Αμερίκιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Αμερίκιο
ΠλουτώνιοΑμερίκιοΚιούριο
Eu

Am

x
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif

Americium microscope.jpg
Αμερίκιο (γκρίζο γυαλιστερό)

Electron shell 095 Americium.svg
Τα ηλεκτρόνια στο άτομο του αμερίκιου

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Αμερίκιο (Am)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 95
Κατηγορία Ακτινίδες
ομάδα, περίοδος,
τομέας
N/A ,7, f
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
243g mol-1
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
[Rn] 5f7 7s2
Αριθμός CAS 7440-35-9
Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα 173 pm
Ομοιοπολική ακτίνα 180±6 pm
Ηλεκτραρνητικότητα 1,3 (κλίμακα Pauling)
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
6, 5, 4, 3, 2
Ενέργειες ιονισμού 1η: 578 kJ/mol
Φυσικά χαρακτηριστικά
Κρυσταλλικό πλέγμα εξαγωνικό Hexagonal.svg
Σημείο τήξης 994°C
Σημείο βρασμού 2607°C
Πυκνότητα 12 g/cm3
Ενθαλπία τήξης 14.39 kJ/mol
Ειδική θερμοχωρητικότητα 62.7 J/mol/°C
Μαγνητική συμπεριφορά παραμαγνητικό
Ειδική ηλεκτρική
αντίσταση
0.69 µΩ·m
Ειδική θερμική
αγωγιμότητα
10 W/m/°C
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το χημικό στοιχείο αμερίκιο είναι μέταλλο με χημικό σύμβολο Am και ατομικό αριθμό 95 και ατομικό βάρος 243. Έχει θερμοκρασία τήξης 994 C° και θερμοκρασία βρασμού 2607 C°. Αυτό το υπερουράνιο στοιχείο της σειράς των ακτινιδών βρίσκεται στον περιοδικό πίνακα κάτω από το στοιχείο της σειράς των λανθανιδών ευρώπιο και έτσι, κατ' αναλογία, πήρε και το όνομα μιας άλλης ηπείρου, της Αμερικής.

Το αμερίκιο παράχθηκε αρχικά το 1944 από την ομάδα του Γκλεν Σίμποργκ στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϋ στην Καλιφόρνια. Παρόλο που είναι το τρίτο στοιχείο στην υπερουράνια σειρά, ανακαλύφθηκε τέταρτο, μετά το βαρύτερο κιούριο. Η ανακάλυψη κρατήθηκε μυστική και αποκαλύφθηκε στο κοινό το Νοέμβριο του 1945. Η μεγαλύτερη ποσότητα του αμερικίου παράγεται μέσω βομβαρδισμού του ουρανίου ή του πλουτωνίου με νετρόνια μέσα σε πυρηνικούς αντιδραστήρες - ένας τόνος χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου περιέχει περίπου 100 γραμμάρια αμερίκιο. Χρησιμοποιείται πολύ σε ανιχνευτές καπνού θαλάμων ιονισμού,όπως επίσης και σε πηγές νετρονίων και βιομηχανικούς μετρητές.Μερικές ασυνήθιστες εφαρμογές, όπως μια πυρηνική μπαταρία ή καύσιμο για διαστημόπλοια με πυρηνική ώθηση,έχουν προταθεί για το ισότοπο 242mAm,αλλά μέχρι τώρα έχουν ως εμπόδιο την σπανιότητα του υλικού και το κόστος αυτού του πυρηνικού ισομερούς.

Το αμερίκιο είναι σχετικά μαλακό ραδιενεργό μέταλλο με ασημί εμφάνιση. Τα πιο συνηθισμένα του ισότοπα είναι το 241Am και το 243Am. Στις χημικές ενώσεις,συνήθως παίρνουν αριθμό οξείδωσης +3,συνήθως σε διαλύματα.Μερικές άλλες καταστάσεις οξείδωσης είναι επίσης γνωστές,οι οποίες παίρνουν τιμές από +2 ως +7 και μπορούν να αναγνωριστούν από το χαρακτηριστικό φάσμα οπτικής απορρόφησης. Η κρυσταλλική σύνθεση του στερεού αμερίκιου και των ενώσεων του έχει ατέλειες οι οποίες προκαλούνται από την ακτινοβολία με σωματίδια άλφα που παράγει και συσσωρεύονται με το χρόνο,κάτι το οποίο προκαλεί αλλαγές στις ιδιότητες του στοιχείου.

Ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παρόλο που το αμερίκιο προφανώς παράχθηκε σε προηγούμενα πυρηνικά πειράματα, συντέθηκε, απομονώθηκε και αναγνωρίστηκε στο τέλος του φθινοπώρου του 1944 στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϋ στην Καλιφόρνια από τους Γκλεν Σίμποργκ, Λίον Μόργκαν (Leon O. Morgan), Ραλφ Τζέιμς (Ralph A. James), και Άλμπερτ Γκιόρσο (Albert Ghiorso). Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν κύκλοτρο 60 ιντσών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Το στοιχείο αναγνωρίστηκε χημικά στο Μεταλλουργικό Εργαστήριο (τώρα Εθνικό Εργαστήριο Άργκον) του Πανεπιστημίου του Σικάγο. Ακολουθώντας το ελαφρύτερο ποσειδώνιο, το πλουτώνιο και το βαρύτερο κιούριο, το αμερίκιο ήταν το τέταρτο υπερουράνιο στοιχείο που ανακαλύφθηκε. Εκείνο τον καιρό, ο περιοδικός πίνακας είχε ανακατασκευαστεί από τον Σίμποργκ και είχε πάρει τη σημερινή του μορφή περιέχοντας τις σειρές των ακτινιδών και των λανθανιδών. Αυτό οδήγησε στην τοποθέτηση του αμερίκιου ακριβώς κάτω από το δίδυμο λανθανίδιο στοιχείο του,το ευρώπιο. Έτσι,ονομάστηκε και αυτό από μια άλλη ήπειρο,την Αμερική:"Το όνομα αμερίκιο (από την Αμερική) και το σύμβολο Am προτείνονται για αυτό το στοιχείο με βάση τη θέση του ως το έκτο μέλος της σειράς των ακτινιδών σε αντιστοιχία του ευρωπίου, της σειράς των λανθανιδών".

Το νέο στοιχείο απομονώθηκε από τα οξείδια του σε μια περίπλοκη διαδικασία πολλών σταδίων.Αρχικά μια νιτρώδης ένωση του ισοτόπου πλουτωνίου 239 ρίχνεται σε ένα έλασμα λευκόχρυσου εμβαδού περίπου μισού τετραγωνικού εκατοστού,η ένωση εξατμίζεται και το κατάλοιπο μετατρέπεται σε διοξείδιο του πλουτωνίου μέσω σκλήρυνσης. Μετά την ακτινοβόληση του κύκλοτρου, η επίστρωση διαλύεται με νιτρικό οξύ,και μετά επιταχύνεται ως υδροξείδιο χρησιμοποιώντας συμπυκνωμένο υδατικό διάλυμα αμμωνίας. Το διάλυμα μετά διαλύεται σε υπερχλωρικό οξύ. Περαιτέρω διάλυση πραγματοποιείται με ανταλλαγή ιόντων από την οποία προκύπτει ένα ισότοπο του κιουρίου. Ο διαχωρισμός του κιουρίου και του αμερικίου ήταν τόσο δύσκολος που αρχικά αυτά τα δύο στοιχεία είχαν ονομαστεί πανδαιμόνιο (από το Όλοι οι δαίμονες και κολάσεις) και ντελίριο (από το λατινικό για την τρέλα).

