Amerikium

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
PlutoniumAmerikiumCurium
Eu

Am

-  
 
 
Am-TableImage.png
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 243 amu
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

Amerikium on ydinreaktiolla keinotekoisesti valmistettu alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Am (lat. americium), järjestysluku 95 ja CAS-numero 7440-35-9. Sen sulamispiste on 1176 °C. Amerikiumia ei esiinny merkittäviä määriä luonnossa, vaan se joudutaan valmistamaan keinotekoisesti. Sen kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Pitkäikäisin isotooppi on 243Am, jonka puoliintumisaika on 7370 vuotta. Amerikiumia käytetään muun muassa palovaroittimissa sekä mittalaitteissa.

Ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Fysikaaliset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Metallista amerikiumia.

Amerikium on hopeanharmaa metalli, jonka sulamispiste on noin 1176 °C. Amerikium on suhteellisen haihtuvaa. Amerikiumilla on kaksi kidemuotoa: alfa-muodossaan amerikium on heksagonaalisesti pakkautunut 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 7370 vuotta. 241Am, joka on muun muassa palovaroittimissa käytetty isotooppi, puoliintumisaika on 432,2 vuotta. Isotooppeja tunnetaan massaluvulta 232 massaluvulle 247.[7][3]

Kemialliset ominaisuudet ja myrkyllisyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vasemalla amerikiumia hapetusasteella +IV, oikealla hapetusasteella +VI.

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 kanssa, kuten rikin ja vedyn. Amerikium 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: amerikium voi olla luonnossa 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 diokso-ionit 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 halidiyhdisteen vain fluorin kanssa, mikä on veteenliukenematon. 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. Amerikium muodostaa 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, aiheuttaa syntyvä alfasäteily solukuolemaa ja mutaatioita johtaen syöpään. Amerikium kertyy voimakkaasti luustoon.[5]

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Amerikiumia ei esiinny luonnossa, joten kaikki isotoopit ovat keinotekoisia. Pitkäikäisin isotooppi on 243Am, jonka puoliitumisaika on noin 7400 vuotta. Muita pitkäikäisiä isotooppeja ovat 241Am ja 242m1Am, joiden puoliintumisajat ovat yli sata vuotta.

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
231Am 30 s β+
232Am 79 s β+
233Am 3,2 min β+
234Am 2,32 min EC
235Am 15 min EC, β+, α
236Am 3,6 min β+
237Am 73 min EC, α
237mAm 5 ns
238Am 98 min EC, β+
238mAm 35 μs
239Am 11,9 h EC
239mAm 163 ns
240Am 50,8 h EC
241Am 432,2 a α
241mAm 1,2 μs
242Am 16,02 h EC, β-
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
242m1Am 141 a IT
242m2Am 14,0 ms IT
243Am 7370 a α
243mAm 5,5 μs
244Am 10,1 h β-
244mAm 26 min β-
245Am 2,05 h β-
245mAm 0,64 μs
246Am 39 min β-
246m1Am 25 min β-
246m2Am 73 μs
247Am 23 min β-
248Am 3 min β-
249Am 1 min β-

Lähde:[7][14]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[15]

Alun perin amerikiumia kutsuttiin pandemoniumiksi, sillä sitä oli hyvin vaikea erottaa toisesta syntyneestä alkuaineesta curiumista.[3]

Esiintyminen, valmistus ja eristys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Amerikiumia ei esiinny luonnossa, vaan kaikki amerikium joudutaan tekemään keinotekoisesti.[5] Amerikium syntyy, kun plutoniumin isotooppia 239 pommitetaan neutroneilla, jolloin syntyy 241Pu. Kun plutonium-241 hajoaa betahajoamisessa, syntyy amerikiumin isotooppia 241. Amerikiumin muita isotooppeja, kuten pitkäikäisempää 243Am voidaan valmistaa pommittamalla isotooppia 241 neutroneilla.[4][3]

Metallista amerikiumia voidaan valmistaa pelkistämällä AmF3 barium-höyryn avulla korkeassa lämpötilassa tai lantaanien avulla amerikiumdioksidista. Toinen tapa on valmistaa on amerikium(III)oksidista lantaanin kanssa 1200 °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 sekä uuttaminen.[16]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Amerikium-241 käytetään palovaroittimissa. Tumma sisempi rengas on amerikiumia, jota ympäröi alumiini.

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, voidaan niitä 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 huomattavasti enemmän kuin plutoniumin tai uraanin.[3][4]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Technical data for the element Americium periodictable.com. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
  2. Americium Properties americanelements.com. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
  3. a b c d e f g Americium Chemicool. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
  4. a b c d e f g Americium 3rd1000.com. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
  5. a b c d e Americium Chemistry Explained. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)
  6. a b Cotton, Wilkinson, Murillo, Bochmann s. 1134
  7. a b Isotopes of Americium (Z=95) Berkley Lab. Viitattu 3.8.2015. (englanniksi)
  8. Lehto & Hou s. 304-305
  9. Cotton, Wilkinson, Murillo, Bochmann s. 1135-1138
  10. Greenwood & Earnshaw s. 1264-1265, 1275
  11. Lehto & Hou s. 305
  12. Cotton, Wilkinson, Murillo, Bochmann s. 1133, 1139-1140
  13. Greenwood & Earnshaw s. 1278
  14. Americium Isotopes americanelements.com. Viitattu 3.8.2015. (englanniksi)
  15. a b Amerikium on europiumin alapuolella Helsingin Sanomat 27.9.2005. Viitattu 4.10.2014.
  16. Lehto & Hou s. 308

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Amerikium.