Prometeo

Prometeo
61 Pm
- ↑ Pm ↓ Np Tabla periódica neodimio ← prometio → samario
Apariencia
metálico
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	prometio, Pm, 61
Pronunciación	/ p r ɵ m yo θ yo ə m / pro- MEE -thee-əm
Categoría Elemento	lantánidos
Grupo, período, bloque	n / a, 6, F
Peso atómico estándar	[145]
Configuración electrónica	[ Xe ] 6s 2 4f 5 2, 8, 18, 23, 8, 2
Historia
Descubrimiento	Chien Shiung Wu, Emilio Segre Hans Bethe (1942)
Primer aislamiento	Charles D. Coryell, Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Harold G. Richter (1945)
Nombrado por	Gracia María Coryell (1945)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Densidad (cerca rt)	7,26 g · cm -3
Punto de fusion	1315 K , 1042 ° C, 1908 ° F
Punto de ebullicion	3273 K, 3000 ° C, 5432 ° F
Calor de fusión	7.13 kJ · mol -1
El calor de vaporización	289 kJ · mol -1
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	3 (medianamente óxido básico)
Electronegatividad	? 1,13 (escala de Pauling)
Energías de ionización	Primero: 540 kJ · mol -1
	Segundo: 1050 kJ · mol -1
	Tercero: 2150 kJ · mol -1
Radio atómico	183 pm
Radio covalente	199 pm
Miscelánea
Estructura cristalina	hexagonal
Ordenamiento magnético	paramagnético
La resistividad eléctrica	( rt) est. 0,75 μΩ · m
Conductividad térmica	17.9 W · m -1 · K -1
Expansión térmica	( rt) (α, poli) est. 11 m / (m · K)
El módulo de Young	(Α formulario) est. 46 GPa
Módulo de corte	(Α formulario) est. 18 GPa
Módulo de volumen	(Α formulario) est. 33 GPa
Relación de Poisson	(Α formulario) est. 0,28
Número de registro del CAS	7440-12-2
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de prometio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP 145 Pm syn 17.7 y ε 0,163 145 Nd 146 Pm syn 5,53 y ε 1,472 146 Nd β - 1,542 146 Sm 147 Pm rastro 2.6234 y β - 0,224 147 Sm

Prometio, originalmente Prometheum, es un elemento químico con el símbolo Pm y número atómico 61. Todos sus isótopos son radiactivos; es uno de los dos únicos elementos que se siguen en la tabla periódica de los elementos con formas estables, una distinción compartida con tecnecio . Químicamente, el prometio es un lantánido , que forma sales cuando se combina con otros elementos. Prometio muestra sólo un estado de oxidación estable de 3; Sin embargo, pueden existir unos 2 compuestos.

En 1902, Bohuslav Brauner sugirió que había un elemento con propiedades intermedias entre las de los conocidos elementos de neodimio (60) y samario (62); esto fue confirmado en 1914 por Henry Moseley quien, después de haber medido los números atómicos de todos los elementos conocidos hasta entonces, encontró que no había ningún elemento con número atómico 61. En 1926, un grupo americano italiano y afirmó haber aislado una muestra del elemento 61; tanto los "descubrimientos" fueron rápidamente demostrado ser falsa. En 1938, durante un experimento nuclear realizado en Universidad del Estado de Ohio, unos nucleidos radiactivos fueron producidos que ciertamente no eran radioisótopos de neodimio o samario, pero había una falta de pruebas químicas se produjo ese elemento 61, y el descubrimiento no fue generalmente reconocidos. Prometio fue producida por primera vez y que se caracteriza por lo Laboratorio Nacional de Oak Ridge en 1945 por la separación y análisis de los productos de fisión de combustible de uranio irradiado en un reactor de grafito. Los descubridores propusieron el nombre de "Prometheum" (la ortografía fue cambiado posteriormente), deriva de Prometeo, el Titán de la mitología griega que robó el fuego del Olimpo y se lo llevó a los humanos, para simbolizar "tanto la audacia y el posible mal uso de la inteligencia de la humanidad." Sin embargo, una muestra del metal se hizo sólo en 1963.

