают сульфидные АМС 2 , селениды AMSE 2 и Ат 3 Se 4 , и теллуриды Am 2 Те 3 и AmTe 2 . В пниктиды америция ( 243 Am) типа AMX известны для элементов фосфора , мышьяка , сурьмы и висмута . Они кристаллизуются в каменной соли решетки.

Силициды и бориды

Америций Моносилицид (AmSi) и «дисилицид» (номинально AmSi х с: 1,87 <х <2,0) были получено восстановлением америция (III) фторида с элементарным кремнием в вакууме при температуре 1050 ° С (Amsi) и 1150-1200 ° С ( AmSi х ). AmSi является черным твердым веществом с изоморфной LASI, он имеет ромбическую симметрию кристалла. AmSi х имеет яркий серебристый блеск и тетрагональную кристаллическую решетку (пространственная группа I 4 1 / ВМД), она изоморфна Pusi 2 и Thsi 2 . Бориды америция включают AMB 4 и AMB 6 . Tetraboride может быть получен при нагревании оксида или галогенида америция с диборидом магния в вакууме или в инертной атмосфере.

Organoamericium соединения

Прогнозируемая структура amerocene [(п 8 -C 8 H 8 ) 2 AM]

Аналогичен uranocene , америций образует Металлоорганическое соединение amerocene с двумя циклооктатетраены лигандами, с химической формулой (п 8 -C 8 H 8 ) 2 Am. Циклопентадиенил комплекс Известен также , что, вероятно, будет стехиометрический AMCP 3 .

Формирование комплексов типа Am (NC 3 H 7 -BTP) 3 , где БТП обозначает 2,6-ди (1,2,4-триазин-3-ил) пиридина в растворах , содержащих нКл 3 H 7 - БТП и Am 3+ ионы были подтверждены EXAFS . Некоторые из этих комплексов БТПА типа селективно взаимодействуют с америций и , следовательно , могут быть использованы в его селективном разделении от лантанидов и актинидов других.

Биологические аспекты

Америций является искусственным элементом недавнего происхождения, и , следовательно , не имеет биологическую потребность . Это вредно для жизни . Было предложено использовать бактерии для удаления америция и других тяжелых металлов из рек и ручьев. Таким образом, энтеробактерий из рода Citrobacter осадить ионы америция из водных растворов, связывая их в металле-фосфатный комплекс на их клеточных стенках. В ряде исследований сообщалось о биосорбции и биоаккумуляции америция бактериями и грибами.

расщепление

Изотоп 242m Am (период полураспада 141 лет) имеет самые большие сечения поглощения тепловых нейтронов (5,700 амбаров ), что приводит к небольшой критической массы для устойчивой ядерной цепной реакции . Критическая масса для голой 242m Am сферы составляет около 9-14 кг (результаты неопределенности из -за недостаточного знания его материальных свойств). Это может быть снижена до 3-5 кг с металлическим отражателем и должно стать еще меньше воды с отражателем. Такая небольшая критическая масса благоприятна для портативных ядерного оружия , но те , которые основаны на 242m Am пока не известны, вероятно , из - за ее дефицита и дороговизны. Критические массы двух других легко доступных изотопов, 241 Am и 243 Am, относительно высоки - 57,6 до 75,6 кг на 241 Am и 209 кг для 243 Am. Дефицит и высокая цена пока препятствуют применению америция в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах .

Есть предложения очень компактных реакторов высокого потока 10 кВт с использованием всего лишь как 20 граммов 242m Am. Такие реакторы малой мощности будут относительно безопасными для использования в качестве источников нейтронов для лучевой терапии в больницах.

Изотопы

Около 19 изотопов и 8 ядерных изомеров известны америций. Есть два долгоживущих альфа-излучатели, 241 Am и 243 Am с периодом полураспада 432,2 и 7,370 лет, соответственно, и изомер ядерного 242m1 Am имеет длительный период полураспада 141 лет. Периоды полураспада других изотопов и изомеров в диапазоне от 0,64 микросекунд для 245m1 Am 50,8 часов для 240 Am. Как и в случае большинства других актинидов, изотопы америция с нечетным числом нейтронов имеют относительно высокой скорости ядерного деления и низкой критической массы.

Америций-241 распадается до 237 Np испуская альфа - частиц 5 различных энергий, в основном на 5.486 МэВ (85,2%) и 5.443 МэВ (12,8%). Поскольку многие из полученных состояний являются метастабильными, они также испускают гамма - лучи с дискретными энергиями между 26,3 и 158,5 к.

