américium - Americium


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Américium,   95 Am
américium microscope.jpg
Les propriétés générales
Prononciation / ˌ æ m ɪ r ɪ s i ə m / ( AM -ə- SITDR -ee-əm )
Apparence blanc argenté
Nombre de masse 243 (isotope le plus stable)
Américium dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène technétium Ruthénium rhodium Palladium argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium praséodyme néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium holmium Erbium Thulium Ytterbium lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Le mercure (élément) Thallium Conduire Bismuth Polonium astate Radon
francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium américium Curium Berkelium californium einsteinium fermium Mendelevium Nobelium lawrencium rutherfordium dubnium seaborgium bohrium hassium meitnerium darmstadtium roentgenium copernicium Nihonium flérovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
Eu

Am

(uqe)
plutoniumamériciumcurium
Numéro atomique ( Z ) 95
Groupe groupe n / a
Période période de sept
Bloc f-bloc
catégorie de l'élément   actinides
configuration électronique [ Rn ] 5f 7 7s 2
Par coquille Électrons
2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Propriétés physiques
Phase à  STP solide
Point de fusion 1449  K (1176 ° C, 2149 ° F)
Point d'ébullition 2880 K (2607 ° C, 4725 ° F) (calculé)
Densité (près  de la température ambiante ) 12 g / cm 3
Température de fusion 14,39  kJ / mol
capacité thermique Molar 62,7 J / (mol · K)
La pression de vapeur
P  (Pa) 1 dix 100 1 k 10 k 100 k
à  T  (K) 1239 1356
propriétés atomiques
états d'oxydation 2, 3 , 4, 5, 6, 7 (un  amphotère oxyde)
électronégativité Pauling: 1.3
énergies Ionisation
  • 1er: 578 kJ / mol
rayon atomique empirique: 173  heures
rayon covalent 180 ± 18 heures
lignes de couleur dans un domaine spectral
Raies spectrales de l' américium
D'autres propriétés
Structure en cristal deux très condensée hexagonale (DHCP)
Double hexagonal structure cristalline emballé pour américium
Conductivité thermique 10 W / (m · K)
Résistivité électrique 0.69 μΩ · m
commande magnétique paramagnétique
Susceptibilité magnétique + 1000,0 · 10 -6  cm 3 / mol
Numero CAS 7440-35-9
L'histoire
Appellation après les Amériques
Découverte Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Leon O. Morgan , Albert Ghiorso (1944)
Principaux isotopes de l' américium
Isotope Abondance La demi-vie ( t 1/2 ) Mode Decay Produit
241 Am syn 432,2 y SF -
α 237 Np
242 m1 Am syn 141 y IL 242 Am
α 238 Np
SF -
243 Am syn 7370 y SF -
α 239 Np
| références

Américium est un synthétique élément chimique avec le symbole Am et de numéro atomique 95. Il est radioactif et un transuraniens membre de la actinides série, dans le tableau périodique situé sous le lanthanides élément europium , et donc par analogie a été nommé d' après les Amériques .

Américium a été produit en 1944 par le groupe de Glenn T.Seaborg de Berkeley, en Californie , au Laboratoire Métallurgique de l' Université de Chicago , une partie du projet Manhattan . Bien qu'il soit le troisième élément de la série transuraniens , il a été découvert quatrième, après le plus lourd curium . La découverte a été gardé secret et ne rendu public en Novembre 1945. La plupart américium est produit par l' uranium ou le plutonium bombardés de neutrons dans les réacteurs nucléaires - une tonne de passé combustible nucléaire contient environ 100 grammes de américium. Il est largement utilisé dans commerciales chambre d'ionisation détecteurs de fumée , ainsi que dans les sources de neutrons et jauges industrielles. Plusieurs applications inhabituelles, telles que les batteries nucléaires ou du combustible pour les navires spatiaux à propulsion nucléaire, ont été proposées pour l' isotope 242m Am, mais ils sont encore entravée par la rareté et le prix élevé de cet isomère nucléaire .

Américium est relativement doux radioactif métal aspect argenté. Ses isotopes communs sont 241 Am et 243 Am. Dans les composés chimiques, de l' américium suppose généralement l' état d'oxydation +3, en particulier dans les solutions. Plusieurs autres états d'oxydation sont connus, qui peuvent aller de 2 à 7 et qui peuvent être identifiés par leurs caractéristiques d' absorption optique des spectres. Le réseau cristallin de l' américium solide et ses composés contiennent de petits défauts intrinsèques radiogénique, en raison de metamictization induite par l' auto-irradiation avec des particules alpha, qui accumule avec le temps; cela peut provoquer une dérive de certaines propriétés des matériaux au fil du temps, plus visibles dans les échantillons plus âgés.

L'histoire

Le cyclotron de 60 pouces au Laboratoire Lawrence Radiation, Université de Californie, Berkeley , en Août 1939.
Le triangle dans le tube de verre contient le premier échantillon de l' américium (sous forme d'hydroxyde (Am (OH) 3 )), produit en 1944.

