Europio vardu pavadintas americium. Kur logika? Tai slypi istoriniuose faktuose.
Europiumas yra lantanidų grupės elementas, atrastas Senajame pasaulyje ir pavadintas jo vardu. Americium priklauso transurano elementų šeimai.
Visi jie turi 5f apvalkalą, kaip ir visi lantanidai turi 4f apvalkalą. Paskutiniuose elektroniniuose lygiuose europio ir americio dalelių skaičius yra vienodas - 6.
Todėl elementai buvo lyginami. Pastarasis buvo atidarytas vėliau, 1944 m., Amerikos mieste Čikagoje. Išsiaiškinę elemento panašumus su europiu, jie nusprendė pavadinti jį Amerikos vardu.
Americio savybės
Gamtoje americio rasti nepavyko. Jis buvo gautas 1944 m. apšvitinant neutronais.
Nesunku atspėti, kad naujasis elementas taip pat yra metalas ir taip pat radioaktyvus. Medžiagos spalva yra sidabriškai balta.
Metalas taip pat derinamas su kitomis metalų savybėmis. Taigi, americio elementas plastiko ir vėl primena lantanido grupės medžiagas.
Americium turi dvi alotropines formas. Tai reiškia skirtingas to paties elemento modifikacijas.
Skirtumas slypi kristalinės gardelės struktūroje. Iki 600 laipsnių jo ląstelės yra šešiakampės.
Žemos temperatūros americio tankis yra beveik 14 gramų kubiniame centimetre.
Po 600 laipsnių metalo kristalinė gardelė paverčiama kubiniu veidu.
Tai reiškia, kad kubai yra sudaryti iš 14 atomų: po vieną kiekvienoje viršūnėje ir po vieną kiekvienos pusės viduryje.
Americis yra cheminis elementas, kurio aukštos temperatūros formą dažnai vaizduoja lydalas.
Medžiaga suminkštėja 1175 laipsnių temperatūroje. Americis užverda 2607 laipsnių Celsijaus temperatūroje.
Jei medžiaga turi dvi alotropines formas, tada yra daugiau izotopų. Trys yra žinomiausi.
Pirmasis atidaromas americium 241. Pusinės eliminacijos laikas yra 433 metai. Taip pat yra 242-asis ir 243-asis izotopai.
Pastarasis suyra beveik 4 kartus greičiau nei Amerika 241. 243-ias nuklidas yra ilgaamžis. Šis turi americio pusinės eliminacijos laikas lygus beveik 8000 metų.
Americio izotopai turi alfa spinduliuotę. Todėl metalas šviečia tamsoje.
Dėl radioaktyvumo elementas nededamas į liuminescencinius dažus.
95-asis metalas (šiuo skaičiumi randamas americis) gali būti naudojamas kitaip.
Americio taikymas
95-asis elementas laikomas permatomų medicinos prietaisų pagrindu.
Jie skirti pakeisti didelių gabaritų rentgeno aparatus. Pastariesiems reikalinga aukštos įtampos įranga. Ji taip pat sudėtinga.
Americis skleidžia mažos energijos gama spindulius. Jų energija yra tik 60 kiloelektronvoltų. Spinduliuotės pobūdis yra pastovus.
Apsaugai nuo jo pakanka centimetro sluoksnio. Dėl to galite sukurti permatomą degtukų dėžutės dydį.
Pirmieji americio panaudojimo medicinoje eksperimentai buvo atlikti JAV. Taigi, Paulas Hoferis iš Argonne nacionalinės ligoninės naudojo minkštosios gama spinduliuotės šaltinį kovodamas su skydliaukės ligomis.
Jame visada yra stabilus. Gama spinduliuose jis skleidžia rentgeno spindulius, kurių intensyvumas proporcingas jodo koncentracijai tiriamame taške.
Tokiu būdu galite gauti informacijos apie jodo pasiskirstymą. Anksčiau tam reikėjo į liauką suleisti radioaktyviųjų izotopų.
Šis tyrimo tipas vadinamas radioidiniu. Tyrimų, naudojant amerikį, metu gaunama spinduliuotė kelis kartus mažesnė.