Америций-242 является кратковременным изотоп с периодом полураспада 16.02 ч. Это главным образом (82,7%) преобразует с помощью беты-распада в 242 Cm, но и захват электрона до 242 Pu (17,3%). И 242 Cm и 242 Pu преобразования с помощью почти одной и той же цепи распада через 238 Pu до 234 У.

Почти все (99,541%) от 242m1 Am распадается внутренним преобразованием в 242 Am , а остальные 0,459% альфа-распада до 238 Np. Последний затем затухает до 238 Pu , а затем в 234 U.

Америций-243 преобразует альфа-излучения в 239 Np, который преобразует с помощью бета-распада в 239 Pu и 239 Pu изменяется в 235 U, испуская альфа-частицы.

Приложения

Снаружи и внутри зрения на основе америций-детектор дыма

детектор дыма Ионизация типа

Америций используется в наиболее распространенном типе бытового детектора дыма , который использует 241 Am в форме диоксида америция в качестве его источника ионизирующего излучения . Этот изотоп является более предпочтительным , чем 226 Ra , потому что он испускает в 5 раз больше альфа - частицы и относительно мало вредные гамма - излучение. Элемент коллектора Теодор Грей упоминает в своей книге The Elements: визуальное Exploration из всех известных Atom во Вселенной :

Можно подумать, что синтетический радиоактивный элемент, который следует плутоний (94) -и имеет значительно более короткий период полураспада, будет какой-то сверхбомбы материал, доступный только для ученых в секретных лабораториях. Может быть, сумасшедший ученый изучает америций в логово где-то, но если вы хотите, чтобы некоторые сами вы можете просто зайти в любой район хозяйственный магазин, супермаркет, или Wal-Mart и купить, нет вопросов, которые задают.

Причина не в том, что америций принципиально менее опасен , чем элементы вокруг него. В самом деле, обычно доступен изотоп, 241 Am, значительно более радиоактивен , чем оружейный плутоний, и по меньшей мере столь токсичен. Нет, разница просто , что есть полезное приложение для америция , что требует лишь очень небольшое количества, и для которой компания была готова пройти через усилие , необходимое , чтобы вырезать и получить регуляторное исключение.

Количество америция в типичном новом детекторе дыма составляет 1  мкКи (37  кКа ) или 0,29 микрограмм . Эта сумма уменьшается медленно , как америций распадается на нептуний -237, другие трансурановые элементы с гораздо более длительным периодом полувыведения (около 2,14 миллионов лет). С его полураспадом 432,2 лет, америций в детекторе дыма включает приблизительно 3% нептуния после 19 лет, и около 5% после 32 лет. Излучение проходит через ионизационной камеры , заполненные воздухом пространства между двумя электродами , и допускает небольшое, постоянное ток между электродами. Любой дым , который входит в камеру поглощает альфа - частицы, что уменьшает ионизацию и влияет на этот ток, чтобы вызвать тревогу. По сравнению с альтернативным оптическим детектором дыма, детектор ионизации дыма является более дешевым и может обнаружить частицы , которые слишком малы , чтобы произвести значительное рассеяние света; однако, более склонны к ложным тревогам .

радионуклид

В 241 Am имеет примерно аналогичный период полураспада в 238 Pu (432,2 лет против 87 лет), было предложено в качестве активного элемента радиоизотопных термоэлектрических генераторов , например , в космических аппаратах. Несмотря на то, америций производит меньше тепла и электроэнергии - выход мощность 114,7 мВт / г для 241 Am и 6,31 мВт / г для 243 Am (ср 390 мВт / г для 238 Pu) - и его излучение создает больше угрозы для человека из - за нейтрона выбросы, то Европейское космическое агентство рассматривает возможность использования америция для своих космических зондов.

Другое предлагаемое пространство , связанные с применением америция топливо для космических кораблей с ядерными энергетическими установками. Он основан на очень высокой скорости ядерного деления 242m Am, которая может быть сохранена даже в микрометра толщиной фольги. Малая толщина избегает проблемы эгоцентризма испускаемого излучения. Эта проблема имеет отношение к урана или плутония стержней, в котором только поверхностные слои обеспечивают альфа-частицы. Эти продукты деления 242m Am могут либо непосредственно приводить в движение космического корабля , или они могут нагревать толкающий газ. Они также могут передавать свою энергию жидкости и выработки электроэнергии посредством магнитогидродинамического генератора .

