Америций

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Америций
← Плутоний | Кюрий →
95 Eu

Am

(Uqe)
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
95Am
Hexagonal.svg
Electron shell 095 Americium.svg
Внешний вид простого вещества
Americium microscope.jpg
Образец америция
Свойства атома
Название, символ, номер Америций / Americium (Am), 95
Группа, период, блок 3 (устар. 3), 7,
f-элемент
Атомная масса
(молярная масса)
[243] (массовое число наиболее устойчивого изотопа)[1]
Электронная конфигурация [Rn] 5f77s2
Радиус атома 173 пм
Химические свойства
Радиус иона (+4e) 92 (+3e) 107 пм
Электроотрицательность 1,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Am←Am4+ −0,90 В
Am←Am3+ −2,07 В
Am←Am2+ −1,95 В
Степени окисления +3, +4, +5, +6
Энергия ионизации
(первый электрон)
578 (6,0[2]кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 13,67 г/см³
Температура плавления 1448 К (1176 °C, 2149 °F)
Температура кипения 2880,15 К (2607 °C, 4725 °F)
Уд. теплота плавления (10,0) кДж/моль
Уд. теплота испарения 238,5 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 25,85[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 20,8 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Гексагональная
Параметры решётки a=3,468 c=11,24[3]
Отношение c/a 3,24
Номер CAS 7440-35-9
Наиболее долгоживущие изотопы
Изотоп Распростра-
нённость
Период полураспада Канал распада Продукт распада
241Am синт. 432,2 года СД
α 237Np
242m1Am синт. 141 год ИП 242Am
α 238Np
СД
243Am синт. 7370 лет СД
α 239Np
95
Америций
(243)
5f77s2

Амери́ций (химический символAm, от лат. Americium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 95.

Относится к семейству актиноидов. Америций — четвёртый синтезированный трансурановый элемент. Все изотопы радиоактивны.

Простое вещество америций — тяжёлый металл серебристо-белого цвета.

История[править | править код]

Элемент был получен искусственно в 1944 году в Металлургической лаборатории Чикагского университета Гленном Сиборгом с сотрудниками, причём открытие было засекречено. Интересно, что об открытии америция и кюрия Сиборг впервые публично объявил на детской радиопередаче Quiz Kids[en], когда один из слушателей спросил его, какие трансурановые элементы были открыты во время войны. Официальное сообщение об открытии на совещании Американского химического общества последовало только через пять дней после радиопередачи, 11 ноября 1945 года[4].

Ныне существующий америций сконцентрирован в атмосфере в районах, используемых для испытаний ядерного оружия, проведённых между 1945 и 1980 годами, а также в местах ядерных инцидентов, таких как чернобыльская катастрофа. Например, анализ обломков на полигоне, на котором происходили испытания первой водородной бомбы США (1 ноября 1952 г., атолл Эниветак) выявил высокие концентрации различных актинидов, включая америций; но из-за военной тайны эти данные были опубликованы только в 1956 году[5]. В тринитите, стеклообразном веществе, образовавшемся на месте испытания ядерной бомбы на базе в Тринити возле Аламогордо (штат Нью-Мексико) 16 июля 1945 года были обнаружены следы америция-241. Повышенные уровни америция были также обнаружены в 1968 году в Гренландии на месте крушения американского бомбардировщика Boeing B-52, который нёс четыре водородные бомбы[6].

Происхождение названия[править | править код]

Электронная оболочка америция

Внешняя электронная оболочка нового элемента (5f) оказалась аналогичной электронной оболочке европия (4f). Поэтому элемент назвали америцием в честь Америки, как европий — в честь Европы[7].

Физические свойства[править | править код]

Полная электронная конфигурация атома америция: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p65f77s2.

Америций — это радиоактивный ковкий и тягучий металл серебристо-белого цвета. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Похож на металлы редкоземельного семейства. Имеет две аллотропные формы.

В низкотемпературной форме (плотность 13,67 г/см3) обладает двойной плотно упакованной гексагональной структурой, которая при 1074 °C преобразуется в гранецентрированную кубическую. Температура плавления — 1175 °C. Температура кипения — 2607 °С.

Химические свойства[править | править код]

По химическим свойствам америций подобен лантаноидам[2]. Сильный восстановитель.

  • Реагирует с горячей водой[8]
  • Взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли трёхвалентного америция[2]:
  • Сильными окислителями переводится в оксокатионы[8]:
  • При нагревании с галогенами даёт три- и тетрагалогениды, в зависимости от условий проведения реакции[8]:
  • Энергично реагирует с водородом при температуре 50-60 °C, образуя гидриды нестехиометрического состава[2]:
(n = 2,7 ± 0,3).

Изотопы[править | править код]

Америций не имеет стабильных изотопов. Самым долгоживущим изотопом америция является 243Am; его период полураспада составляет 7350 ± 9 лет.