Instrumentų gamintojams taip pat reikia americium. Taikymas randa tik 241-ąjį izotopą.
Jo minkšta gama spinduliuotė naudojama nuolatiniam plieno juostos storiui matuoti.
Procedūra galima, jei jos storis ne didesnis kaip 3 milimetrai ir ne mažesnis kaip 0,5. Taip pat galite išmatuoti iki 5 centimetrų storio juostų storį.
Lapas, beje, taip pat yra veikiamas gama spinduliuotės. Metodas įvaldytas keliose Europos šalyse ir JAV.
Americium periodiškai Jie taip pat naudojami plastikų gamyboje. Radioaktyvusis elementas padeda sumažinti jų elektrostatinį įtampą.
Įranga su 95-uoju elementu taip pat padeda pašalinti sintetinių plėvelių krūvius.
Tik kalbama apie 242-ojo americio izotopo panaudojimą. Nuklidas yra tinkamas kaip kuras itin kompaktiškiems reaktoriams.
Jie įrengiami, pavyzdžiui, tarpplanetiniuose erdvėlaiviuose. IN 242-asis americio izotopas Branduolinius mokslininkus traukia didelis šiluminių neutronų dalijimosi skerspjūvis ir didelis dalijimosi metu susidarančių neutronų skaičius.
Daugeliu neutronų turime omenyje 3,6. Tai gana tinka reaktoriams, kurių kritinė masė yra iki 4 kilogramų.
243-asis izotopas naudojamas tik moksliniams tyrimams, ypač kaip tolimesnių transuranų saugojimo įrenginys.
Galite net kaupti fermį, o jo skaičius periodinėje lentelėje yra 100. Beje, jis buvo gautas tokiu pat būdu.
Kalbant apie 243-iojo americio izotopo gavimą, tai tapo įmanoma tik aštuntajame dešimtmetyje.
241-asis nuklidas išgaunamas iš plutonio skilimo produktų kilogramais, o 243-asis išgaunamas tik miligramais ir labai sunkiai.
Tai dar viena priežastis, kodėl mokslininkai ir pramonininkai nekantrauja ieškoti ilgalaikio 95 elemento izotopo pritaikymo galimybių.
Americio kasyba
Kadangi plačiai taikomas tik 241-asis americio nuklidas, daugiausia dėmesio skirsime jo paruošimui. Elementas gamtoje neegzistuoja.
Visas planetoje esantis americis yra „iškasamas“ apšvitinant 241 klasės plutoniu neutronais. Jis taip pat paimtas iš branduolinių reaktorių.
Ten 241-asis plutonis susidaro gaudant 238-ąjį urano neutroną. Tai yra, americio žaliava yra branduolinio kuro atliekos.
Americio gavimas susideda iš 6 etapų. Pirma, iš 238-ojo urano „gimsta“ 239-asis.
Tada per beta skilimą jis paverčiamas neptūnu 239. Tada gaunamas plutonis 239.
Tada jo neutronų apšvitinimas sukuria 240-ąjį izotopą. Jis paverčiamas 241 plutoniu.
Belieka taikyti beta skilimą, kad gautumėte amerikį 241. Tai užtrunka daugiau nei 13 metų.
Atkreipkite dėmesį, kad galima gauti ne tik gryno metalo, bet ir americio dioksidas.
Jis išgaunamas iš tirpalų, kuriuose yra 95-ojo elemento katijonų. Taip pat tirpalai imami iš radioaktyviųjų ar pramoninių atliekų.
Pasirodo, galima pakartotinai panaudoti žaliavas, kurios nebuvo naudojamos gamykloje.
Americis ekstrahuojamas iš tirpalų bendro nusodinimo būdu. Nešiklis yra oksalatas.
Vidurinis produktas yra 95-asis metalo oksalatas. Iš jo kalcinuojant gaunamas dioksidas.
Amerikos kaina
Americis yra brangiausių medžiagų sąraše. Paskutinis sąraše yra plutonis, kurio gramas kainuoja 4000 USD.
Americiui jie duoda apie 140 tūkstančių įprastų vienetų ir už tą patį gramą.