Hay dos posibles fuentes para prometio natural: rara decae de naturales europio -151 (produciendo prometio-147), y el uranio (distintos isótopos). Existen aplicaciones prácticas sólo para compuestos químicos de prometio-147, que se utilizan en la pintura luminosa, baterías atómicas y dispositivos de medición de espesores, aunque prometio-145 es el isótopo más estable prometio. Desde prometio natural es sumamente escasa, el elemento es normalmente sintetizada bombardeando el uranio-235 ( uranio enriquecido) con neutrones térmicos para producir prometio-147.

Propiedades

Propiedades físicas

Un átomo prometio tiene 61 electrones, dispuestos en el configuración [ Xe ] 4f ⁵ 6s ^2. En los compuestos que forman el átomo pierde sus dos electrones más externos y uno de los 4F-electrones, que pertenece a un subnivel abierto. Radio atómico del elemento es el tercero más grande entre todos los lantánidos, pero es sólo ligeramente mayor que las de los elementos vecinos. Es la única excepción a la tendencia general de la contracción de los átomos con aumento del radio atómico (causada por la contracción de los lantánidos) que no es causada por el lleno (o medio lleno) 4f-subnivel.

Muchas de las propiedades de prometio confían en su posición entre los lantánidos y son intermedios entre los de neodimio y samario. Por ejemplo, el punto de fusión, las tres primeras energías de ionización, y la energía de hidratación son mayores que los de neodimio y menores que los de samario; Del mismo modo, la estimación para el punto de ebullición, iónico (Pm ³⁺⁾ de radio, y el calor estándar de formación de gas monoatómico son mayores que las de samario y menos los de neodimio.

Prometio tiene una embalado (dhcp) estructura de doble cierre hexagonal y una dureza de 63 kg / mm ^2. Esta forma alfa de baja temperatura se convierte en una versión beta, fase cúbica centrada en el cuerpo (BCC) por calentamiento a 890 ° C.

Propiedades químicas y combinaciones

Prometio pertenece a la grupo de los lantánidos cerio y es químicamente muy similar a los elementos vecinos. Debido a su inestabilidad, estudios químicos de prometio son incompletos. A pesar de que algunos de los compuestos han sido sintetizados, no se estudian totalmente; en general, tienden a ser de color rosa o de color rojo. El tratamiento de soluciones ácidas que contienen iones Pm ³⁺ con amoníaco resultados en un sedimento de color marrón claro gelatinoso de hidróxido, Pm (OH) _3, que es insoluble en agua. Cuando se disuelve en ácido clorhídrico, una sal de color amarillo soluble en agua, PMCL _3, se produce; Del mismo modo, cuando se disuelve en ácido nítrico, un nitrato resultados, Pm (NO _{3) 3.} Este último también es bien soluble; cuando se seca, forma cristales de color rosa, similar a Nd (NO _{3) 3.} La configuración electrónica para Pm ³⁺ es [Xe] 4f ^4, y el color del ion es de color rosa. El término símbolo estado fundamental es ⁵ I _4. El sulfato es ligeramente soluble, como los otros sulfatos del grupo de cerio. Los parámetros de celda están calculadas para su octahidrato; conducen a la conclusión de que la densidad de Pm ₂ (SO _{4) 3} · 8 _H2O es 2,86 g / cm ^3. El oxalato, Pm ₂ (C ₂ O _{4) 3} · 10 H ₂ O, tiene la solubilidad más baja de todos los oxalatos de lantánidos.

A diferencia de la de nitrato, la óxido es similar a la sal correspondiente de samario y no la sal de neodimio. Como-sintetizado, por ejemplo calentando el oxalato, es un polvo blanco o de color lavanda con estructura desordenada. Este polvo cristaliza en una red cúbica tras el calentamiento a 600 ° C. Además de recocido a 800 ° C y luego a 1750 ° C irreversiblemente transforma a una monoclínico y las fases hexagonales, respectivamente, y las dos últimas fases se pueden interconvertir mediante el ajuste del tiempo de recocido y la temperatura.

Promethium formas sólo un estado de oxidación estable, 3, en forma de iones; esto está en consonancia con otros lantánidos. De acuerdo con su posición en la tabla periódica , el elemento no se puede esperar que forma estable 4 o 2 estados de oxidación; agentes de tratamiento compuestos químicos que contienen iones Pm ³⁺ con un fuerte oxidante o reductor mostraron que el ión no se oxida fácilmente o se reduce.