Τα αρχικά πειράματα παρήγαγαν τέσσερα ισότοπα του αμερίκιου: Το 241Am, το 242Am, το 239Am και το 238Am.Το ισότοπο αμερίκιο-241 παράχθηκε απευθείας από το πλουτώνιο με απορρόφηση ενός νετρονίου. Αποσυντίθεται εκπέμποντας ένα σωματίδιο άλφα και μετατρέπεται σε 237Np.Η ημιζωή αυτής της αποσύνθεσης αρχικά προσδιορίστηκε στα 510±20 χρόνια αλλά μετά διορθώθηκε και ορίστηκε στα 432,2 χρόνια.

\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{240}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{241}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow [14.35 \ yr]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am\ \left(\ \xrightarrow [432.2 \ yr]{\alpha} \ ^{237}_{\ 93}Np \right)}

Το δεύτερο ισότοπο 242Am παράχθηκε με το βομβαρδισμό με νετρόνια του ήδη δημιουργημένου 241Am.Μέσω της γρήγορης β-αποσύνθεσης,το 242Am μετατρέπεται στο ισότοπο του κιουρίου 242Cm (το οποίο είχε ανακαλυφθεί νωρίτερα).Η ημιζωή αυτής της αποσύνθεσης είχε αρχικά οριστεί στις 17 ώρες,μέγεθος το οποίο ήταν πολύ κοντά στην τωρινή ορισμένη τιμή των 16.02 ωρών.

\mathrm{^{241}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am\ \left(\ \xrightarrow [16.02 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm \right)}

Η ανακάλυψη του αμερίκιου και του κιούριου το 1944 είχε άμεση σχέση με το Σχέδιο Μανχάταν, τα αποτελέσματα του οποίου ήταν εμπιστευτικά και δεν αποκαλύφθηκαν μέχρι το 1945. Ο Σίμποργκ διέρρευσε τη σύνθεση των στοιχείων 95 και 96 στο αμερικανικό ραδιοφωνικό πρόγραμμα για παιδιά, το Quiz Kids, 5 μέρες πριν την επίσημη παρουσίαση σε ένα συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Χημικών στις 11 Νοεμβρίου του 1945,όταν ένας από τους ακροατές ρώτησε αν κατά τη διάρκεια του πολέμου ανακαλύφθηκε κάποιο άλλο υπερουράνιο στοιχείο εκτός από το πλουτώνιο και το ποσειδώνιο. Μετά την ανακάλυψη των ισοτόπων 241Am και 242Am,η παρασκευή και οι ενώσεις τους κατοχυρώθηκαν σαν πατέντες αποκλειστικά υπό το όνομα του Σίμποργκ. Τα αρχικά δείγματα αμερικίου ζύγιζαν μερικά μικρογραμμάρια,ήταν μετά βίας ορατά και αναγνωρίστηκαν από την ραδιενέργεια που εξέπεμπαν.Οι πρώτες ουσιώδεις ποσότητες μεταλλικού αμερίκιου ζύγιζαν απο 40 εως 200 μικρογραμμάρια και δεν προέκυψαν μέχρι το 1951 μέσω της μείωσης του φθοριούχου άλατος αμερικίου με βάριο σε περιβάλλον κενού στους 1.100 βαθμούς Κελσίου.

Δράση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα μακροβιότερα και πιο κοινά ισότοπα του αμερίκιου,241Am και 243Am,έχουν ημιζωές 432,2 και 7.370 χρόνια αντίστοιχα.Έτσι, όλο το αρχέγονο αμερίκιο (το αμερίκιο που υπήρχε στη Γη κατά τη δημιουργία της) πρέπει να έχει αποσυντεθεί ως τώρα.

Το υπάρχον αμερίκιο είναι συγκεντρωμένο στις περιοχές που έχουν χρησιμοποιηθεί για ατμοσφαιρικές πυρηνικές δοκιμές μεταξύ του 1945 και 1980, όπως επίσης και σε τοποθεσίες πυρηνικών ατυχημάτων όπως το Τσερνόμπιλ. Για παράδειγμα, η ανάλυση των καταλοίπων στο πεδίο δοκιμών της πρώτης αμερικάνικης βόμβας υδρογόνου την 1η Νοεμβρίου του 1952 έδειξε υψηλή συγκέντρωση διάφορων ακτινιδίων, μεταξύ αυτών και αμερίκιου. Λόγω στρατιωτικού απόρρητου, αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν το 1956.[1].Ο τρινιτίτης, το υαλώδες κατάλοιπο που υπάρχει στο έδαφος της ερήμου κοντά στο Αλαμογκόρντο του Νέου Μεξικού, μετά την δοκιμή της πυρηνικής βόμβας Trinity στις 16 Ιουλίου του 1945 περιέχει ίχνη 241Am. Αυξημένα επίπεδα αμερίκιου ανιχνεύτηκαν επίσης στον τόπο συντριβής ενός αμερικάνικου βομβαρδιστικού Β-52, το οποίο μετέφερε τέσσερις βόμβες υδρογόνου,το 1968 στη Γροιλανδία.

Σε άλλες περιοχές,ο μέσος όρος ραδιενέργειας στην επιφάνεια του εδάφους λόγω των κατάλοιπων αμερίκιου είναι μόνο 0,01 picocuries. Οι ατμοσφαιρικές ενώσεις αμερίκιου διαλύονται πολύ δύσκολα σε κοινούς διαλυτές και κυρίως απορροφούνται από τα σωματίδια του εδάφους. Η ανάλυση του εδάφους έδειξε περίπου 1.900 φορές υψηλότερη συγκέντρωση αμερίκιου σε σωματίδια άμμου παρά στο νερό που υπάρχει στους πόρους του εδάφους. Ακόμα υψηλότερη συγκέντρωση μετρήθηκε σε έδαφος με χώμα.

Το αμερίκιο παράγεται κυρίως τεχνητά σε μικρές ποσότητες,για ερευνητικούς σκοπούς. Ένας τόνος χρησιμοποιημένου πυρηνικού καυσίμου περιέχει περίπου 100 γραμμάρια διάφορων ισοτόπων του αμερίκιου, κυρίως 241Am και 243Am. Η μεγάλης διάρκειας ραδιενέργεια του δεν είναι κατάλληλη για αποκομιδή,και γι' αυτό το αμερίκιο μαζί με άλλα ακτινίδια στοιχεία με μεγάλη διάρκεια ημιζωής πρέπει να εξουδετερώνονται. Η σχετική διαδικασία έχει αρκετά βήματα,όπου το αμερίκιο αρχικά διαχωρίζεται και μετά μετατρέπεται μέσω βομβαρδισμού νετρονίων σε ειδικούς αντιδραστήρες για μικρής ζωής νουκλεΐδια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως πυρηνική μεταστοιχείωση αλλά είναι ακόμα υπό κατασκευή για το αμερίκιο.

Μερικά άτομα αμερίκιου μπορούν να παραχθούν με αντιδράσεις δέσμευσης νετρονίων και βήτα αποσύνθεση σε αποθέματα με πολύ μεγάλη συγκέντρωση ουρανίου.

Σύνθεση και εξαγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σύνθεση πυρήνων ισοτόπων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο παράγεται σε μικρές ποσότητες σε πυρηνικούς αντιδραστήρες εδώ και δεκαετίες, και αρκετά κιλά των ισότοπων 241Am και 243Am έχουν συγκεντρωθεί μέχρι σήμερα. Παρ' όλα αυτά, από τότε που προσφέρθηκε για πώληση για πρώτη φορά το 1962, η τιμή του η οποία είναι περίπου στα 1.500 δολάρια ανά γραμμάριο 241Am παραμένει σχεδόν ίδια λόγω της πολύ περίπλοκης διαδικασίας διαχωρισμού. Το βαρύτερο ισότοπο 243Am παράγεται σε πολύ μικρότερες ποσότητες και έτσι είναι πολύ δυσκολότερο να διαχωριστεί, κάτι το οποίο καταλήγει σε πολύ υψηλότερο κόστος της τάξεως των 100-160 δολαρίων ανά χιλιοστό του γραμμαρίου.