Bien que l' américium a probablement été produit dans des expériences nucléaires précédentes, il a été d' abord synthétisé intentionnellement , isolé et identifié en fin d' automne 1944, à l' Université de Californie, Berkeley , par Glenn T. Seaborg , Leon O. Morgan, Ralph A. James et Albert Ghiorso . Ils ont utilisé un 60 pouces cyclotron à l'Université de Californie, Berkeley. L'élément a été identifié chimiquement au laboratoire métallurgique (maintenant Argonne National Laboratory ) de l' Université de Chicago . Suite à briquet neptunium , le plutonium , et plus lourd curium , américium était le quatrième élément de transuraniens à découvrir. À l'époque, le tableau périodique a été restructuré par Seaborg à sa disposition actuelle, contenant la ligne de actinides en dessous du lanthanides un. Cela a conduit à l' américium étant situé juste en dessous de son lanthanide double europium; il est ainsi par analogie du nom des Amériques : « Le nom américium (après les Amériques) et l'Am symbole sont proposés pour l'élément sur la base de sa position en tant que sixième membre de la actinides série des terres rares, analogue à l' europium, eu, de la série des lanthanides « .

Le nouvel élément a été isolé à partir de ses oxydes dans un processus complexe en plusieurs étapes. Tout d' abord plutonium -239 nitrate ( 239 Puño 3 ) solution a été appliquée sur une platine feuille d'environ 0,5 cm 2 superficie, la solution est évaporée et le résidu a été converti en dioxyde de plutonium (PuO 2 ) par un recuit. Après irradiation par cyclotron, le revêtement a été dissous avec de l' acide nitrique , puis précipité sous forme d'hydroxyde en utilisant aqueuse concentrée une solution d'ammoniaque . Le résidu a été dissous dans de l' acide perchlorique . En outre la séparation a été effectuée par échange d'ions , ce qui donne un certain isotope de curium. La séparation des curium et américium était si laborieux que ces éléments ont d' abord été appelés par le groupe Berkeley comme Pandemonium (du grec pour tous les démons ou l' enfer ) et le délire (du latin pour la folie ).

Les premières expériences ont donné quatre isotopes de l' américium: 241 Am, 242 Am, 239 Am et 238 Am. Américium-241 a été directement obtenue à partir de plutonium par absorption de deux neutrons. Il se désintègre par émission d'un α-particule de 237 Np; la demi-vie de cette désintégration a été déterminée comme 510 ± 20 ans , mais ensuite corrigée à 432,2 ans.

Les temps sont des demi-vies

Le second isotope 242 Am a été produit sur le bombardement de neutrons du déjà créé 241 Am. Une fois rapide β-carie , 242 Am se transforme en l'isotope de curium 242 cm (qui avait été découvert précédemment). La demi-vie de cette désintégration a été initialement déterminé à 17 heures, ce qui était proche de la valeur actuellement acceptée de 16.02 h.

La découverte de l' américium et le curium en 1944 était étroitement lié au projet Manhattan ; les résultats sont confidentiels et déclassifiés seulement en 1945. Seaborg a fui la synthèse des éléments 95 et 96 sur l'émission de radio des États - Unis pour les enfants Quiz enfants cinq jours avant la présentation officielle lors d' une American Chemical Society réunion du 11 Novembre 1945, quand l' un des les auditeurs ont demandé si un nouvel élément de transuraniens à côté du plutonium et le neptunium avait été découvert pendant la guerre. Après la découverte des isotopes américium 241 Am et 242 Am, leur production et les composés ont été brevetés liste que Seaborg comme l'inventeur. Les échantillons d'américium initiaux pesés quelques microgrammes; ils étaient à peine visibles et ont été identifiés par leur radioactivité. Les premières quantités substantielles d'américium métallique pesant 40-200 microgrammes sont préparées jusqu'à 1951 par réduction du fluorure d'américium (III) avec du baryum métallique sous vide poussé à 1100 ° C.

Occurrence

Américium a été détectée dans les retombées de la Mike Ivy essai nucléaire.

La plus longue durée de vie et les isotopes les plus courants de l' américium, 241 Am et 243 ont des demi-vies de 432,2 et 7370 ans Am, respectivement. Par conséquent, toute primordiale américium (américium qui était présent sur la Terre lors de sa formation) aurait décru maintenant.

Est concentrée dans les zones américium existantes utilisées pour les atmosphériques des essais d'armes nucléaires menées entre 1945 et 1980, ainsi que sur les sites des incidents nucléaires, tels que la catastrophe de Tchernobyl . Par exemple, l'analyse des débris sur le site d'essai de la première US bombe à hydrogène , Ivy Mike , (1 Novembre 1952, l' atoll d' Enewetak ), a révélé de fortes concentrations de divers actinides y compris américium; mais en raison du secret militaire, ce résultat n'a pas été publié plus tard, en 1956. trinitite , le résidu vitreux laissé sur le sol du désert près de Alamogordo , Nouveau - Mexique , après que le plutonium à base Trinity essai de bombe nucléaire le 16 Juillet 1945, contient des traces de américium-241. Des niveaux élevés de américium ont également été détectés au site du crash d'un US Boeing B-52 avions de bombardier, qui transportait quatre bombes à hydrogène, en 1968 au Groenland .

Dans d' autres régions, la radioactivité moyenne de la surface du sol en raison de l' américium résiduel est seulement d' environ 0,01  picocuries / g (0,37  mBq / g). Composés d'américium atmosphériques sont peu solubles dans les solvants courants et pour la plupart adhèrent aux particules du sol. L' analyse du sol a révélé environ 1900 fois plus élevée la concentration de l' américium à l' intérieur des particules de sol de sable que dans l'eau présente dans les pores du sol; un rapport encore plus élevée a été mesurée dans loam sols.