Elemento suvartojimas visose jo panaudojimo srityse matuojamas mikrogramais, todėl sąnaudos yra pagrįstos ir atsiperka, ypač turint omenyje ilgą pusėjimo trukmę.
Antimedžiaga yra pripažinta brangiausia medžiaga Žemėje. Jie už tai duoda 62 trilijonus dolerių.
Iki šiol mokslininkams nepavyko sukurti buferinės zonos, kurioje antimedžiaga galėtų „susigyventi“ su įprasta medžiaga. Naujos medžiagos esmė – atvirkštinė struktūra.
Ne neigiamos dalelės sukasi aplink didžiulį teigiamą, o teigiamos dalelės, kurios sukasi apie didžiulę neigiamą.
Taigi šiame etape tik mokslininkai gali būti suinteresuoti įsigyti antimedžiagos. Medžiaga dar neturi praktinio naudojimo.
Americium, Americium, Am, atominis skaičius 95, atominis svoris 243. Pavadintas nuo žodžio „Amerika“ (pagal atradimo vietą). G. Seaborgas pavadinimą suteikė atsižvelgdamas į 95 elemento padėtį Mendelejevo periodinės sistemos „aktinidų serijoje“. Elementas 95 natūraliai buvo dedamas po panašiu elementu 63 „lantanido serijoje“. Elementas numeris 63 - europium - gavo savo pavadinimą Europos garbei, elementas numeris 95 buvo pavadintas americium Amerikos garbei. Izotopas 243 Am yra radioaktyvus ir stabiliausias (T = 7370 metų).
Americis yra ketvirtasis susintetintas transurano elementas (kuris, elementas Nr. 96, buvo atrastas prieš kelis mėnesius). G. T. Seaborgas, A. Ghiorso, R. Jamesas ir L. Morganas jį identifikavo 1944 m., kai reaktoriuje plutonio izotopus apšvitino neutronais, kaip 241 Am.
Americį taip pat gavo Seaborg, bombarduodamas 234 Pu α dalelėmis.
Americium / Americium (Am)
Atominis numeris 95
Išvaizda: sidabriškai baltas radioaktyvus metalas
Atominė masė (molinė masė) 243,0614 amu (g/mol)
Atominis spindulys 173 pm
Tankis 13,67 g/cm³
Lydymosi temperatūra 1267 K
Lydymosi šiluma (10,0) kJ/mol
Virimo temperatūra 2 880 K
Garavimo šiluma 238,5 kJ/mol
Molinis tūris 20,8 cm³/mol
Americium yra sidabro baltumo metalas, kalus ir kalus. Labiausiai jis panašus į retųjų žemių šeimos metalus. Kambario temperatūroje sausame ore americis lėtai susitepa. Jis turi dvi alotropines formas. Žemoje temperatūroje jis turi dvigubą tankiai supakuotą šešiakampę struktūrą, tankis 13,67, kuri 1173 °C temperatūroje virsta į veidą nukreipta kubine struktūra.
Santykinis pavojus aplinkai 1,0-1,2. Žemės plutoje yra 0,0003%.
1972 metais buvo susintetinti pirmieji dvivalenčio americio junginiai. Pramoninė americio izotopų gamyba pagrįsta švitinimo neutronais 238 U, 237 Np ir 235 Pu. Norint gauti kai kuriuos americio izotopus, gali būti naudojami atskiri paties elemento izotopai. Taigi, 248 Am ir 243 Am galima gauti apšvitinant 241 Am ir 244 Am gama neutronų spinduliuote. Americio izotopai, kurių masės skaičiai yra 241, 245 ir 246, yra plutonio izotopų, kurių masės skaičius yra toks pat, antriniai produktai. Kai kurie americio izotopai susidaro bandant branduolinį ginklą. 241 Am poreikis yra apie 10 kg per metus.