Το αμερίκιο δεν παράγεται απευθείας από το ουράνιο - το πιο κοινό υλικό πυρηνικών αντιδραστήρων - αλλά από το ισότοπο του πλουτωνίου 239Pu. Αυτό το ισότοπο του πλουτωνίου πρέπει αρχικά να παραχθεί, σύμφωνα με την παρακάτω πυρηνική διαδικασία:

\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{239}_{\ 92}U\ \xrightarrow [23.5 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np\ \xrightarrow [2.3565 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}

Η δέσμευση δύο νετρονίων από το 239Pu (η λεγόμενη (n,γ) αντίδραση) ακολουθείται από μια β-αποσύνθεση και καταλήγει στο 241Am:

\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow {2(n,\gamma)} \ ^{241}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow [14.35 \ yr]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am}

Το πλουτώνιο που υπάρχει στα χρησιμοποιημένα πυρηνικά καύσιμα είναι περίπου κατά το 12% 241Pu. Επειδή μετατρέπεται αυτόματα σε 241Am,το 241Pu μπορεί να εξαχθεί και να χρησιμοποιηθεί για επιπλέον παραγωγή 241Am.Αυτή η διαδικασία, όμως, είναι ιδιαίτερα αργή. Η μισή από την αρχική ποσότητα του 241Pu αποσυντίθεται και γίνεται 241Am μετά από περίπου 15 χρόνια και η ποσότητα του 241Am φτάνει τον μέγιστο αριθμό της μετά από 70 χρόνια.

Το 241Am που αποκτήθηκε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή βαρύτερων ισοτόπων του αμερίκιου μέσω της περαιτέρω λήψης νετρονίων μέσα σε πυρηνικό αντιδραστήρα. Σε αντιδραστήρα ελαφρού ύδατος, το 79% του 241Am μετατρέπεται σε 242Am και το 10% στο πυρηνικό ισομερές 242Am:

79%:   \mathrm{^{241}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am}
10%:   \mathrm{^{241}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242m}_{\ \ \ 95}Am}

Το Αμερίκιο-242 έχει περίοδο ημιζωής μόνο 16 ώρες, κάτι το οποίο κάνει την περαιτέρω μετατροπή του σε 243Am εξαιρετικά ανεπαρκή. Αντί αυτού, το τελευταίο ισότοπο παράγεται με μια διαδικασία όπου το 239Pu λαμβάνει τέσσερα νετρόνια υπό υψηλή ροή νετρονίων:

\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow {4(n,\gamma)} \ ^{243}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow [4.956 \ h]{\beta^-} \ ^{243}_{\ 95}Am}

Δημιουργία μετάλλου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι περισσότερες διαδικασίες σύνθεσης περιέχουν μείγμα διαφορετικών ισοτόπων ακτινιδών σε μορφή οξειδίων,από τα οποία πρέπει να διαχωριστούν τα ισότοπα του αμερίκιου. Σε μια τυπική διαδικασία,το χρησιμοποιημένο καύσιμο του αντιδραστήρα (καύσιμο μείγμα οξειδίων) διαλύεται σε νιτρικό οξύ και η μάζα του ουρανίου και του πλουτωνίου αφαιρείται χρησιμοποιώντας εξαγωγή πλουτωνίου-ουρανίου με τριβούτυλο-φωσφορικό άλας σε υδρογονάνθρακα.Οι λανθανίδες και οι ακτινίδες που μένουν, διαχωρίζονται από το υδάτινο υπόλειμμα (πυρηνέλαιο) με χρήση εξαγωγής με βάση το διαμίδιο, έτσι ώστε μετά το διαχωρισμό να δοθεί ένα μείγμα τρισθενών ακτινιδών και λανθανιδών. Έπειτα, οι ενώσεις του αμερίκιου εξάγονται επιλεκτικά χρησιμοποιώντας περίπλοκες τεχνικές χρωματογραφίας και φυγοκεντρικού διαχωρισμού με το κατάλληλο συστατικό. Έχουν γίνει εκτενείς μελέτες και διεργασίες πάνω στην εξαγωγή αμερίκιου μέσω διαλύματος. Για παράδειγμα,μια πρόσφατη έρευνα που χρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Ένωση με την κωδική ονομασία "EUROPART" μελέτησε τις τριαζίνες και άλλες ενώσεις ως πιθανές ουσίες εξαγωγής. Η σύνθεση BTBP (Bis-triazinyl bipyridine) προτάθηκε πρόσφατα για ουσία εξαγωγής τόσο για το αμερίκιο όσο και για το κιούριο. Ο διαχωρισμός του αμερίκιου από το κατά πολύ όμοιο του κιούριο μπορεί να επιτευχθεί βυθίζοντας ένα μείγμα των υδροξειδίων τους σε διάλυμα διττανθρακικού νατρίου με όζον σε υψηλές θερμοκρασίες. Τόσο το αμερίκιο όσο και το κιούριο ειναι παρόντα κυρίως σε διαλύματα με σθένος +3. Ενώ το κιούριο παραμένει αμετάβλητο, το αμερίκιο οξειδώνεται και μετατρέπεται σε διαλυτές ενώσεις του αμερίκιου, οι οποίες μπορούν να απομακρυνθούν με νερό.

Το μεταλλικό αμερίκιο παράγεται με αναγωγή από τις ενώσεις του. Το φθοριούχο άλας του αμερίκιου(ΙΙΙ) χρησιμοποιήθηκε αρχικά για αυτό το σκοπό. Η αντίδραση πραγματοποιούνταν χρησιμοποιώντας βάριο ως παράγοντα αναγωγής σε υδάτινο και χωρίς οξυγόνο περιβάλλον μέσα σε θάλαμο κατασκευασμένο από ταντάλιο και βολφράμιο.

\mathrm{2\ AmF_3\ +\ 3\ Ba\ \longrightarrow \ 2\ Am\ +\ 3\ BaF_2}

Μια εναλλακτική μέθοδος είναι η αναγωγή του διοξειδίου του αμερίκιου με μεταλλικό λανθάνιο ή θόριο.

\mathrm{3\ AmO_2\ +\ 4\ La\ \longrightarrow \ 3\ Am\ +\ 2\ La_2O_3}

Φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στον περιοδικό πίνακα το αμερίκιο εντοπίζεται δεξιά από το πλουτώνιο, αριστερά από το κιούριο και κάτω από τη λανθανίδα ευρώπιο, με το οποίο μοιράζεται πολλές ομοιότητες στις φυσικές και χημικές ιδιότητες. Το αμερίκιο είναι ένα υψηλά ραδιενεργό στοιχείο.Όταν είναι ακόμα "φρέσκο" έχει αργυρόλευκη μεταλλική λάμψη, αλλά σιγά σιγά διαλύεται στον αέρα. Με πυκνότητα 12 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, το αμερίκιο είναι ελαφρύτερο τόσο από το κιούριο (13,52 γραμμάρια/κυβικό εκατοστό) όσο και από το πλουτώνιο (19,8 γραμμάρια/κυβικό εκατοστό) αλλά είναι βαρύτερο από το ευρώπιο (5,264 γραμμάρια/κυβικό εκατοστό) κυρίως λόγω της μεγάλης ατομικής μάζας του. Το αμερίκιο είναι σχετικά μαλακό, διαμορφώνεται εύκολα και έχει σημαντικά χαμηλότερο συντελεστή όγκου από τις ακτινίδες πριν από αυτό : Th, Pa, U, Np και Pu. Το σημείο τήξης του των 1.173 βαθμών Κελσίου είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό του πλουτωνίου (639 βαθμοί) και του ευρωπίου (826 βαθμοί), αλλά χαμηλότερο από αυτό του κιουρίου (1.340 βαθμοί).

