Открыть главное меню

Амери́ций — химический элемент с атомным номером 95[4]. Принадлежит к 3-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к побочной подгруппе III группы, или к группе IIIB), находится в седьмом периоде таблицы. Относится к семейству актиноидов. В природе отсутствует, массовое число наиболее стабильного из известных изотопов равно 243[1](его атомная масса равна 243,06138(2) а. е. м.). Обозначается символом Am (от лат. Americium). Четвёртый синтезированный трансплутониевый элемент.

Америций
← Плутоний | Кюрий →
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
95Am
Hexagonal.svg
Electron shell 095 Americium.svg
Внешний вид простого вещества
Серебристо-белый радиоактивный металл
Americium microscope.jpg
Свойства атома
Название, символ, номер Америций / Americium (Am), 95
Атомная масса
(молярная масса)
[243] (массовое число наиболее устойчивого изотопа)[1]
Электронная конфигурация [Rn] 5f7 7s2
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 6, 5, 4, 3
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
95
Америций
(243)
5f77s2

ИсторияПравить

Элемент был получен искусственно в 1944 году в Металлургической лаборатории Чикагского университета Гленном Сиборгом с сотрудниками, причем 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[5].

Ныне существующий америций сконцентрирован в атмосфере в районах, используемых для испытаний ядерного оружия, проведенных 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[6]. 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[7].

Физические свойстваПравить

Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Больше всего он 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 свойстваПравить

Происхождение названияПравить

 
Электронная оболочка америция

Внешняя электронная оболочка нового элемента (5f) оказалась аналогичной европию (4f). Поэтому элемент назвали в честь Америки, как европий — в честь Европы[8].

ПолучениеПравить

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 + n → 243Am (период полураспада 4,956(3) ч. 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.

ПрименениеПравить

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 жестких 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).

Биологическая рольПравить

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

ПримечанияПравить

  1. 1 2 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 Громов Б. В. Америций // Химическая энциклопедия: в 5 т. / Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — 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
  4. Таблица Менделеева на сайте ИЮПАК.
  5. Pepling, Rachel Sheremeta Chemical & Engineering News: It's Elemental: The Periodic Table – Americium (2003). Дата обращения 7 июля 2010.
  6. 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.
  7. Eriksson, Mats. On Weapons Plutonium in the Arctic Environment. — Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark : Lund University, April 2002. — P. 28.
  8. Seaborg, Glenn 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.
  9. Энциклопедия нейтронных данных (pdf). Росфонд (Российская библиотека файлов оцененных нейтронных данных). Дата обращения 26 июня 2011. Архивировано 22 августа 2011 года.
  10. IOP Publishing

СсылкиПравить