Labai svarbu, kad kiekvienas iš americio jonų tik jam suteiktų ryškų ir būdingą sugerties spektrą. Tai leidžia efektyviai naudoti spektrofotometrinį metodą, tiriant redokso procesus, vykstančius su americio jonais tirpaluose. Ir tai svarbu ne tik transurano elementų chemijai, bet ir apskritai redokso reakcijų mechanizmui suprasti. Tai turėtų būti laikoma vienu iš svarbių dirbtinio elemento americio praktinių pritaikymų.
241 Am naudojamas įvairiuose prietaisuose (trūkumo detektoriuose, tankio matuokliuose, storio matuokliuose ir kt.) kaip minkštųjų γ kvantų šaltinis; gaminant mažos šiluminės galios energijos šaltinius, taip pat α spinduliuotės šaltinius, naudojamus statiniams krūviams pašalinti; analizuojant sužadinti rentgeno fluorescenciją. Kurio-242 izotopui gauti svarbu naudoti 241 Am.
Ilgiausiai gyvenantis americio izotopas yra 243 Am, jis gyvena 7400 metų ir šiuo metu naudojamas radiocheminiams tyrimams bei tolimesnių transuranų, iki fermio, kaupimui. Izotopas 241 Am naudojamas labai įvairiai (pusėjimo laikas 433 metai).
Šis izotopas irdamas skleidžia α daleles ir minkštuosius (60 keV) γ spindulius (60 Co skleidžiamų kietųjų γ kvantų energija yra keli MeV). Apsauga nuo švelnios spinduliuotės nuo 241 Am yra gana paprasta ir nemasyvi: pakanka centimetro švino sluoksnio. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl atsirado daugybė įrenginių su 241 Am. Visų pirma, buvo pasiūlytas permatomo aparato, šiek tiek didesnio nei degtukų dėžutė, dizainas medicinos reikmėms. Amerikietiškas γ spinduliuotės šaltinis - 3-4 centimetrų skersmens rutulys - yra tokio prietaiso pagrindas, kuriam, beje, skirtingai nei rentgeno aparatui, nereikia didelių gabaritų aukštos įtampos įrangos - transformatorių. , lygintuvai, stiprintuvai ir kt. Minkštosios γ spinduliuotės šaltinis su 241 Am naudojamas tiriant skydliaukės ligas. Skydliaukėje esantis stabilus jodas pradeda skleisti silpnus rentgeno spindulius, kai yra veikiamas gama spindulių. Jo intensyvumas yra proporcingas jodo koncentracijai tiriamame taške.
Įrenginiai su 241 Am. Visų pirma, tokie prietaisai naudojami nuolatiniam plieno (nuo 0,5 iki 3 mm) ir aliuminio (iki 50 mm) juostos, taip pat lakštinio stiklo storio matavimui. Įranga su 241 Am naudojama elektrostatiniams krūviams pašalinti pramonėje iš plastikų, sintetinių plėvelių ir popieriaus. Jis randamas dūmų detektorių viduje (~0,26 mikrogramai viename detektoriuje).
241 Am ir 9 Be mišinys yra neutronų šaltinis nustatant defektus. 241 Am dabar gaunamas pramoniniais kiekiais iš 241 Pu skilimo:
241 Pu → (13,2 metų, β-skilimas) → 241 Am.
Kadangi 241 Pu paprastai yra naujai iškasamame ginklų klasės plutonyje, 241 Am
Medžiagoje kaupiasi irstant 241 Pu. Dėl šios priežasties jis vaidina svarbų vaidmenį senstant ginklams. Šviežiai pagamintame ginklų klasės plutonio sudėtyje yra 0,5-1,0% 241 Pu, reaktoriaus plutonio sudėtyje yra nuo 5-15% iki 25% 241 Pu. Po kelių dešimtmečių beveik visas 241 Pu suirs į 241 Am. 241 Am α skilimo energija ir santykinai trumpas tarnavimo laikas sukuria didelį specifinį radioaktyvumą ir šiluminę išeigą. Didžioji dalis senų ginklų klasės plutonio α ir γ aktyvumo atsiranda dėl 241 Am.
Manoma, kad pritaikymą ras ir trumpesnio gyvenimo (152 m.) izotopas – 242 Am, pasižymintis itin dideliu terminiu neutronų gaudymo skerspjūviu – apie 6000 barnų.