Σε ατμοσφαιρικές συνθήκες, το αμερίκιο έχει τη σταθερότερη α μορφή του, η οποία έχει κρυσταλλική εξαγωνική συμμετρία και ομάδα συμμετρίας Ρ63/mmc με παραμέτρους πλέγματος a = 346.8 pm και c = 1124 pm, και τέσσερα άτομα ανά μονάδα. Ο κρύσταλλος αποτελείται από διπλή εξαγωνική κλειστή δομή με ακολουθία στρώσης ABAC και έτσι είναι ισοτυπικός με το α-λανθάνιο και μερικές άλλες ακτινίδες όπως το α-κιούριο. Η κρυσταλλική δομή του αμερίκιου αλλάζει με την πίεση και τη θερμοκρασία. Όταν συμπιέζεται σε θερμοκρασία δωματίου στα 5 GPa, το α-λανθάνιο μετατρέπεται στη β μορφή του,η οποία είναι προσωποκεντρική κυβική συμμετρία με ομάδα συμμετρίας Fm3m και σταθερά πλέγματος a = 489 pm. Αυτή η συμμετρία είναι ίδια με την πλησιέστερη δομή με την ακολουθία ABC. Με επιπλέον πίεση στα 23 GPa, το αμερίκιο αποκτά ορθορομβική γ-Am δομή όμοια με αυτή του α-ουρανίου. Δεν υπάρχουν άλλες μεταβολές μέχρι και τα 52 GPa, εκτός από την εμφάνιση μιας μονοκλινούς φάσης στις πιέσεις μεταξύ 10 και 15 GPa. Δεν υπάρχει συνοχή στην κατάσταση αυτής της φάσης στις μελέτες που έχουν γίνει ως τώρα, οι οποίες καταχωρούν τις φάσεις α, β και γ ως Ι, ΙΙ και ΙΙΙ. Η μετατροπή από β σε γ συνοδεύεται από μείωση 6% στην κρυσταλλική περιεκτικότητα, όμως η θεωρία προβλέπει μια σημαντική μεταβολή στην περιεκτικότητα κατά τη μεταβολή από α σε β, κάτι το οποίο δεν επιβεβαιώνεται πειραματικά. Η πίεση στη μεταβολή από α σε β μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και όταν το α-αμερίκιο θερμαίνεται σε ατμοσφαιρικές συνθήκες στους 770 βαθμούς Κελσίου, παίρνει μορφή fcc, η οποία είναι διαφορετική από τη β-Am και στους 1075 βαθμούς Κελσίου μετατρέπεται σε σωματοκεντρική κυβική δομή. Το διάγραμμα φάσης πίεσης-θερμοκρασίας του αμερίκιου είναι όμοιο με εκείνο των λανθανιδών, του πρασεοδυμίου και του νεοδυμίου.

Όπως και με πολλές άλλες ακτινίδες, η αυτοκαταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος λόγω της εκπομπής α-σωματιδίων είναι εγγενής στο αμερίκιο .Είναι εμφανές κυρίως στις χαμηλές θερμοκρασίες,όπου η κινητικότητα των παραγόμενων παραμορφώσεων του πλέγματος είναι σχετικά χαμηλή,μέσω της διεύρυνσης διάθλασης των κορυφών των ακτίνων Χ. Αυτό το φαινόμενο κάνει ασαφή τη θερμοκρασία του αμερίκιου και μερικές από τις ιδιότητες του,όπως η ηλεκτρική αντίσταση. Έτσι, για το αμερίκιο-241 η αντίσταση στα 4,2Κ αυξάνεται με τον χρόνο από τα περίπου 2 µOhm·cm στα 10 µOhm·cm μετά από διάστημα 40 ωρών και φορτίζεται στα περίπου 16 µOhm·cm μετά από 140 ώρες. Αυτό το φαινόμενο παρουσιάζεται λιγότερο σε θερμοκρασίες δωματίου, λόγω της εξάλειψης των ελαττωμάτων λόγω ακτινοβολίας. Επίσης, η επαναφορά του δείγματος στη θερμοκρασία δωματίου το οποίο είχε διατηρηθεί αρχικά σε χαμηλές θερμοκρασίες για ώρες επαναφέρει την αντίσταση του. Σε πρόσφατα δείγματα η αντίσταση αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας από περίπου 2 µOhm·cm στο υγρό ήλιο στα 69 µOhm·cm σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η συμπεριφορά είναι όμοια με αυτή του ποσειδωνίου, του ουρανίου, του θορίου και του πρωτακτινίου αλλά είναι διαφορετική από του πλουτωνίου και του κιουρίου, τα οποία δείχνουν ραγδαία αύξηση ως τα 60 Κ η οποία ακολουθείται από φόρτιση. Η τιμή της θερμοκρασίας δωματίου για το αμερίκιο είναι χαμηλότερη από αυτή του ποσειδώνιου,του πλουτωνίου και του κιουρίου αλλά υψηλότερη από αυτή του ουρανιου, του θορίου και του πρωτακτινίου.

Το αμερίκιο είναι παραμαγνητικό σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, από αυτή του υγρού ήλιου ως τη θερμοκρασία δωματίου και υψηλότερα. Αυτή η συμπεριφορά είναι σημαντικά διαφορετική από το γειτονικό κιούριο το οποίο παρουσιάζει αντισιδηρομαγνητική μεταβολή στους 52 Κ. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του αμερίκιου είναι ελαφρώς ανισοτροπικός και κυμαίνεται στα (7.5 ± ,0,2) × 10-6 /°C στον μικρότερο "a" άξονα και (6,2 ± 0,4) × 10-6 /°C για τον μεγαλύτερο "c" εξαγωνικό άξονα. Η ενθαλπία της διάλυσης του μεταλλικού αμερίκιου σε υδροχλωρικό οξύ σε κανονικές συνθήκες είναι −620,6 ± 1,3 kJ/mol από την οποία η σταθερή μεταβολή της ενθαλπίας σχηματισμού του υδάτινου ιόντος Am3+ είναι −621,2 ± 2,0 kJ/mol−1. Το σταθερό δυναμικό είναι 2,08 ± 0,01 V.

Χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο αντιδρά άμεσα με το οξυγόνο και διαλύεται σε οξέα.Η συνηθέστερη κατάσταση οξείδωσης για το αμερίκιο είναι +3 στην οποία οι ενώσεις του αμερίκιου είναι σχετικά ανθεκτικές προς την οξείδωση και την αναγωγή.Κατ'αυτή την έννοια,το αμερίκιο είναι χημικά ίδιο με τις υπόλοιπες λανθανίδες.Το τρισθενές αμερίκιο σχηματίζει αδιάλυτο φθοριούχο,οξαλικό,ιωδικό,υδροξεικό,φσωφορικό και άλλα άλατα.Άλλες καταστάσεις οξείδωσης έχουν παρατηρηθεί μεταξύ των σθενών +2 και +7 το οποίο είναι το μεγαλύτερο εύρος μεταξύ των ακτινιδών.Το χρώμα τους σε υδάτινα διαλύματα διαφέρει ως εξής : Am3+ (διαφανές προς κιτρινο-κόκκινο), Am4+ (κιτρινο-κόκκινο), AmVO+
2
(κίτρινο), AmVIO2+
2
(καφέ), και AmVIIO5−
6
(σκοτεινό πράσινο).Όλες οι καταστάσεις οξείδωσης έχουν ένα χαρακτηριστικό φάσμα οπτικής απορρόφησης,με λίγες κορυφές στις περιοχές ορατού και ημι-υπέρυθρου,και η θέση και η ένταση αυτών των κορυφών μπορούν να μετατραπούν σε συγκεντρώσεις των αντίστοιχων καταστάσεων οξείδωσης.Για παράδειγμα,το Am(III) έχει 2 μυτερές κορυφές στα 504 και 811 nm,το Am(V) στα 514 και 715 nm,και το Am(VI) στα 666 και και 992 nm.