Isótopos

Prometio es el único de los lantánidos y uno de los dos elementos entre los primeros 82 que no tiene estable (o incluso de larga vida) isótopos; este es un resultado de una rara vez se producen efecto de la modelo de la gota líquida y estabilidades de isótopos de elementos prójimo; también es el elemento menos estable de la primera 84. Los productos de desintegración primarios son de neodimio y samario isótopos (prometio-146 decae a ambos, los isótopos más ligeros en general a través de neodimio decaimiento de positrones y captura de electrones, y los isótopos más pesados a través de samario desintegración beta). Prometeo isómeros nucleares pueden decaer a otros isótopos promethium y un isótopo ⁽¹⁴⁵ Pm) tiene un modo de desintegración alfa muy raro praseodimio .

El isótopo más estable del elemento es prometio-145, que tiene una actividad específica de 940 Ci (35 TBq) / g y una vida media de 17,7 años a través captura de electrones. Debido a que tiene 84 neutrones (dos más que el 82, que es un número mágico que corresponde a una configuración de neutrones estable), se puede emitir una partícula alfa (que tiene 2 neutrones) para formar praseodimio-141 con 82 neutrones. Por lo tanto, es el único isótopo prometio con un observado experimentalmente desintegración alfa. Su vida media parcial para la desintegración alfa es de aproximadamente 6,3 × 10 ⁹ años, y la probabilidad relativa de un núcleo ¹⁴⁵ Pm a la descomposición de esta manera es 2,8 × 10 ^-7%. Varios otros Pm isótopos ⁽¹⁴⁴ m, ¹⁴⁶ m, ¹⁴⁷ Pm etc.) también tienen una autorización positiva energía de desintegración alfa; sus desintegraciones alfa se prevé que se produzcan, pero no se han observado.

El elemento también tiene 18 isómeros nucleares, con números de masa de 133 a 142, 144, 148, 149, 152, y 154 (algunos números de masa tienen más de un isómero). El más estable de ellos es prometio-148m, con una vida media de 43,1 días; esto es más larga que las vidas medias de los estados fundamentales de todos los isótopos prometio, excepto solamente para prometio-143 a 147 (obsérvese que prometio-148m tiene una vida media más larga que el estado fundamental, prometio-148).

Aparición

Pechblenda, un mineral de uranio y el anfitrión de la mayor parte de prometio de la Tierra

En 1934, Willard Libby encontró una débil actividad beta en neodimio puro, que se atribuyó a una vida media de más de 10 ^{y 12} años. Casi 20 años más tarde, se afirmó que el elemento se produce en neodimio natural en equilibrio en cantidades inferiores a 10 ^-20 gramos de prometio por un gramo de neodimio. Sin embargo, estas observaciones fueron refutadas por las investigaciones más recientes, ya que para las siete de origen natural isótopos de neodimio, los decaimientos beta individuales (que pueden producir nucleidos promethium) están prohibidas por la conservación de la energía. En particular, las mediciones cuidadosas de masas atómicas muestran que la diferencia de masa ¹⁵⁰ Nd ¹⁵⁰ Pm es negativo (-87 keV), lo que impide absolutamente la única desintegración beta de ¹⁵⁰ Nd a ¹⁵⁰ m.

Ambos isótopos de europio natural tienen mayor excesos masivos que sumas de las de sus potenciales hijas alfa más la de una partícula alfa; por lo tanto, (estable en la práctica) pueden Alpha Decay. La investigación en Laboratori Nazionali del Gran Sasso mostró que europio-151 decae experimentalmente para prometio-147 con la vida media de 5 × 10 ¹⁸ años. Se ha demostrado que el europio es "responsable" de unos 12 gramos de prometio en la corteza terrestre. Alfa decae por europio-153 no se han encontrado todavía, y su vida media calculada teóricamente es tan alta (debido a la baja energía de la decadencia) que probablemente nunca se observó este proceso.

Finalmente, prometio se puede formar en la naturaleza como un producto de fisión espontánea de de uranio-238. Sólo cantidades traza se pueden encontrar en los minerales de origen natural: una muestra de pitchblende se ha encontrado que contienen prometio a una concentración de cuatro partes por trillón (10 ¹⁸⁾ en masa. El uranio es así "responsable" de 560 g prometio en la corteza terrestre .