Получение[править | править код]

241Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде 241Pu: Pu-241 -> (13,2 года, бета-распад) -> Am-241, а 243Am при распаде 243Pu.

241Pu образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона ураном-238.

  1. 238U + n → 239U
  2. 239U β-распад → 239Np
  3. 239Np β-распад → 239Pu
  4. 239Pu + n → 240Pu
  5. 240Pu + n → 241Pu
  6. 241Pu β-распад (13,2 года) → 241Am (период полураспада 432,2 года)
  7. 241Pu + n → 242Pu
  8. 242Pu + n → 243Pu
  9. 243Pu → 243Am (период полураспада 4,956(3) часа, бета-распад)

Так как 241Pu обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, с распадом 241Pu в веществе накапливается 241Am. В связи с этим он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0,5-1,0 % 241Pu, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % 241Pu. Через несколько десятилетий почти весь 241Pu распадётся в 241Am. Энергетика альфа-распада 241Am и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у 241Pu тепловой выход 3,4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается 241Am.

Применение[править | править код]

Самый долгоживущий изотоп америция, 243Am, имеет период полураспада 7,37 тыс. лет и используется для радиохимических исследований и накопления более отдалённых трансуранов, вплоть до фермия.

Значительно многообразнее применение самого первого обнаруженного изотопа америция — 241Am. Он имеет период полураспада 433,2 года. Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие (60 кэВ) гамма-лучи (для примера: энергия жёстких гамма-квантов, испускаемых кобальтом-60, — более 1 МэВ: 1,173 и 1,332 МэВ). Защита от мягкого излучения Am-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские приборы с америцием-241, в частности, для непрерывного измерения толщины стальной (от 0,5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с америцием-241 используют и для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических плёнок и бумаги. Он находится и внутри некоторых детекторов дыма (~0,26 микрограмма на детектор).

Ядерный изомер америций-242m обладает высоким сечением деления тепловыми нейтронами (6000 барн), большим количеством выделяемых нейтронов на одно деление (3,6) и относительно большим периодом полураспада (141 год)[9], что делает его подходящим топливом для сверхкомпактных ядерных реакторов (критическая масса — 3,78 кг, меньше только у некоторых изотопов калифорния). Предполагается, например, использовать его для ядерных реакторов на межпланетных космических кораблях[10]. Однако получение этого изотопа в граммовых количествах пока только обсуждается (предполагается получать его из 241Am, который содержится в ОЯТ в количестве порядка килограмма на тонну).

Опасность[править | править код]

Америций — высокотоксичный элемент. Значение ПДК для америция в воздухе — около 1⋅10−4 Бк/л, в воде водоёмов — около 70-80 Бк/л.

Преступления, связанные с америцием[править | править код]

В апреле 2021 года в грузинском городе Кутаиси были задержаны два человека, которые попытались незаконно продать америций-241 за 300 тысяч евро[11].

Примечания[править | править код]

  1. Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. 1 2 3 4 5 6 Громов Б. В. Америций // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А—Дарзана. — С. 125. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
  3. WebElements Periodic Table of the Elements | Americium | crystal structures. Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 25 марта 2010 года.
  4. Pepling, Rachel Sheremeta Chemical & Engineering News: It's Elemental: The Periodic Table – Americium (2003). Дата обращения: 7 июля 2010. Архивировано 27 декабря 2007 года.
  5. Fields P. R., Studier M. H., Diamond H., Mech J. F., Inghram M. G., Pyle G. L., Stevens C. M., Fried S., Manning W. M., Ghiorso A., Thompson S. G., Higgins G. H., Seaborg G. T. Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris (англ.) // Physical Review : journal. — 1956. — Vol. 102, no. 1. — P. 180—182. — doi:10.1103/PhysRev.102.180. — Bibcode1956PhRv..102..180F.
  6. Eriksson M. On Weapons Plutonium in the Arctic Environment (PhD thesis) (англ.). — Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark: Lund University, 2002. — P. 28. — 150 p. — ISBN 87–550–3007–6. Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения: 9 октября 2019. Архивировано 18 декабря 2008 года.
  7. Seaborg G. T. The Transuranium Elements (англ.) // Science. — 1946. — Vol. 104, no. 2704. — P. 379—386. — doi:10.1126/science.104.2704.379. — Bibcode1946Sci...104..379S. — PMID 17842184. — JSTOR 1675046.
  8. 1 2 3 4 Химические свойства неорганических веществ / под ред. Р. А. Лидина. — 3-е изд., испр. — М.: Химия, 2000. — С. 348—349. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0.
  9. Энциклопедия нейтронных данных (pdf). Росфонд (Российская библиотека файлов оценённых нейтронных данных). Дата обращения: 26 июня 2011. Архивировано 22 августа 2011 года.
  10. IOP Publishing
  11. Двух человек задержали в Грузии за попытку сбыта радиоактивного вещества. Дата обращения: 25 апреля 2021. Архивировано 7 апреля 2022 года.

Ссылки[править | править код]