Οι ενώσεις αμερίκιου με κατάσταση οξείδωσης +4 και πάνω είναι ισχυροί παράγοντες οξείδωσης,συγκρίνονται σε ισχύ με το υπερμαγγανικό ιόν (MnO
4
) σε οξικά διαλύματα.Ενώ τα Am4+ ιόντα είναι ασταθή σε διαλύματα και μετατρέπονται αμέσως σε Am3+,η κατάσταση οξείδωσης +4 συμβαίνει και σε στερεά,όπως το διοξείδιο του αμερίκιου (AmO2) και το φθοριούχο άλας αμερίκιου (AmF4).

Όλες οι πενταδύναμες και εξαδύναμες ενώσεις του αμερίκιου είναι σύνθετα άλατα όπως τα KAmO2F2, Li3AmO4 και Li6AmO6, Ba3AmO6, AmO2F2.Οι καταστάσεις υψηλής οξείδωσης Am(IV),Am(V) και Am(VI) μπορούν να προκύψουν από το Am(III) μέσω οξείδωσης με υπερθειικό αμμώνιο σε αραιωμένο νιτρικό οξύ,με οξείδιο του ασημιού σε περιχλωρικό οξύ,ή με όζον ή υπερθειικό νάτριο σε διαλύματα ανθρακικού νατρίου.Η πενταδύναμη κατάσταση οξείδωσης του αμερίκιου παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1951.Είναι παρούσα σε υδάτινα διαλύματα στη μορφή ιόντων του AmO+
2
(όξινα) ή του AmO
3
(αλκαλικά) τα οποία είναι ασταθή και ευαίσθητα σε αντιδράσεις δυσαναλογοποίησης.

\mathrm{3\ AmO_2^+\ +\ 4\ H^+\ \longrightarrow \ 2\ AmO_2^{2+}\ +\ Am^{3+}\ +\ 2\ H_2O}
\mathrm{2\ Am (V)\ \longrightarrow \ Am (VI)\ +\ Am (IV)}

Χημικές ενώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ενώσεις οξυγόνου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Είναι γνωστά δύο οξείδια του αμερίκιου, με καταστάσεις οξείδωσης +3 και +4.Το οξείδιο του αμερίκιου(ΙΙΙ) είναι κόκκινο-καφέ σε στερεή μορφή και σημείο τήξης τους 2.205 °C. Το οξείδιο του αμερίκιου(IV) είναι η συνηθέστερη μορφή στερεού αμερίκιου η οποία χρησιμοποιείται σε όλες σχεδόν τις εφαρμογές του.Όπως όλα τα άλλα διοξείδια ακτινιδών, είναι στερεό,μαύρο με κυβική κρυσταλλική μορφή φθορίτη.

Το οξαλικό άλας του αμερίκιου(ΙΙΙ), αφού στεγνωθεί σε κενό σε θερμοκρασία δωματίου,έχει τη χημική μορφή Am2(C2O4)3·7H2O.Εαν θερμανθεί σε κενό,χάνει το νερό στους 240 °C και αρχίζει να μετατρέπεται σε AmO2 στους 300 °C,η αποσύνθεση ολοκληρώνεται στους 470 °C. Το αρχικό οξαλικό μετατρέπεται σε νιτρικό οξύ με τη μέγιστη διαλυτότητα των 0,25 g/L.

Αλογονίδια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα αλογονίδια του αμερίκιου είναι γνωστά για τις οξειδωτικές τους καταστάσεις +2,+3 και +4,από τις οποίες η +3 είναι η πιο σταθερή, ειδικά σε διαλύματα.

Oxidation state F Cl Br I
+4 Americium(IV) fluoride
AmF4
Απαλό ροζ
+3 Americium(III) fluoride
AmF3
Ροζ
Americium(III) chloride
AmCl3
Ροζ
Americium(III) bromide
AmBr3
Ανοιχτό κίτρινο
Americium(III) iodide
AmI3
Ανοιχτό κίτρινο
+2 Americium(II) chloride
AmCl2
Μαύρο
Americium(II) bromide
AmBr2
Μαύρο
Americium(II) iodide
AmI2
Μαύρο

Η αναγωγή των ενώσεων του Am(III) με αμάλγαμα νατρίου δημιουργεί άλατα Am(II), τα μαύρα αλογονίδια AmCl2, AmBr2 και AmI2. Είναι πολύ ευαίσθητα στο οξυγόνο και την οξείδωση στο νερό κατά την οποία απελευθερώνουν υδρογόνο και επιστρέφουν στην κατάσταση του Am(III). Οι σταθερές μορφές δομής είναι:

  • Ορθορομβικό σύστημα AmCl2: a = 896,3 ± 0,8 pm, b = 757,3 ± 0,8 pm και c = 453,2 ± 0,6 pm
  • Τετραγωνικό σύστημα AmBr2: a = 1159,2 ± 0,4 και c = 712,1 ± 0,3 pm.

Μπορούν επίσης να προκύψουν από την αντίδραση μεταλλικού αμερίκιου με το κατάλληλο αλογονίδιο υδραργύρου HgX2,όπου το Χ μπορεί να είναι Cl, Br ή I:

\mathrm{\ Am\ +\ HgX_2\ \xrightarrow {400 - 500 ^\circ C} \ AmX_2\ + \ Hg \ }

Το φθοριούχο αμερίκιο (AmF3) είναι ελάχιστα διαλυτό και γίνεται ίζημα όταν αντιδρά με Am3+ και ιόντα φθοριούχου άλατος σε αδύναμα οξικά διαλύματα:

\mathrm{Am^{3+}\ _{(aq)} +\ 3\ F^-\ _{(aq)} \longrightarrow \ AmF_3\ _{(s)} \downarrow}

Το τετρασθενές φθοριούχο αμερίκιο (AmF4) παράγεται μέσω της αντίδρασης στερεού φθοριούχου αμερίκιου(ΙΙΙ) με μοριακό φθόριο:

\mathrm{2\ AmF_3\ +\ F_2\ \longrightarrow\ 2\ AmF_4}

Μια άλλη γνωστή μορφή στερεού τετρασθενούς χλωριούχου αμερίκιου είναι το KAmF5. Το τετρασθενές αμερίκιο έχει επίσης παρατηρηθεί στην υδάτινη μορφή του.Για αυτό το σκοπό,το μαύρο Am(OH)4 διαλύθηκε σε 15-M NH3F με συγκέντρωση αμερίκιου 0,01Μ. Το κόκκινο διάλυμα που προέκυψε είχε ενα χαρακτηριστικό φάσμα οπτικής απορρόφησης το οποίο είναι όμοιο με αυτό του AmF4, αλλά διαφέρει από άλλες καταστάσεις οξείδωσης. Η θέρμανση του Am(IV) στους 90 °C δεν οδήγησε σε δυσαναλογοποίηση ή αναγωγή, όμως παρατηρήθηκε μια αργή αναγωγή σε Am(III) η οποία μετά έγινε ακτινοβολία σωματιδίων άλφα του αμερίκιου.