Еще одно предложение , которое использует высокую скорость деления ядер 242m Am является ядерной батареей. Его конструкция опирается не на энергии излучаемого от америция альфа - частиц, но и на их заряде, то есть америций действует как самоподдерживающийся «катод». Один 3,2 кг 242m Am заряд такой батареи может обеспечить около 140 кВт мощности в течение 80 дней. Даже с учетом всех потенциальных преимуществ, текущие приложения 242m Am являются пока препятствует дефицит и высокая цена этого конкретного ядерного изомера .

нейтронный источник

Оксид 241 Am спрессованного с бериллием является эффективным источником нейтронов . Здесь америций выступает в качестве источника альфа, и бериллия производит нейтроны вследствие его большого поперечного сечения для ядерной реакции (α, N):

Наиболее широкое использование 241 источников нейтронов Ambe является нейтронный зонд - устройство , используемое для измерения количества воды , присутствующей в почве, а также влажности / плотности для контроля качества дорожного строительства. 241 Am нейтронные источники также используются в каротаж приложений, а также в нейтронной радиографии , томографии и других радиохимических исследований.

Производство прочих элементов

Америций является исходным материалом для производства других трансурановых элементов и трансактинидов - например, 82,7% от 242 Am затухает до 242 Cm и 17,3% до 242 Pu. В ядерном реакторе, 242 Am также сконвертированного захвата нейтронов до 243 Am и 244 Am, который трансформирует от бета-распада до 244 см:

Облучение 241 Am от 12 С или 22 Н ионов приводит изотопов 247 Es ( эйнштейния ) или 260 дБ ( дубния ), соответственно. Кроме того, элемент беркелий ( 243 Ки изотопа) был впервые преднамеренно и идентифицирован при бомбардировке 241 Am с альфа - частицами, в 1949 году, по одной и той же группе Беркли, используя тот же самый 60-дюймовый циклотрон. Точно так же, нобелий был произведен в Объединенном институте ядерных исследований , Дубна , Россия, в 1965 г. в ряде реакций, один из которых включали облучение 243 Am с 15 Н ионов. Кроме того, одна из реакций синтеза для лоуренсия , обнаруженных учеными в Беркли и Дубне, включенных бомбардировку 243 Am с 18 O.

спектрометр

Америций-241 был использован в качестве портативного источника гамма - лучей , как и альфа - частиц для ряда медицинских и промышленных применений. В 59,5409 к гаммы - излучение от 241 Am в таких источниках может быть использовано для косвенного анализа материалов в рентгенографии и рентгеновской флуоресцентной спектроскопии, а также для контроля качества в фиксированных датчиках атомной плотности и ядерных плотномерах . Например, элемент был использован , чтобы измерить стеклянную толщину , чтобы помочь создать плоское стекло. Америций-241 также подходит для калибровки гамма-спектрометров в диапазоне низких энергий, так как ее спектр состоит из почти единственного пика и незначительного континуума Комптона (по крайней мере на три порядка более низкой интенсивности). Америций-241 гамма - лучи также были использованы для обеспечения пассивной диагностики функции щитовидной железы. Это медицинское применение, однако , устарели.

Забота о здоровье

Как сильно радиоактивный элемент, америций и его соединения должны быть обработаны только в соответствующей лаборатории по специальным соглашениям. Хотя большинство изотопов америция преимущественно излучают альфа-частицу, которые могут быть заблокированы тонкими слоями общих материалов, многие из дочерних продуктов испускают гамма-лучи и нейтроны, которые имеют длинную глубину проникновения.

Если потребляется большая часть америция из организма в течение нескольких дней, и только 0,05% поглощенной в крови, из которых примерно 45% идет в печени и 45% до костей, а остальные 10% выводится из организма. Поглощение в печени зависит от человека и увеличивается с возрастом. В костях, америций сначала наносят поверх корковых и трабекулярных поверхностей и медленно перераспределяет по кости со временем. Биологический период полураспада 241 Am составляет 50 лет в костях и 20 лет в печени, тогда как в гонады (семенники и яичники) остается постоянной; во всех этих органах, америций способствует образованию раковых клеток в результате его радиоактивности.

Америций часто входит свалку из выброшенных детекторов дыма . Правила , связанные с утилизацией детекторов дыма расслаблены в большинстве юрисдикций. В 1994 году 17-летний Дэвид Hahn извлек америций от около 100 детекторов дыма в попытке построить заводчик ядерный реактор. Там было несколько случаев воздействия америция, в худшем случае в том , что в химической операции техник Гарольд Маккласки , который в возрасте 64 лет подвергались 500 раз профессионального стандарта для америция-241 в результате взрыва в своей лаборатории , Маккласки умерли в возрасте 75 лет несвязанного ранее существовавшего заболевания.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Список используемой литературы

дальнейшее чтение

внешняя ссылка