Į aplinką patenkančio americio šaltiniai yra branduolinių ginklų bandymai, atominės elektrinės ir avarijos radionuklido gamybos ir naudojimo metu. Pasaulinio americio kiekis aplinkoje nuolat didėja dėl skilimo 241 Pu.
Dirbant su radioaktyviais americio izotopais, būtina laikytis sanitarinių taisyklių ir radiacinės saugos standartų, naudojant specialias apsaugos priemones pagal darbo klasę.
Esant avariniam americio izotopų antplūdžiui, išskalauti vandeniu nosiaryklę ir burnos ertmę; gydomosios inhaliacijos 5-10% pentacino tirpalu. Skrandžio plovimas, vidurius laisvinantys vaistai, valomosios klizmos. Odos nukenksminimas skalbimo muilu, 5% pentacino tirpalu, Zashchita-7 ir pasta-116.
Americis (atominis numeris 95) yra ketvirtas susintetintas transuraninis elementas (kuris, elemento numeris 96, buvo atrastas prieš kelis mėnesius). Glennas T. Seaborgas, A. Ghiorso, R. Jamesas ir L. Morganas jį identifikavo 1944 m., kai reaktoriuje neutronais apšvitino plutonio izotopus kaip Am-241. Amertį taip pat gavo Seaborg, bombarduodamas Pu-234 alfa dalelėmis.
Americium yra sidabro baltumo metalas, kalus ir kalus. Labiausiai jis panašus į retųjų žemių šeimos metalus. Kambario temperatūroje sausame ore americis lėtai susitepa. Jis turi dvi alotropines formas. Žemoje temperatūroje jis turi dvigubą tankiai supakuotą šešiakampę struktūrą, tankis 13,67, kuri 1074 °C temperatūroje virsta į veidą nukreipta kubine struktūra. Lydymosi temperatūra – 1175 °C.
Americio valentingumas yra 2, 3, 4, 5 ir 6, vandeniniuose rūgščių tirpaluose su šiais katijonais: Am3+, Am4+; aukštesnėse oksidacijos būsenose americis yra katijono dalis deguonies turinčio „ilo“ jono pavidalu: (AmO 2) +, jei americis yra penkiavalentis, ir (AmO 2) +2, jei jis yra šešiavalentis. Trivalentis americis dažniausiai būna vandeniniuose tirpaluose ir jo būsena labai panaši į kitų aktinidų ir lantanido elementų. Tetravalentinis americis žinomas tik kietas. Americis reaguoja su deguonimi, sudarydamas AmO 2 dioksidą ir su vandeniliu, kad susidarytų hidridas AmH 2 . Americio dioksidas gaunamas kalcinuojant daugumą trivalenčių junginių. AmF4 gaunamas fluorinant dioksidą arba trifluoridą.
Penkialentis americis turi vieną labai įdomią cheminę savybę – gebėjimą neproporcingai. Tai reiškia, kad cheminei sąveikai rūgštiniuose tirpaluose nereikia reagentų partnerių. Redokso reakcija vyksta tarp penkiavalenčių americio jonų: vienas iš jų prideda du elektronus, apmokestindamas du kaimynus. Sistemoje atsiranda americio (III) jonas ir du americio (VI) jonai. Šio neįprasto reiškinio priežastimi laikomas nenormalus Am (III) – Am (VI) ir Am (III) – Am (V) porų redokso potencialų skirtumas. Panašiai elgiasi ir tetravalentinis americis.
Ilgiausiai gyvenantis americio izotopas yra Am 243, jis gyvena 8000 metų ir šiuo metu naudojamas radiocheminiams tyrimams bei tolimesnių transuranų, iki fermio, kaupimui.