Τα περισσότερα αλογονίδια του Am(III) σχηματίζουν εξαγωνικούς κρυστάλλους με μικρή διαφορά στο χρώμα και την ακριβή δομή ανάμεσα στα αλογονίδια. Έτσι,το (AmCl3) είναι κοκκινωπό και έχει ισοτυπική δομή με το χλωριούχο ουράνιο(ΙΙΙΙ) (ομάδα διαστήματος P63/m) και σημείο τήξης τους 715 °C. Το φθοριούχο άλας είναι ισοτυπικό με το LaF3 (ομάδα διαστήματος P63/mmc), και το ιωδίδιο με το BiI3 (ομάδα διαστήματος R3). Το βρωμίδιο αποτελεί εξαίρεση με την ορθορομβική δομή του τύπου PuBr3 και ομάδα διαστήματος Cmcm. Κρύσταλλοι εξαϋδρικού αμερίκιου (AmCl3·6H2O) μπορούν να παραχθούν αν διαλύσουμε διοξείδιο του αμερίκιου σε υδροχλωρικό οξύ και εξατμίσουμε το υγρό. Αυτοί οι κρύσταλλοι είναι υγροσκοπικοί και έχουν κιτρινο-κόκκινο χρώμα και μονοκλινική κρυσταλλική δομή.

Οξυαλογονίδια αμερίκιου στη μορφή AmVIO2X2, AmVO2X, AmIVOX2 και AmIIIOX μπορούν να παραχθούν με την αντίδραση αντίστοιχων αλογονιδίων αμερίκιου με οξυγόνο ή Sb2O3, και το AmOCl μπορεί επίσης να παραχθεί από τη φάση εξάτμισης της υδρόλυσης:

\mathrm{AmCl_3\ +\ \ H_2O\ \longrightarrow \ AmOCl\ +\ 2\ HCl}

Χαλκογενίδια και πνικτίδια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα γνωστά χαλκογενίδια του αμερίκιου περιλαμβάνουν το σουλφίδιο AmS2, τα σελινίδια AmSe2 και Am3Se4 και τα τελλουρίδια Am2Te3 και AmTe2. Τα πνικτίδια του αμερίκιου (243Am) του τύπου AmX είναι γνωστά για τα στοιχεία φώσφορο ,αρσενικό, αντιμόνιο και βισμούθιο. Κρυσταλλοποιούνται σε πλέγμα ορυκτού άλατος.

Πυριτίδια και βορίδια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μονοπυριτίδιο του αμερίκιου (AmSi) και το "διπυριτίδιο" (AmSix με 1.87 < x < 2.0) προκύπτουν από την αναγωγή του φθοριούχου άλατος αμερίκιου(ΙΙΙ) με στοιχειώδες πυρίτιο σε κενό στους 1050 °C (AmSi) και μεταξύ 1150 και 1200 °C (AmSix). Το AmSi είναι στερεό,μαύρο,ισομορφικό με το LaSi και έχει ορθορομβική κρυσταλλιλκή συμμετρία. To AmSix έχει ένα έντονο ασημί χρώμα και τεττράγωνο κρυσταλλικό πλέγμα (ομάδα διαστήματος /41/amd) και είναι ισομορφικό με τα PuSi2 και ThSi2. Τα βορίδια του αμερίκιου περιλαμβάνουν τα AmB4 και AmB6. Το τετραβορίδιο μπορούμε να το αποκτήσουμε αν θερμάνουμε ένα οξείδιο ή αλογονίδιο του αμερίκιου με διβορίδιο του μαγνησίου σε κενό ή αδρανή ατμόσφαιρα.

Ενώσεις οργανοαμερίκιου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο σχηματίζει μια οργανομεταλλική ένωση με 2 κυκλο-οκτα-τετραενείς συνδέτες που είναι (η8-C8H8)2Am. Επίσης σχηματίζει τριγωνικούς συνδέσμους (η5-C5H5)3Am με 3 δακτυλίους κυκλοπενταδιενυλίου. Ο σχηματισμός συνδέσμων του τύπου Am(n-C3H7-BTP)3, όπου το BTP είναι 2,6-δι(1,2,4-τριαζιν 3-ιλ)πυριδίνιο, σε διαλύματα που περιέχουν n-C3H7-BTP και ιόντα Am3+ έχουν επιβεβαιωθεί από την τεχνική EXAFS. Μερικοί από αυτούς τους συνδέσμους τύπου BTP διαδρούν επιλεκτικά με το αμερίκιο και γι'αυτό το λόγο είναι χρήσιμοι στο διαχωρισμό από τις λανθανίδες και άλλες ακτινίδες.

Βιολογικές διαστάσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο είναι ένα τεχνητό στοιχείο και γι'αυτό μια βιολογική λειτουργία που θα περιλαμβάνει αυτό το στοιχείο είναι ανέφικτη. Έχει προταθεί η χρήση βακτηρίων για την αφαίρεση του αμερίκιου και άλλων βαρέων μετάλλων από ποτάμια και ρυάκια. Έτσι,τα εντεροβακτήρια της οικογένειας των κιτροβακτηρίων απομακρύνουν τα ιόντα του αμερίκιου από υδάτινα διαλύματα, δεσμεύοντας τα σε μια ένωση μέταλλου-φωσφόρου στα κυτταρικά τους τοιχώματα. Διάφορες μελέτες έχουν δείξει βιοαπορρόφηση και βιοσυγκέντρωση αμερίκιου από βακτήρια και μύκητες.

Σχάση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το ισότοπο 242m1Am (περίοδος ημιζωής 141 χρόνια) έχει τις μεγαλύτερες τιμές απορρόφησης θερμικών νετρονίων (5.700 barns), αυτό έχει ως αποτέλεσμα μικρή κρίσιμη μάζα για μια διαρκή αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση. Η κρίσιμη μάζα για μια ατόφια σφαίρα 242m1Am είναι περίπου 9-14 κιλά (η αβεβαιότητα προκύπτει από την ανεπαρκή γνώση των ιδιοτήτων των υλικών). Μπορεί να μειωθεί στα 3-5 κιλά με έναν μεταλλικό ανακλαστήρα και μπορεί να γίνει ακόμα μικρότερη με έναν ανακλαστήρα νερού. Μια τόσο μικρή κρίσιμη μάζα είναι προτιμότερη για φορητά πυρηνικά όπλα αλλά αυτά που βασίζονται στο 242m1Am δεν είναι ακόμα γνωστά, προφανώς λόγω της σπανιότητας και της πολύ υψηλής τιμής τους. Οι κρίσιμες μάζες των δύο άλλων διαθέσιμων ισότοπων, του 241Am και 243Am είναι σχετικά υψηλές, 57.6 ως 75.6 κιλά για το 242m1Am και 209 κιλά για το 243Am. Η σπανιότητα και η υψηλή τιμή δυσχεραίνουν επίσης τη χρήση του αμερίκιου ως πυρηνικού καυσίμου σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Ισότοπα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Περίπου 19 ισότοπα και 8 πυρηνικά ισομερή είναι γνωστά για το αμερίκιο. Υπάρχουν 2 εκπομποί ακτίνων α μακράς ζωής, οι 241Am και 243Am με διάρκεια ημιζωής 432,2 και 7.370 χρόνια αντίστοιχα, και το πυρηνικό ισομερές 242m1Am που έχει μακρά περίοδο ημιζωής ίση με 141 χρόνια. Οι περίοδοι ημιζωής των άλλων ισοτόπων και ισομερών ποικίλλουν από 0,64 microseconds για το 245m1Am ως 50,8 ώρες για το 240Am. Όπως με τις περισσότερες από τις ακτινίδες, τα ισότοπα του αμερίκιου με μονό αριθμό νετρονίων έχουν σχετικά υψηλό αριθμό πυρηνικών σχάσεων και χαμηλή κρίσιμη μάζα. Το αμερίκιο-241 αποσυντίθεται σε 237Np εκπέμποντας σωματίδια α 5 διαφορετικών ενεργειών, κυρίως στα 5.846 MeV (85.2%) και 5.443 MeV (12.8%). Επειδή οι περισσότερες καταστάσεις που προκύπτουν είναι μεταστατικές, εκπέμπουν επίσης ακτίνες γ με τη διακριτή ενέργεια μεταξύ των τιμών 26.3 και 158.5 keV. Το αμερίκιο-242 είναι ένα ισότοπο σύντομης ζωής με διάρκεια ημιζωής 16.02 ωρών. Κυρίως (κατά το 82.7%) μετατρέπεται με β-αποσύνθεση σε 242Cm, αλλά επίσης με πρόσληψη ηλεκτρονίων σε 242Pu (17.3%). To 242Cm και το 242Pu μετατρέπονται με σχεδόν την ίδια αλυσίδα αποσύνθεσης από το 238Pu ως και το 234U. Σχεδόν όλη η ποσότητα (99,541%) του 242m1Am αποσυντίθεται με εσωτερική μετατροπή και το υπόλοιπο 0,459% με αποσύνθεση-α σε 238Np. Το τελευταίο διασπάται σε 238Pu και μετά σε 234U. Το αμερίκιο-243 μετατρέπεται μέσω εκπομπής-α σε 239Np, το οποίο μετατρέπεται μέσω αποσύνθεσης-β σε 239Pu και το 239Pu γίνεται 235U με εκπομπή ενός σωματιδίου α.