Américium est produit principalement artificiellement en petites quantités, à des fins de recherche. Une tonne de combustible nucléaire usé contient environ 100 grammes de différents isotopes de l' américium, la plupart du temps 241 Am et 243 Am. Leur radioactivité prolongée est indésirable pour l'élimination, et donc américium, ainsi que d'autres actinides de longue durée, doit être neutralisé. La procédure associée peut comporter plusieurs étapes, où l' américium est d' abord séparé puis converti par bombardement de neutrons dans les réacteurs spéciaux à nucléides de courte durée. Cette procédure est bien connue comme la transmutation nucléaire , mais il est encore en cours d' élaboration pour l' américium. Les éléments transuraniens de américium fermium se sont produits naturellement dans le réacteur à fission nucléaire naturel à Oklo , mais ne le font plus.

Synthèse et extraction

nucleosyntheses Isotope

Chromatographiques élution courbes révélant la similitude entre les lanthanides Tb, Gd et Eu et les actinides correspondant Bk, CM et AM.

Américium a été produit en petites quantités dans les réacteurs nucléaires depuis des décennies, et kilogrammes de ses 241 Am et 243 isotopes de Am ont été accumulés maintenant. Néanmoins, depuis qu'il a été mis en vente en 1962, son prix, environ 1 500 USD par gramme de 241 Am, reste pratiquement inchangé en raison de la procédure de séparation très complexe. L'isotope lourd 243 Am est produit en quantités beaucoup plus petites; il est donc plus difficile de séparer, ce qui entraîne un coût plus élevé de l'ordre 100,000-160,000 USD / g.

Américium n'est pas synthétisé directement à partir de l' uranium - le matériau du réacteur le plus courant - mais de l'isotope du plutonium 239 Pu. Ce dernier doit être produit en premier lieu , selon le procédé nucléaire suivant:

La capture des neutrons par deux 239 Pu (que l' on appelle (n, γ) réaction), suivie d'une β-carie, conduit à 241 Am:

Le plutonium présent dans le combustible nucléaire usé contient environ 12% de 241 Pu. Parce qu'il convertit spontanément à 241 Am, 241 Pu peut être extrait et peut être utilisé pour générer plus de 241 Am. Cependant, ce processus est assez lent: la moitié du montant initial de 241 Pu désintègre à 241 Am au bout de 15 ans, et le 241 montant Am atteint un maximum après 70 ans.

Le obtenu 241 Am peut être utilisé pour générer des isotopes plus lourds d'américium par capture de neutrons en outre à l' intérieur d' un réacteur nucléaire. Dans un réacteur à eau légère (LWR), 79% de 241 Am convertit à 242 Am et 10% de son isomère nucléaire 242m Am:

Américium-242 a une demi-vie de seulement 16 heures, ce qui rend son plus haut de conversion à 243 Am, extrêmement inefficace. Ce dernier isotope est produit à la place dans un processus où 239 Pu capture des neutrons quatre sous haute flux de neutrons :

génération en métal

La plupart des routines de synthèse donnent un mélange de différents isotopes d'actinides sous formes d'oxydes, à partir de laquelle les isotopes de l' américium peuvent être séparés. Dans une procédure typique, le combustible du réacteur usé (par exemple de combustible MOX ) est dissous dans de l' acide nitrique , et la majeure partie de l' uranium et du plutonium est éliminé en utilisant un PUREX extraction de type ( P lutonium- UR anium EX de traction) avec le phosphate de tributyle dans un hydrocarbure . Les lanthanides et les actinides restants sont ensuite séparés du résidu aqueux ( raffinat ) par un diamide extraction à base, pour donner, après extraction, un mélange des actinides et lanthanides trivalents. Composés d'américium sont ensuite extraits de manière sélective en utilisant plusieurs étapes chromatographiques techniques et de centrifugation avec un réactif approprié. Une grande quantité de travail a été accompli sur le extraction par solvant de l' américium. Par exemple, un 2003 UE projet financé par le nom de code « EUROPART » a étudié triazines et d' autres composés comme agents d'extraction potentiels. A bis -triazinyl bipyridine complexe a été proposé en 2009 un tel réactif est très sélectif à l' américium (et curium). La séparation de l' américium à partir du curium très similaire peut être obtenu par traitement d' une suspension de leurs hydroxydes en solution aqueuse de bicarbonate de sodium avec de l' ozone , à des températures élevées. Les deux Am et Cm sont le plus souvent présents dans des solutions à l'état de valence +3; tandis que curium reste inchangé, l' américium oxyde de complexes solubles Am (IV) qui peuvent être éliminés par lavage.

Américium métallique est obtenu par réduction de ses composés. Fluorure d'américium (III) a été utilisée à cette fin. La réaction a été conduite en utilisant élémentaire baryum comme agent réducteur dans un milieu à l' eau et de l' oxygène libre à l' intérieur d' un appareil en tantale et le tungstène .

Une autre possibilité est la réduction du dioxyde de américium par métallique du lanthane ou du thorium :

Propriétés physiques

fermer l'emballage à double hexagonal avec la séquence de couches ABAC dans la structure cristalline de α-américium (A: vert, B: bleu, C: rouge).