Paties pirmojo americio izotopo – Am 241 – panaudojimas yra labai įvairus. Šis izotopas irdamas skleidžia alfa daleles ir minkštuosius (60 keV) gama spindulius (kobalto-60 skleidžiamų kietųjų gama spindulių energija yra keli MeV). Apsauga nuo švelnios spinduliuotės Am-241 yra gana paprasta ir nemasyvi: pakanka centimetro švino sluoksnio. Am-241 pusinės eliminacijos laikas yra 433 metai. Pramonė naudoja įvairius prietaisus ir tyrimų instrumentus su americiu-241. Visų pirma, tokie prietaisai naudojami nuolatiniam plieno (nuo 0,5 iki 3 mm) ir aliuminio (iki 50 mm) juostos, taip pat lakštinio stiklo storio matavimui. Įranga su americiu-241 taip pat naudojama elektrostatiniams krūviams pašalinti pramonėje iš plastikų, sintetinių plėvelių ir popieriaus. Jis taip pat randamas kai kurių dūmų detektorių viduje (~0,26 mikrogramai viename detektoriuje).
Am-241 dabar gaminamas pramoniniais kiekiais iš Pu-241 irimo: Pu-241 -> (13,2 metų, beta) -> Am-241.
Kadangi Pu-241 paprastai yra naujai iškastame ginklų klasės plutonyje, Am-241 kaupiasi Pu-241 skilimo medžiagoje. Dėl šios priežasties jis vaidina svarbų vaidmenį senstant ginklams. Šviežiai pagamintame ginklų klasės plutonio sudėtyje yra 0,5-1,0% Pu-241, reaktoriaus plutonio - nuo 5-15% iki 25% Pu-241. Po kelių dešimtmečių beveik visi Pu-241 suirs į Am-241. Am-241 alfa skilimo energija ir santykinai trumpas tarnavimo laikas sukuria didelį specifinį radioaktyvumą ir šiluminę išeigą. Didžioji dalis senų ginklų klasės plutonio alfa ir gama aktyvumo gaunama iš Am-241.
Americium, Americium, Am, atominis skaičius 95, atominis svoris 243. Pavadintas nuo žodžio „Amerika“ (pagal atradimo vietą). G. Seaborgas pavadinimą suteikė atsižvelgdamas į 95 elemento padėtį Mendelejevo periodinės sistemos „aktinidų serijoje“. Elementas 95 natūraliai buvo dedamas po panašiu elementu 63 „lantanido serijoje“. Elementas numeris 63 - europium - gavo savo pavadinimą Europos garbei, elementas numeris 95 buvo pavadintas americium Amerikos garbei. Izotopas 243 Am yra radioaktyvus ir stabiliausias (T = 7370 metų).
Americis yra ketvirtasis susintetintas transurano elementas (kuris, elementas Nr. 96, buvo atrastas prieš kelis mėnesius). G. T. Seaborgas, A. Ghiorso, R. Jamesas ir L. Morganas jį identifikavo 1944 m., kai reaktoriuje plutonio izotopus apšvitino neutronais, kaip 241 Am.
Americį taip pat gavo Seaborg, bombarduodamas 234 Pu α dalelėmis.
Americium / Americium (Am)
Atominis numeris 95
Išvaizda: sidabriškai baltas radioaktyvus metalas
Atominė masė (molinė masė) 243,0614 amu (g/mol)
Atominis spindulys 173 pm
Tankis 13,67 g/cm³
Lydymosi temperatūra 1267 K
Lydymosi šiluma (10,0) kJ/mol
Virimo temperatūra 2 880 K
Garavimo šiluma 238,5 kJ/mol
Molinis tūris 20,8 cm³/mol
Americium yra sidabro baltumo metalas, kalus ir kalus. Labiausiai jis panašus į retųjų žemių šeimos metalus. Kambario temperatūroje sausame ore americis lėtai susitepa. Jis turi dvi alotropines formas. Žemoje temperatūroje jis turi dvigubą tankiai supakuotą šešiakampę struktūrą, tankis 13,67, kuri 1173 °C temperatūroje virsta į veidą nukreipta kubine struktūra.
Santykinis pavojus aplinkai 1,0-1,2. Žemės plutoje yra 0,0003%.