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ανιχνευτές ιονισμού[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο είναι το μόνο συνθετικό στοιχείο που έχει βρει εφαρμογές στα σπίτια μας, όπου ένας τυπικός ανιχνευτής καπνού χρησιμοποιεί 241Am στη μορφή του διοξείδιου του αμερίκιου ως πηγή ιονίζουσας ακτινοβολίας. Αυτό το ισότοπο προτιμάται αντί του 226Ra επειδή εκπέμπει 5 φορές περισσότερα σωματίδια α και έχει σχετικά μικρή βλαβερή ακτινοβολία-γ. Η ποσότητα αμερίκιου σε ένα κοινό νέο ανιχνευτή καπνού είναι 1 microcurie (37 kBq) ή 0.28 microgram. Αυτή η ποσότητα μειώνεται σταδιακά καθώς το αμερίκιο μετατρέπεται σε ποσειδώνιο-237, ένα διαφορετικό διουρανικό στοιχείο με πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ημιζωής (περίπου 2,14 εκατομμύρια χρόνια). Με τη διάρκεια ημιζωής του στα 432,2 χρόνια, το αμερίκιο που βρίσκεται σε έναν ανιχνευτή καπνού περιέχει περίπου 3% ποσειδώνιο μετά από 19 χρόνια, και περίπου 5% μετά από 32 χρόνια. Η ακτινοβολία περνά από έναν θάλαμο ιονισμού, ένα μέρος μεταξύ δύο ηλεκτροδίων γεμάτο αέρα, που επιτρέπει να περνά ένα μικρό,σταθερό ρεύμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Όταν εισέρχεται καπνός στα ηλεκτρόδια απορροφά τα σωματίδια α κάτι το οποίο μειώνει τον ιονισμό και επηρρεάζει το ρεύμα ενεργοποιώντας το συναγερμό. Σε σύγκριση με τους εναλλακτικούς οπτικούς ανιχνευτές καπνού, ο ανιχνευτής καπνού ιονισμού είναι φθηνότερος και μπορεί να ανιχνεύσει σωματίδια τα οποία είναι πολύ μικρά για να προκαλέσουν σημαντική διασπορά φωτός, όμως είναι πιο επιρρεπής σε λανθασμένους συναγερμούς.

Ραδιονουκλεΐδια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Καθώς το 241Am έχει σημαντικά μεγαλύτερη περίοδο ημιζωής από το 238Pu (432,2 χρόνια με 87 χρόνια), έχει πρωταθεί ως ενεργό στοιχείο ραδιοϊσοτοπικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, για παράδειγμα στη διαστημική. Παρόλο που το αμερίκιου παράγει λιγότερη θερμότητα και ηλεκτρισμό - η απόδοση είναι 114.7 mW/g για το 241Am και 6.31 mW/g για το 243Am - και η ακτινοβολία του είναι περισσότερο επιβλαβής για τους ανθρώπους καθώς εκπέμπει νετρόνια, η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος σκοπεύει να χρησιμοποιήσει το αμερίκιο για εξερευνητικά σκάφη.

Άλλη μια προτεινόμενη χρήση του αμερίκιου που έχει σχέση με το διάστημα είναι ως καύσιμο σε διαστημόπλοια με πυρηνική ώθηση. Βασίζεται στον πολύ υψηλό ρυθμό πυρηνικής σύντηξης του 242m1Am, η οποία μπορεί να διατηρηθεί ακόμα και με μεταλλικά φύλλα πάχους λίγων μικρομέτρων. Το μικρό πάχος μας βοηθάει να αποφύγουμε το πρόβλημα της αυτο-απορρόφησης της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας. Το πρόβλημα αυτό είναι παρεμφερές με αυτό που παρουσιάζεται στις ράβδους ουρανίου ή πλουτωνίου, στις οποίες μόνο η επιφάνεια παράγει σωματίδια α. Τα προϊόντα σύντηξης του 242Am μπορούν είτε να δώσουν απευθείας ώθηση στο διαστημόπλοιο ή μπορούν να θερμάνουν το προωθητικό αέριο. Μπορούν επίσης να μεταφέρουν την ενέργεια τους σε κάποιο υγρό και να παράγουν ηλεκτρισμό μέσω μιας υδρομαγνητοδυναμικής γεννήτριας.

Άλλη μια πρόταση που υλοποιεί τον υψηλό ρυθμό πυρηνικής σύντηξης του 242mAm είναι οι πυρηνικές μπαταρίες. Ο σχεδιασμός τους βασίζεται όχι στην ενέργεια των σωματιδίων α που εκπέμπονται από το αμερίκιο αλλά στο φορτίο τους, καθώς το αμερίκιο δρα ως αυτοσυντηρούμενη "κάθοδος". Ένα μόνο φορτίο 3.2 κιλών 242mAm μιας τέτοια μπαταρίας μπορεί να δώσει περίπου 140 kW ισχύος σε διάστημα 80 ημερών. Με όλα τα πιθανά οφέλη, οι τρέχουσες εφαρμογές του 242mAm παρεμποδίζονται από τη σπανιότητα και την υψηλή τιμή αυτού του πυρηνικού ισομερούς.