Dans le tableau périodique , américium est situé à droite du plutonium, à la gauche de curium, et en dessous du lanthanides europium , avec lequel il partage de nombreuses similitudes dans les propriétés physiques et chimiques. Américium est un élément hautement radioactif. Lorsque fraîchement préparé, il a un éclat métallique blanc argenté, mais lentement ternit dans l' air. Avec une densité de 12 g / cm 3 , de l' américium est moins dense que les deux curium (13,52 g / cm 3 ) et de plutonium (19,8 g / cm 3 ); mais présente une densité supérieure à celle de l' europium (5,264 g / cm 3 ) -surtout en raison de sa masse atomique plus élevé. Américium est relativement souple et facilement déformable et présente une nettement plus faible module de compression que les actinides devant elle: Th, Pa, U, Np et Pu. Son point de fusion de 1173 ° C est significativement supérieure à celle du plutonium (639 ° C) et l' europium (826 ° C), mais inférieur à celui de curium (1340 ° C).

Dans les conditions ambiantes, l' américium est présent sous sa forme α plus stable qui présente une symétrie cristalline hexagonale , et un groupe spatial P6 3 / mmc avec des paramètres de maille a  = 346,8  pm et c  = 1124 pm, et quatre atomes par cellule unitaire . Le cristal est constitué d'un double hexagonal d' emballage avec la séquence de couches ABAC et est donc isotypique avec α-lanthane et de plusieurs actinides tels que le α-curium. La structure cristalline de l' américium change avec la pression et la température. Lorsqu'il est comprimé à la température ambiante à 5 GPa, α-Am se transforme en la modification β, qui a une cubique à faces centrées ( fcc symétrie), groupe d'espace Fm 3 m et constante de réseau a  = 489 pm. Cette fcc structure est équivalente à l'emballage le plus proche avec la séquence ABC. Après une nouvelle compression à 23 GPa, de l' américium se transforme en une orthorhombique structure de γ-Am similaire à celle de α-uranium. Il n'y a pas d' autres transitions observées jusqu'à 52 GPa, à l' exception d'une apparition d'une phase monoclinique à des pressions entre 10 et 15 GPa. Il n'y a pas de cohérence sur l'état de cette phase dans la littérature, qui peut aussi lister les a, les phases ß et y I, II et III. La transition β-γ est accompagné par un dans le volume du cristal diminution de 6%; bien que la théorie prévoit également un important changement de volume pour la transition α-β, on n'a pas observé expérimentalement. La pression de la transition α-β diminue lorsque la température augmente, et quand a-américium est chauffé à la pression ambiante, à 770 ° C , il se transforme en un fcc phase qui est différente de β-Am, et à 1075 ° C , il se convertit en une cubique centrée structure. Le diagramme de phase pression-température de l' américium est donc assez semblables à ceux de lanthane, le praséodyme et le néodyme .

Comme beaucoup d' autres actinides, l' auto-endommagement du réseau cristallin due à une irradiation de particules alpha est intrinsèque à l' américium. Il est particulièrement remarquable à basse température, où la mobilité des produits défauts de réseau cristallin est relativement faible, par un élargissement de diffraction des rayons X des pics. Cet effet rend la température de l' américium et certaines de ses propriétés quelque peu incertaine, tels que l' électricité résistivité . Donc , pour l' américium-241, la résistivité à 4,2 K augmente avec le temps d'environ 2 μOhm · cm à 10 cm · μOhm après 40 heures, et sature à environ 16 μOhm · cm après 140 heures. Cet effet est moins prononcé à la température ambiante, du fait de l' annihilation des défauts de rayonnement; chauffage aussi à la température ambiante de l'échantillon qui a été conservé pendant des heures à basse température restaure sa résistivité. Dans des échantillons frais, la résistivité augmente progressivement avec la température d'environ 2 μOhm · cm à l' hélium liquide à 69 μOhm · cm à la température ambiante; ce comportement est similaire à celui de neptunium, l' uranium, le thorium et protactinium , mais est différent du plutonium et curium qui montrent une augmentation rapide jusqu'à 60 K suivi de la saturation. La valeur de la température ambiante pour américium est inférieur à celui du neptunium, le plutonium et le curium, mais plus élevé que pour l' uranium, le thorium et protactinium.

Américium est paramagnétique dans une large plage de températures, de celle de l' hélium liquide , à la température ambiante et au- dessus. Ce comportement est nettement différente de celle de son voisin curium qui présente une transition antiferromagnétique à 52 K. La dilatation thermique coefficient d'américium est légèrement anisotrope et équivaut à (7,5 ± 0,2) × 10 -6  / ° C le long de la plus courte d' un axe et ( 6,2 ± 0,4) × 10 -6  / ° C pour le plus c axe hexagonal. L' enthalpie de dissolution du métal de l' américium dans de l' acide chlorhydrique dans des conditions standard est -620,6 ± 1,3 kJ / mol , à partir de laquelle la variation d'enthalpie standard de formationf H °) Am aqueuse 3+ ion est -621,2 ± 2,0 kJ / mol . Le potentiel standard Am 3+ / Am 0 est -2,08 ± 0,01 V .

Propriétés chimiques

Ions d'américium dans la solution: Am 3+ ( à gauche) et Am 4+ ( à droite). Am 3+ est incolore à faible et rougeâtre à des concentrations plus élevées.