1972 metais buvo susintetinti pirmieji dvivalenčio americio junginiai. Pramoninė americio izotopų gamyba pagrįsta švitinimo neutronais 238 U, 237 Np ir 235 Pu. Norint gauti kai kuriuos americio izotopus, gali būti naudojami atskiri paties elemento izotopai. Taigi, 248 Am ir 243 Am galima gauti apšvitinant 241 Am ir 244 Am gama neutronų spinduliuote. Americio izotopai, kurių masės skaičiai yra 241, 245 ir 246, yra plutonio izotopų, kurių masės skaičius yra toks pat, antriniai produktai. Kai kurie americio izotopai susidaro bandant branduolinį ginklą. 241 Am poreikis yra apie 10 kg per metus.
Labai svarbu, kad kiekvienas iš americio jonų tik jam suteiktų ryškų ir būdingą sugerties spektrą. Tai leidžia efektyviai naudoti spektrofotometrinį metodą, tiriant redokso procesus, vykstančius su americio jonais tirpaluose. Ir tai svarbu ne tik transurano elementų chemijai, bet ir apskritai redokso reakcijų mechanizmui suprasti. Tai turėtų būti laikoma vienu iš svarbių dirbtinio elemento americio praktinių pritaikymų.
241 Am naudojamas įvairiuose prietaisuose (trūkumo detektoriuose, tankio matuokliuose, storio matuokliuose ir kt.) kaip minkštųjų γ kvantų šaltinis; gaminant mažos šiluminės galios energijos šaltinius, taip pat α spinduliuotės šaltinius, naudojamus statiniams krūviams pašalinti; analizuojant sužadinti rentgeno fluorescenciją. Kurio-242 izotopui gauti svarbu naudoti 241 Am.
Ilgiausiai gyvenantis americio izotopas yra 243 Am, jis gyvena 7400 metų ir šiuo metu naudojamas radiocheminiams tyrimams bei tolimesnių transuranų, iki fermio, kaupimui. Izotopas 241 Am naudojamas labai įvairiai (pusėjimo laikas 433 metai).
Šis izotopas irdamas skleidžia α daleles ir minkštuosius (60 keV) γ spindulius (60 Co skleidžiamų kietųjų γ kvantų energija yra keli MeV). Apsauga nuo švelnios spinduliuotės nuo 241 Am yra gana paprasta ir nemasyvi: pakanka centimetro švino sluoksnio. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl atsirado daugybė įrenginių su 241 Am. Visų pirma, buvo pasiūlytas permatomo aparato, šiek tiek didesnio nei degtukų dėžutė, dizainas medicinos reikmėms. Amerikietiškas γ spinduliuotės šaltinis - 3-4 centimetrų skersmens rutulys - yra tokio prietaiso pagrindas, kuriam, beje, skirtingai nei rentgeno aparatui, nereikia didelių gabaritų aukštos įtampos įrangos - transformatorių. , lygintuvai, stiprintuvai ir kt. Minkštosios γ spinduliuotės šaltinis su 241 Am naudojamas tiriant skydliaukės ligas. Skydliaukėje esantis stabilus jodas pradeda skleisti silpnus rentgeno spindulius, kai yra veikiamas gama spindulių. Jo intensyvumas yra proporcingas jodo koncentracijai tiriamame taške.
Įrenginiai su 241 Am. Visų pirma, tokie prietaisai naudojami nuolatiniam plieno (nuo 0,5 iki 3 mm) ir aliuminio (iki 50 mm) juostos, taip pat lakštinio stiklo storio matavimui. Įranga su 241 Am naudojama elektrostatiniams krūviams pašalinti pramonėje iš plastikų, sintetinių plėvelių ir popieriaus. Jis randamas dūmų detektorių viduje (~0,26 mikrogramai viename detektoriuje).
241 Am ir 9 Be mišinys yra neutronų šaltinis nustatant defektus. 241 Am dabar gaunamas pramoniniais kiekiais iš 241 Pu skilimo:
241 Pu → (13,2 metų, β-skilimas) → 241 Am.
Kadangi 241 Pu paprastai yra naujai iškasamame ginklų klasės plutonyje, 241 Am
Medžiagoje kaupiasi irstant 241 Pu. Dėl šios priežasties jis vaidina svarbų vaidmenį senstant ginklams. Šviežiai pagamintame ginklų klasės plutonio sudėtyje yra 0,5-1,0% 241 Pu, reaktoriaus plutonio sudėtyje yra nuo 5-15% iki 25% 241 Pu. Po kelių dešimtmečių beveik visas 241 Pu suirs į 241 Am. 241 Am α skilimo energija ir santykinai trumpas tarnavimo laikas sukuria didelį specifinį radioaktyvumą ir šiluminę išeigą. Didžioji dalis senų ginklų klasės plutonio α ir γ aktyvumo atsiranda dėl 241 Am.