Πηγή νετρονίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το οξείδιο του 241Am πιεζόμενο με βηρύλλιο είναι μια επαρκής πηγή νετρονίων. Εδώ το αμερίκιο δρα ως πηγή σωματιδίων α, και το βηρύλλιο παράγει νετρόνια λόγω της μεγάλης διασταύρωσης του για την (α,n) πυρηνική αντίδραση :

\mathrm{^{241\!\,}_{\ 95}Am\ \longrightarrow \ ^{237}_{\ 93}Np\ +\ ^{4}_{2}He\ +\ \gamma}
\mathrm{^{9}_{4}Be\ +\ ^{4}_{2}He\ \longrightarrow \ ^{12}_{\ 6}C\ +\ ^{1}_{0}n\ +\ \gamma}

Η πιο διαδεδομένη χρήση της πηγής νετρονίων 241AmBe είναι μια δίοδος νετρονίων - μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ποσότητας νερού που υπάρχει στο έδαφος, όπως επίσης και για τη μέτρηση της υγρασίας εδάφους για ελέγχους ποιότητας στην κατασκευή αυτοκινητόδρομων. Οι πηγές νετρονίων 241Am χρησιμοποιούνται επίσης στις διαδικασίες γεωτρήσεων για πηγάδια, όπως επίσης και στη ραδιογραφία νετρονίων, στην τομογραφία και σε άλλες ραδιοχημικές έρευνες.

Παραγωγή άλλων στοιχείων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο είναι αρχικό συστατικό για την παραγωγή άλλων διουρανικών στοιχείων και μετακτινιδών - για παράδειγμα, το 82,7% του 242Am μετατρέπεται σε 242Cm και το 17,3% σε 242Pu. Στον πυρηνικό αντιδραστήρα, το 242Am μεταστοιχειώνεται επίσης λόγω πρόσληψης νετρονίου σε 243Am και 244Am, το οποίο μετατρέπεται λόγω β-αποσύνθεσης σε 244Cm :

\mathrm{^{243}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{244}_{\ 95}Am\ \xrightarrow [10.1 \ h]{\beta^-} \ ^{244}_{\ 96}Cm}

Ο βομβαρδισμός του 241Am με ιόντα 12C ή 22Ne παράγει το ισότοπο 247Es (Αϊνσταΐνιο) ή το 260Db (Ντούμπνιο) αντίστοιχα. Επίσης, το στοιχείο μπερκέλιο (ισότοπο 243Bk) είχε αρχικά παραχθεί και ανανγωριστεί εσκεμμένα μέσω του βομβαρδισμού του 241Am με σωματίδια α, το 1949, από την ίδια ομάδα του Πανεπιστημίου του Μπέρκλεϊ χρησιμοποιώντας το ίδιο κυκλοτρόνιο των 60 ιντσών. Παρομοίως,το νομπέλιο παράχθηκε στο Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας στη Ντούμπνα της Ρωσίας το 1965 μέσω αρκετών αντιδράσεων, μια από τις οποίες περιελάμβανε βομβαρδισμό του 243Am με ιόντα 15Ni. Επίσης, μια από τις αντιδράσεις σύνθεσης του λωρένσιου που ανακαλύφθηκε από επιστήμονες στο Berkley και τη Ντούμπνα συμπεριελάμβανε βομβαρδισμό του 243Am με 18Ο.

Φασματοσκόπιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αμερίκιο-241 έχει χρησιμοποιηθεί ως φορητή πηγή τόσο ακτινοβολιών γάμμα όσο και σωματιδίων α για μια σειρά ιατρικών και βιομηχανικών χρήσεων. Οι εκπομπές ακτινών γάμμα των 60-keV από το 241Am σε τέτοιες πηγές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για έμμεση ανάλυση υλικών στη ραδιογραφία και στη φασματοσκοπία φθοριούχων ακτινών Χ, όπως επίσης και για τον έλεγχο ποιότητας σε μετρητές πυρηνικής πυκνότητας και πυρηνικά παχύμετρα. Για παράδειγμα, το στοιχείο έχει χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του πάχους γυαλιού ώστε να διευκολυνθεί η παραγωγή επίπεδου γυαλιού. Το αμερίκιο-241 είναι επίσης κατάλληλο για βαθμονόμηση των φασματοσκοπίων ακτινών γάμμα στο φάσμα χαμηλής ενέργειας, καθώς το φάσμα του αποτελείται από σχεδόν μια μόνο κορυφή και αμελητέο συνεχές Compton (τουλάχιστον 3 τάξεις χαμηλότερης έντασης). Οι ακτίνες γάμμα του αμερίκιου-241 χρησιμοποιούνταν επίσης στο παρελθόν για παθητική διάγωνση της λειτουργίας του θυροειδούς. Αυτή η τεχνική βέβαια δε χρησιμοποιείται πλέον.

Επιπτώσεις στην υγεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ως υψηλά ραδιενεργό στοιχείο, το αμερίκιο και οι ενώσεις του πρέπει να επεξεργάζονται μόνο σε ειδικά εργαστήρια με εξειδικευμένο εξοπλισμό. Παρόλο που τα περισσότερα ισότοπα του αμερίκιου εκπέμπουν κυρίως σωματίδια α τα οποία μπορούν να μπλοκαριστούν με λεπτά φύλλα κοινών υλικών, πολλά από τα παράγωγα εκπέμπουν ακτίνες γάμμα και νετρόνια τα οποία έχουν μεγάλο διεισδυτικό βάθος.

Εαν καταναλωθεί, το αμερίκιο αποβάλλεται από τον οργανισμό σε μερικές μέρες και μόνο το 0.05% απορροφάται από το αίμα. Από αυτό, περίπου το 45% πάει στο συκώτι και το 45% στα κόκαλλα, και το υπόλοιπο 10% αποβάλλεται. Η πρόσληψη από το συκώτι εξαρτάται από τον οργανισμό του ατόμου και αυξάνεται με την ηλικία. Στα κόκαλλα, το αμερίκιο αποθηκεύεται αρχικά στο φλοιό και στις δοκιδώδεις επιφάνειες και σιγά σιγά αναδιανέμεται σε όλο το κόκκαλο. Η βιολογική ημιζωή του 241Am είναι 50 χρόνια στα κόκκαλα και 20 χρόνια στο συκώτι, ενώ στους γόνους ( όρχεις και ωοθήκες ) μένει για πάντα, σε όλα αυτά τα όργανα ενισχύει τον κίνδυνο καρκινοπάθειας ως αποτέλεσμα της ραδιενέργειας του.

Το αμερίκιο συχνά βρίσκεται στις χωματερές από ανιχνευτές καπνού που έχουν πεταχτεί. Οι κανόνες που σχετίζοναι με την απόρριψη των ανιχνευτών καπνού είναι πολύ ελαστικοί. Στις Η.Π.Α. ο " Πρόσκοπος Ραδιενέργειας " David Hahn μπόρεσε να συγκεντρώσει αμερίκιο από ανιχνευτές καπνού αφού κατάφερε να αγοράσει περίπου εκατό σε πολύ χαμηλή τιμή και επίσης να κλέψει μερικούς. Έχουν υπάρξει περιπτώσεις ανθρώπων που μολύνθηκαν με αμερίκιο, η χειρότερη από τις οποίες είναι αυτή του Harold McCluskey, ο οποίος στην ηλικία των 65 ετών είχε εκτεθεί σε 500 φορές υψηλότερη τιμή αμερικίου από την επιτρεπτή ως αποτέλεσμα μιας έκρηξης στο εργαστήριο του. Ο McCluskey πέθανε στην ηλικία των 75 ετών, όχι ως αποτέλεσμα της έκθεσης του αλλά από καρδιοπάθεια την οποία είχε και πριν το ατύχημα.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Wiktionary logo
Το Βικιλεξικό έχει λήμμα που έχει σχέση με το λήμμα:
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα


Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Fields, P. R.; Studier, M. H.; Diamond, H.; Mech, J. F.; Inghram, M. G.; Pyle, G. L.; Stevens, C. M.; Fried, S. και άλλοι. (1956). «Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris». Physical Review 102 (1): 180–182. doi:10.1103/PhysRev.102.180. Bibcode1956PhRv..102..180F.