Américium réagit facilement avec l' oxygène et se dissout bien dans les acides . Le plus commun état d'oxydation de l' américium est 3, dans lequel les composés d'américium sont assez stables à l'oxydation et de réduction. En ce sens, l' américium est chimiquement similaire à la plupart des lanthanides. Les formes d'américium trivalent insoluble de fluorure , oxalate , iodate , hydroxyde , phosphate et autres sels. D' autres états d'oxydation ont été observées entre 2 et 7, qui est la gamme la plus large parmi les éléments actinides. Leur couleur dans des solutions aqueuses varie comme suit: Am 3+ (incolore à jaune-rougeâtre), Am 4+ (jaune-rougeâtre), Am V O +
2
; (jaune), Am VI O 2 +
2
(brun) et Am VII O 5-
6
(vert foncé). Tous les états d'oxydation ont leurs spectres d'absorption optique caractéristique, avec quelques pics pointus dans les régions visible et infrarouge moyen, et la position et l' intensité de ces pics peuvent être convertis en les concentrations des états d'oxydation correspondants. Par exemple, Am (III) présente deux pics nets à 504 et 811 nm, Am (V) à 514 et 715 nm, et Am (VI) à 666 et 992 nm.

Les composés de l' américium par l' état d'oxydation +4 et supérieur sont des agents oxydants forts, comparables en force au permanganate ion ( MnO -
4
) dans des solutions acides. Considérant que les Am 4+ ions sont instables dans les solutions et le convertissent facilement à Am 3+ , l'état d'oxydation +4 se produit bien dans les solides, tels que le dioxyde de américium (AMO 2 ) et l' américium (IV) fluorure (AMF 4 ).

Tous les pentavalents et hexavalents composés d'américium sont des sels complexes , tels que Kamo 2 F 2 , Li 3 AmO 4 et Li 6 AmO 6 , Ba 3 AmO 6 , AmO 2 F 2 . Ces haut états d'oxydation Am (IV), Am (V) et Am (VI) peuvent être préparés à partir de Am (III) par oxydation avec du persulfate d'ammonium dans de l' acide nitrique dilué, avec l' oxyde d'argent (I) dans de l' acide perchlorique , ou avec de l' ozone ou le persulfate de sodium en carbonate de sodium solutions. L'état d'oxydation pentavalent de l' américium a d' abord été observée en 1951. Elle est présente en solution aqueuse sous la forme d' AmO +
2
ions (acide) ou AmO -
3
ions (alcalin) , qui sont toutefois instables et soumis à plusieurs rapides dismutation réactions:

Composants chimiques

Composés oxygénés

Trois oxydes américium sont connus, avec les états d'oxydation +2 (AMO), +3 (Am 2 O 3 ) et 4 (AMO 2 ). Américium (II) oxyde a été préparé en quantités infimes et n'a pas été caractérisée en détail. L' oxyde d'américium (III) est un solide rouge-brun avec un point de fusion de 2205 ° C. Américium (IV) oxyde est la forme principale de l' américium solide qui est utilisé dans la quasi - totalité de ses applications. Comme la plupart des autres dioxydes d'actinides, il est un solide noir avec un cube ( fluorite structure cristalline).

L'oxalate d'américium (III), séché sous vide à la température ambiante, a la formule chimique Am 2 (C 2 O 4 ) 3 · 7H 2 O. Lors du chauffage dans le vide, il perd de l' eau à 240 ° C et commence à se décomposer en AmO 2 à 300 ° C, la décomposition se termine à environ 470 ° C. L'oxalate initial se dissout dans l' acide nitrique avec la solubilité maximale de 0,25 g / L.

halogénures

Halogénures d'américium sont connus pour les états d'oxydation +2, +3 et +4, où la 3 est le plus stable, en particulier dans les solutions.

État d'oxydation F Cl Br je
4 Américium (IV) fluorure
AmF 4
rose pâle
3 Américium (III) fluorure
AmF 3
rose
Américium (III) chlorure
AMCL 3
rose
Américium (III) de bromure
AmBr 3
jaune clair
Américium (III) d' iodure
AmI 3
jaune clair
2 Américium (II) chlorure
AMCL 2
noir
Américium (II) de bromure
AmBr 2
noir
Américium (II) d' iodure
AmI 2
noir

La réduction des composés Am (III) avec le sodium amalgame donne des sels Am (ii) - les halogénures noirs AMCL 2 , Ambr 2 et Ami 2 . Ils sont très sensibles à l' oxygène et oxydent dans l' eau, libérant un atome d' hydrogène et la conversion à l'état Am (III). Constantes de réseau spécifiques sont les suivants :

  • Orthorhombique AMCL 2 : a = 896,3 ± 24:08 , b = 757,3 ± 24:08 et c = 453,2 ± 12:06
  • Tétragonale AmBr 2 : a = 1 159 0,2 ± 12h04 et c = 712,1 ± 12h03 . Ils peuvent également être préparés en faisant réagir l' américium métallique avec un halogénure de mercure appropriée HgX 2 , où X = Cl, Br ou I:

Américium (III) fluorure (AmF 3 ) est faiblement soluble et précipite lors de la réaction de Am 3+ et des ions fluorure dans les solutions acides faibles:

Le fluorure d' américium tétravalent (IV) (AmF 4 ) est obtenu par réaction de l' américium solide (III) avec du fluorure moléculaire fluor :

Une autre forme connue de chlorure d'américium tétravalent solide est KAmF 5 . Américium tétravalent a également été observé dans la phase aqueuse. A cet effet, le noir Am (OH) 4 a été dissous dans de 15 M NH 4 F à la concentration en américium de 0,01 M. La solution rougeâtre résultante a un spectre d'absorption optique caractéristique qui est similaire à celle de AmF 4 mais diffère de l' autre oxydation états de l' américium. Le chauffage de la solution Am (IV) à 90 ° C n'a pas abouti à la disproportionation ou la réduction, mais une réduction lente a été observée pour Am (III) et affecté à l' auto-irradiation de l' américium par des particules alpha.