Prometio también ha sido identificado en el espectro de la estrella HR 465 en Andrómeda; también se ha encontrado en HD 101065 ( La estrella de Przybylski) y HD 965. Debido a la corta vida media de los isótopos prometio, deben formarse cerca de la superficie de esas estrellas.

Historia

Las búsquedas de elemento 61

En 1902, el químico Checa Bohuslav Brauner se enteró de que la diferencia entre neodimio y samario es el más grande de todos los vecinos lantánidos pares; como conclusión, sugirió que había un elemento con propiedades intermedias entre ellas. Esta predicción fue apoyada en 1914 por Henry Moseley quien, después de haber descubierto que el número atómico era una propiedad experimentalmente mensurable de elementos, que se encuentra unos números atómicos tenían ningún elemento que corresponda: las lagunas fueron 43, 61, 72, 75, 85 y 87. Con el conocimiento de una brecha en la tabla periódica varios grupos comenzaron a buscar el elemento predicho entre otras tierras raras en el medio ambiente natural.

La primera reclamación de un descubrimiento fue publicado por Luigi Rolla y Lorenzo Fernández de Florencia, Italia. Después de separar una mezcla de unos pocos elementos de tierras raras nitrato de concentrado de la brasileña mineral monacita por cristalización fraccionada, que produjo una solución que contiene la mayoría de samario. Esta solución dio espectros de rayos x atribuido a samario y el elemento 61. En honor de su ciudad, nombraron elemento 61 "florentium." Los resultados fueron publicados en 1926, pero los científicos afirmaron que los experimentos se realizaron en 1924. También en 1926, un grupo de científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Smith Hopkins y Len Yntema publicó el descubrimiento del elemento 61. Lo llamaron "illinium," después de la universidad. Ambos de estos descubrimientos reportados mostraron ser errónea porque la línea espectro que "corresponde" al elemento 61 era idéntico al de didimio; las líneas que se cree que pertenecen al elemento 61 resultaron pertenecer a unas pocas impurezas (bario, cromo y platino).

En 1934, Josef Mattauch finalmente formuló la regla de isobaras. Una de las consecuencias indirectas de la era esta regla era que el elemento 61 no pudo formar isótopos estables. En 1938, un experimento nuclear se llevó a cabo por HB Law et al. En Universidad del Estado de Ohio. Los núclidos producidos desde luego no eran radioisótopos de neodimio o samario, y se propuso el nombre de "cyclonium", pero había una falta de pruebas químicas se produjo ese elemento 61 y el descubrimiento no en gran medida reconocida.

Descubrimiento y síntesis de prometio de metal

Prometio fue producida por primera vez y que se caracteriza por lo Laboratorio Nacional de Oak Ridge (Clinton Laboratorios en ese momento) en 1945 por Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin y Charles D. Coryell por la separación y análisis de los productos de fisión de uranio en el combustible irradiado reactor de grafito; sin embargo, estar demasiado ocupado con la investigación relacionada con militares durante la Segunda Guerra Mundial , que no anunciaron su descubrimiento hasta 1947. El nombre original propuesto era "clintonium", después de que el laboratorio donde se realizó el trabajo; Sin embargo, el nombre "Prometheum" fue sugerido por la Gracia María Coryell, la esposa de uno de los descubridores. Se deriva de Prometeo, el Titán de la mitología griega que robó el fuego del Olimpo y se lo llevó a los humanos y simboliza "tanto la audacia y el posible mal uso de la inteligencia a la humanidad." A continuación, la ortografía fue cambiado a "prometio," ya que era más cerca de conformidad con otros metales.

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  Jacob A. Marinsky

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  Lawrence E. Glendenin

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  Charles D. Coryell

En 1963, se utilizó el prometio (III) de fluoruro para hacer prometio metal. Provisionalmente purificado de las impurezas de samario, neodimio, y americio, que fue puesto en un tantalio crisol que se encuentra en otro crisol de tántalo; el crisol exterior contenía metal de litio (10 veces en exceso en comparación con el prometio). Después de crear un vacío, los productos químicos se mezclan para producir metal prometio:

PMF ₃ + 3 Li → Pm + 3 LiF

La muestra prometio producido se usó para medir algunas de las propiedades del metal, tales como su punto de fusión .

En 1963, se utilizaron métodos de intercambio iónico en ORNL para preparar unos diez gramos de prometio a partir de desechos de procesamiento de combustible de reactor nuclear.