La plupart des halogénures d' américium (III) forment des cristaux hexagonaux avec une légère variation de la couleur et la structure exacte entre les atomes d' halogène. Ainsi, le chlorure (AMCL 3 ) est rouge et présente une structure isotypique de l' uranium (III) (groupe spatial P6 3 / m) et le point de fusion de 715 ° C. Le fluorure est isotypique de LaF 3 (groupe spatial P6 3 / mmc) et de l'iodure de BiI 3 (groupe d' espace R 3 ). Le bromure est une exception à la orthorhombique pUBR trois structures de type et le groupe d' espace Cmcm. Cristaux d'américium hexahydraté (AMCL 3 · 6H 2 O) peut être préparé par dissolution de dioxyde de américium dans l' acide chlorhydrique et l' évaporation du liquide. Ces cristaux sont hygroscopiques et ont la couleur jaune-rougeâtre et une monoclinique structure cristalline.

Oxyhalogénures de l' américium dans la forme Am VI O 2 X 2 , Am V O 2 X, Am IV OX 2 et Am III OX peuvent être obtenus en faisant réagir l'halogénure d'américium correspondant avec de l' oxygène ou de Sb 2 O 3 , et AmOCl peuvent également être produits en phase vapeur hydrolyse :

Chalcogenides et pnictures

Les connus chalcogénures d'américium comprennent les sulfures AmS 2 , séléniures Amse 2 et Am 3 Se 4 , et tellurures Am 2 Te 3 et Amte 2 . Les pnictures de américium ( 243 Am) du type AmX sont connus pour les éléments phosphore , l' arsenic , l' antimoine et le bismuth . Ils cristallisent dans le sel gemme treillis.

Siliciures et borures

Américium monosiliciure (AMSI) et « disiliciure » (nominalement AMSI x avec 1,87 <x <2,0) ont été obtenus par réduction de l' américium (III) avec du fluorure élémentaire silicium sous vide à 1050 ° C (AMSI) et 1150-1200 ° C ( AMSI x ). AMSI est un solide noir isomorphe avec LASI, il possède une symétrie cristalline orthorhombique. AMSI x a un éclat argenté brillant et un réseau cristallin tétragonal (groupe spatial I 4 1 / amd), il est isomorphe avec Pusi 2 et thsi 2 . Borures de l' américium comprennent AmB 4 et AmB 6 . Le tétraborure peut être obtenue en chauffant un oxyde ou un halogénure de l' américium par le diborure de magnésium sous vide ou sous atmosphère inerte.

composés Organoamericium

Structure prédite de amerocene [(η 8 à C 8 H 8 ) 2 Am]

De manière analogue à uranocène , l' américium forme le amerocene de composé organométallique avec deux cyclooctatétraène ligands, de formule chimique (η 8 à C 8 H 8 ) 2 Am. Un complexe de cyclopentadiényle est également connu qui est susceptible d'être stoechiométriquement PCMA 3 .

La formation des complexes du type Am (nC 3 H 7 -BTP) 3 , où BTP représente le 2,6-di (1,2,4-triazin-3-yl) pyridine, dans des solutions contenant nC 3 H 7 - Am et BTP de les ions a été confirmée par EXAFS . Certains de ces complexes de type BTP interagissent sélectivement avec l' américium et sont donc utiles dans la séparation sélective de lanthanides et actinides autre.

aspects biologiques

Américium est un élément artificiel d'origine récente, et n'a donc pas une condition biologique . Il est nocif à la vie . Il a été proposé d'utiliser des bactéries pour éliminer l' américium et d' autres métaux lourds des rivières et des cours d' eau. Ainsi, Enterobacteriaceae du genre Citrobacter précipiter les ions américium à partir de solutions aqueuses, de les lier en un complexe de phosphate métallique au niveau de leurs parois cellulaires. Plusieurs études ont été rapportées sur la biosorption et la bioaccumulation de l' américium par des bactéries et des champignons.

Fission

L'isotope 242m Am (demi-vie de 141 ans) possède les plus grandes sections pour l' absorption des neutrons thermiques (5.700 granges ), qui se traduit par une petite masse critique pour une soutenue réaction nucléaire en chaîne . La masse critique pour un nu 242m sphère Am est d' environ 9-14 kg (les résultats de l' incertitude de la connaissance insuffisante de ses propriétés matérielles). Il peut être abaissé à 3-5 kg avec un réflecteur en métal et devrait être encore plus petit avec un réflecteur d'eau. Une telle petite masse critique est favorable pour portables des armes nucléaires , mais celles basées sur 242m Am ne sont pas encore connus, probablement à cause de sa rareté et le prix élevé. Les masses critiques de deux autres isotopes facilement disponibles, 241 Am et 243 Am, sont relativement élevés - 57,6 à 75,6 kg pour 241 Am et 209 kg pour 243 Am. Rareté et haute demande prix entravent encore l' américium comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires .

Il y a des propositions de réacteurs à haute flux de 10 kW très compact en utilisant aussi peu que 20 grammes de 242m Am. De tels réacteurs de faible puissance seraient relativement sûrs à utiliser comme sources de neutrons pour la radiothérapie dans les hôpitaux.

isotopes

Environ 19 isotopes et 8 isomères nucléaires sont connus pour américium. Il y a deux émetteurs alpha à long terme, 241 Am et 243 Am avec des demi-vies de 432,2 et 7370 ans, respectivement, et l'isomère nucléaire 242m1 Am a une longue demi-vie de 141 ans. Les demi-vies d'autres isotopes et isomères vont de 0,64 microsecondes pour 245m1 Am à 50,8 heures pour 240 Am. Comme avec la plupart des autres actinides, les isotopes de l' américium avec un nombre impair de neutrons ont le taux relativement élevé de la fission nucléaire et une faible masse critique.

Américium-241 se désintègre en 237 Np émettant des particules alpha de 5 énergies différentes, la plupart du temps à 5.486 MeV (85,2%) et 5.443 MeV (12,8%). Comme bon nombre des États qui en résultent sont métastable, ils émettent aussi des rayons gamma avec les énergies discrètes entre 26,3 et 158,5 keV.

Américium-242 est un isotope de courte durée avec une demi-vie de 16.02 h. Il la plupart du temps (82,7%) convertit par β-decay à 242 cm, mais aussi par capture d'électrons à 242 Pu (17,3%). Les deux 242 cm et 242 Pu transformer par presque la même chaîne de désintégration par 238 Pu jusqu'à 234 U.

La quasi - totalité (99,541%) de 242m1 Am désintègre par conversion interne à 242 Am et le reste 0,459% en α-decay à 238 Np. Ce dernier se décompose ensuite à 238 Pu, puis à 234 U.

Américium-243 transformées par α-émission dans 239 Np, qui convertit en β-carie à 239 Pu et le 239 Pu se transforme en 235 U par l' émission d' un α-particules.

Applications

En dehors et à l'intérieur vue d'un détecteur de fumée à base américium

Ionisation de type détecteur de fumée

Américium est utilisé dans le type le plus commun de ménage détecteur de fumée , qui utilise 241 Am sous la forme de dioxyde de américium comme source de rayonnements ionisants . Cet isotope est préférée à 226 Ra , car il émet 5 fois plus de particules alpha et relativement peu de rayonnement gamma nuisibles. Collecteur élément Theodore gris mentionne dans son livre The Elements: Une exploration visuelle de chaque atome connu dans l'Univers :

Vous pourriez penser qu'un élément radioactif de synthèse qui suit le plutonium (94) -et a une demi-vie serait beaucoup plus court une sorte de matériel superbombe, disponible uniquement aux scientifiques dans les laboratoires secrets. Peut-être un savant fou est en train d'étudier l'américium dans une tanière quelque part, mais si vous voulez un peu vous-même, vous pouvez tout simplement marcher dans un magasin de quincaillerie de quartier, supermarché, ou Wal-Mart et acheter, sans poser de questions.

La raison en est pas américium est fondamentalement moins dangereux que les éléments qui l' entourent. En fait, l'isotope couramment disponibles, 241 Am, est beaucoup plus radioactif que le plutonium de qualité militaire, et au moins aussi toxiques. Non, la différence est tout simplement qu'il ya une application utile pour l' américium qui ne nécessite qu'une très petite quantité, et pour laquelle une société était prête à passer par l'effort nécessaire pour se tailler et d' obtenir une exception réglementaire.

La quantité de l' américium dans un nouveau détecteur de fumée typique est de 1  microcurie (37  kBq ) ou 0,29 microgramme . Ce montant diminue lentement à mesure que la américium se désintègre en neptunium -237, un élément transuraniens différent avec beaucoup plus longue demi-vie (environ 2,14 millions d' années). Avec sa demi-vie de 432,2 années, l'américium dans un détecteur de fumée comprend environ 3% neptunium après 19 ans, et environ 5% après 32 ans. Le rayonnement passe à travers une chambre d'ionisation , un espace rempli d' air entre les deux électrodes , et permet une petite constante de courant entre les électrodes. Toute la fumée qui pénètre dans la chambre absorbe les particules alpha, ce qui réduit l'ionisation et affecte ce courant, déclenchant l'alarme. Par rapport au détecteur de fumée optique variante, le détecteur de fumée à ionisation est moins cher et permet de détecter des particules qui sont trop petites pour produire la diffusion de lumière significative; cependant, il est plus enclin à les fausses alarmes .

radionucléide

Comme 241 Am a à peu près la même demi-vie à 238 Pu (432,2 ans contre 87 ans), il a été proposé comme un élément actif des générateurs thermoélectriques radio - isotopes , par exemple dans les vaisseaux spatiaux. Bien que l' américium produit moins de chaleur et d' électricité - le rendement de puissance est 114,7 mW / g pour 241 Am et 6,31 mW / g pour 243 Am (voir 390 mW / g pour 238 Pu) - et son rayonnement représente plus une menace pour les humains en raison de neutrons émission, l' Agence spatiale européenne envisage d' utiliser américium pour ses sondes spatiales.

Une autre application liée à l'espace proposé est de américium un carburant pour les navires spatiaux à propulsion nucléaire. Elle repose sur le taux très élevé de la fission nucléaire de 242m Am, qui peut être maintenue même dans une feuille de micromètre d'épaisseur. Faible épaisseur évite le problème de l' auto-absorption du rayonnement émis. Ce problème est pertinent de barres d'uranium ou de plutonium, dans lequel seules les couches de surface fournissent des particules alpha. Les produits de fission de 242m Am peut soit propulser directement le vaisseau spatial ou ils peuvent chauffer un gaz de poussée. Ils peuvent également transférer leur énergie à un fluide et produire de l' électricité par un générateur MHD .