Hoy en día, el prometio está todavía recuperado de los subproductos de la fisión del uranio; también puede ser producido mediante el bombardeo de ¹⁴⁶ Nd con neutrones , convirtiéndolo en ¹⁴⁷ Nd que se desintegra en ¹⁴⁷ Pm a través de la desintegración beta con una vida media de 11 días.

Producción

Los métodos de producción para diferentes isótopos varían, y sólo para que prometio-147 se da porque es el único isótopo con aplicaciones industriales. Prometio-147 se produce en grandes cantidades (en comparación con otros isótopos) bombardeando el uranio-235 con neutrones térmicos. La salida es relativamente alta, al 2,6% del producto total. Otra manera de producir prometio-147 es a través de neodimio-147, que decae a prometio-147 con una vida media corta. Neodimio-147 se puede obtener ya sea mediante el bombardeo de neodimio-146 enriquecido con neutrones térmicos o bombardeando un uranio objetivo de carburo con protones energéticos en un acelerador de partículas. Otro método consiste en bombardear uranio-238 con neutrones rápidos para causar fisión rápida, lo que, entre varios productos de reacción, crea prometio-147.

Ya en la década de 1960, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge podría producir 650 gramos de prometio al año y era la única instalación de síntesis de gran volumen en el mundo. Producción Gram-escala de prometio ha sido descontinuado en los EE.UU. a principios de 1980, pero posiblemente se reanudó después de 2010 en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo. Actualmente, Rusia es el único país productor prometio-147 en una escala relativamente grande.

Aplicaciones

La mayoría prometio se utiliza solamente para fines de investigación, a excepción de prometio-147, que se puede encontrar fuera de los laboratorios. Se obtiene como el óxido o cloruro, en cantidades de miligramos. Este isótopo no emite rayos gamma, y su radiación tiene una relativamente pequeña profundidad de penetración en la materia y una vida media relativamente larga.

Algunas luces de señal utilizan un pintura luminosa, que contiene una fósforo que absorbe la radiación beta emitida por prometio-147 y emite luz. Este isótopo no causa el envejecimiento del fósforo, como emisores alfa hacen, y por lo tanto la emisión de luz es estable durante unos pocos años. Originalmente, el radio -226 se utilizó para este fin, pero fue reemplazado más tarde por el prometio-147 y tritio (hidrógeno-3). Prometio puede ser favorecida sobre tritio para razones de seguridad.

En baterías atómicas, las partículas beta emitidas por el prometio-147 se convierten en corriente eléctrica intercalando una pequeña fuente de Pm entre dos placas de semiconductores. Estas baterías tienen una vida útil de unos cinco años. La batería basada prometio-primero se ensambló en 1964 y generó "unos pocos milivatios de energía a partir de un volumen de aproximadamente 2 centímetros cúbicos, incluyendo blindaje".

Prometio también se utiliza para medir el espesor de los materiales mediante la evaluación de la cantidad de radiación de una fuente prometio que pasa a través de la muestra. Cuenta con posibles usos futuros en fuentes de rayos X portátiles, y como fuentes de calor o de potencia auxiliar para sondas y satélites espaciales (aunque el emisor alfa plutonio-238 se ha convertido en estándar para la mayoría de los usos relacionados con la exploración espacial).

Precauciones

El elemento, al igual que otros lantánidos, no tiene ningún papel biológico. Prometio-147 puede emitir Los rayos X durante su desintegración beta, que son peligrosos para todos las formas de vida. Interacciones con pequeñas cantidades de prometio-147 no son peligrosos si se siguen ciertas precauciones. En general, los guantes, las cubiertas de calzado, gafas de seguridad, y una capa externa de la ropa de protección eliminado fácilmente debe ser utilizado.

No se sabe qué órganos humanos se ven afectados por la interacción con el prometio; un posible candidato es el tejidos óseos. Sealed prometio-147 no es peligroso. Sin embargo, si el embalaje está dañado, el prometio vuelve peligroso para el medio ambiente y los seres humanos. Si se encuentra contaminación radiactiva, la zona contaminada debe lavarse con agua y jabón, pero, a pesar de que prometio afecta principalmente a la piel, la piel no debe rasparse. Si se encuentra una fuga prometio, el área debe ser identificado como peligrosos y evacuada, y los servicios de emergencia se debe contactar. No se conocen peligros del prometio aparte de la radiactividad.