Une proposition plus qui utilise le taux de fission nucléaire élevé de 242m Am est une batterie nucléaire. Sa conception repose pas sur l'énergie des particules émises par américium alpha, mais leur charge, ce sont les actes de américium comme l'auto-entretenue « cathode ». Un seul 3,2 kg 242m charge Am d' une telle batterie pourrait fournir environ 140 kW de puissance sur une période de 80 jours. Même avec tous les avantages potentiels, les applications actuelles de 242m Am sont encore entravées par la rareté et le prix élevé de ce particulier isomère nucléaire .

neutron Source

L'oxyde de 241 Am pressé avec le béryllium est un moyen efficace source de neutrons . Ici , les actes de l' américium en tant que source d'alpha, et produit des neutrons du béryllium en raison de sa grande section transversale pour le (α, n) réaction nucléaire:

L'utilisation la plus répandue de 241 sources de neutrons AmBe est une sonde à neutrons - un dispositif utilisé pour mesurer la quantité d'eau présente dans le sol, ainsi que l' humidité / densité pour le contrôle de la qualité dans la construction de routes. 241 sources de neutrons Am sont également utilisés dans des applications diagraphie, ainsi que dans la radiographie des neutrons , la tomographie et d' autres enquêtes radiochimique.

La production d'autres éléments

Américium est un matériau de départ pour la production d'autres éléments transuraniens et transactinides - par exemple, 82,7% des 242 Am se désintègre en 242 cm et 17,3% à 242 Pu. Dans le réacteur nucléaire, 242 Am est également converti vers le haut par capture de neutrons à 243 Am et 244 Am, qui transforme en β-decay à 244 cm:

Irradiation de 241 Am par 12 C ou 22 des ions Ne donne les isotopes 247 Es ( einsteinium ) ou 260 Db ( dubnium ), respectivement. En outre, l'élément berkelium ( 243 a d' abord été produit intentionnellement des isotopes Bk) et identifié en bombardant 241 Am avec des particules alpha, en 1949, par le même groupe Berkeley, en utilisant le même cyclotron de 60 pouces. De même, nobélium a été produit à l' Institut de recherche nucléaire , Dubna , en Russie, en 1965 dans plusieurs réactions, dont une irradiation de inclus 243 Am avec 15 ions N. D' ailleurs, l' une des réactions de synthèse pour lawrencium , découverts par des scientifiques de Berkeley et Dubna, inclus bombardement de 243 Am avec 18 O.

Spectromètre

Américium-241 a été utilisé comme une source portable à la fois les rayons gamma et les particules alpha pour un certain nombre d'utilisations médicales et industrielles. Les émissions de rayons gamma 59,5409 keV 241 Am dans ces sources peuvent être utilisées pour l' analyse indirecte des matériaux dans la radiographie et la fluorescence à rayons X spectroscopie, ainsi que pour le contrôle de la qualité en fixe les jauges de densité nucléaire et densometers nucléaires . Par exemple, l'élément a été employé pour évaluer verre épaisseur pour aider à créer le verre plat. Américium-241 est également approprié pour l' étalonnage du spectromètre à rayons gamma dans la plage de basse énergie, étant donné que son spectre est composé de près d' un pic unique et négligeable continuum Compton (au moins trois ordres de grandeur plus faible intensité). Américium 241 rayons gamma ont également été utilisés pour fournir un diagnostic passif de la fonction thyroïdienne. Cette application médicale est cependant obsolète.

Les problèmes de santé

En tant qu'élément hautement radioactif, l'américium et ses composés doivent être manipulés que dans un laboratoire approprié en vertu des dispositions particulières. Bien que la plupart des isotopes de l'américium émettent principalement des particules alpha qui peuvent être bloqués par des couches minces de matériaux courants, bon nombre des produits de filiation émettent des rayons gamma et des neutrons qui ont une longue profondeur de pénétration.

En cas de consommation, la plupart des américium est excrétée dans quelques jours, avec seulement 0,05% absorbé dans le sang, dont environ 45% va au foie et 45% aux os, et les 10% restants sont excrétés. L'absorption du foie dépend de l'individu et augmente avec l' âge. Dans les os, américium est d' abord déposée sur corticales et trabéculaires surfaces et redistribue lentement sur l'os avec le temps. La demi-vie biologique de 241 Am est de 50 ans dans les os et 20 ans dans le foie, alors que dans les gonades (testicules et ovaires) , il reste en permanence; dans tous ces organes, américium favorise la formation de cellules cancéreuses en raison de sa radioactivité.

Américium entre souvent des décharges de rebut des détecteurs de fumée . Les règles associées à la disposition des détecteurs de fumée sont détendus dans la plupart des provinces et territoires. En 1994, âgé de 17 ans , David Hahn extrait l'américium d'environ 100 détecteurs de fumée dans une tentative de construire un réacteur nucléaire éleveur. Il y a eu quelques cas d'exposition à l' américium, le pire des cas étant celui de technicien d'exploitation chimique Harold McCluskey , qui à l'âge de 64 a été exposé à 500 fois la norme professionnelle pour l' américium-241 à la suite d'une explosion dans son laboratoire . McCluskey est mort à l'âge de 75 d' une maladie préexistante non liée.

Voir également

Remarques

Références

Bibliographie

Pour en savoir plus

Liens externes