Manoma, kad pritaikymą ras ir trumpesnio gyvenimo (152 m.) izotopas – 242 Am, pasižymintis itin dideliu terminiu neutronų gaudymo skerspjūviu – apie 6000 barnų.
Į aplinką patenkančio americio šaltiniai yra branduolinių ginklų bandymai, atominės elektrinės ir avarijos radionuklido gamybos ir naudojimo metu. Pasaulinio americio kiekis aplinkoje nuolat didėja dėl skilimo 241 Pu.
Dirbant su radioaktyviais americio izotopais, būtina laikytis sanitarinių taisyklių ir radiacinės saugos standartų, naudojant specialias apsaugos priemones pagal darbo klasę.
Esant avariniam americio izotopų antplūdžiui, išskalauti vandeniu nosiaryklę ir burnos ertmę; gydomosios inhaliacijos 5-10% pentacino tirpalu. Skrandžio plovimas, vidurius laisvinantys vaistai, valomosios klizmos. Odos nukenksminimas skalbimo muilu, 5% pentacino tirpalu, Zashchita-7 ir pasta-116.
Pirmiausia keli žodžiai apie vieną maloniausių mokslo paradoksų. Taip nutinka gana dažnai: tyrėjo bandymai įveikti eksperimentinius sunkumus veda prie rezultatų, kurie yra daug svarbesni nei pradinės problemos sprendimas.
Aktinidų teorijos gimimas
1944 m Baigti darbai, susiję su elemento Nr.94 – plutonio – gamyba ir cheminiu izoliavimu. Čikagos universiteto metalurgijos laboratorijos* mokslininkų grupė, vadovaujama Glenno T. Seaborgo (taip pat A. Ghiorso, R. Jamesas ir L. Morganas), perėjo prie šių – transplutonio elementų – paieškos.
* Dabar tai Argonne National Laboratory – vienas iš pirmaujančių JAV tyrimų centrų branduolinės fizikos srityje.
Norint juos gauti, plutonio mėginiai buvo bombarduojami neutronais ir deuteronais, o vėliau, tiriant apšvitintus taikinius, buvo bandoma aptikti naujajam elementui būdingą alfa spinduliuotę. Nauji elementai galėjo ir turėjo susidaryti tiek tiesiogiai plutonio branduoliams sąveikaujant su bombarduojančiu deuteronu (krūvis padidėja vienu), tiek ir per beta skilimą naujiems izotopams, „perkrautiems“ neutronais. Kelios nuoseklios beta versijos transformacijos gali „pastumti į dešinę“ elemento numerį keliais vienetais. Taigi, bombarduodami plutonį neutronais, fizikai rėmėsi beta skilimu kaip priemone tikslui pasiekti. O dėl alfa skilimo – kaip savotiškas indikatorius, nes norint patikimai fiziškai identifikuoti naują izotopo branduolį, reikia žinoti ne tik jo atomo branduolių pusėjimo trukmę, bet ir skleidžiamų alfa dalelių energiją. Radioaktyviojo izotopo atveju tai yra beveik tokia pati individuali charakteristika, kaip ir linijinio elemento rentgeno spindulių spektre.
Dėmesys visų pirma fiziniam naujų elementų identifikavimui daugiausia buvo paaiškintas anomaliomis pirmųjų transuranų cheminėmis savybėmis. Priešingai nei tikėtasi, neptūnas ir plutonis buvo panašesni į uraną nei į renį ir osmį. Bet pagal periodinės sistemos logiką (kaip tuo metu atrodė) elementai Nr.93 ir 94 turėjo užimti VII ir VIII grupėse.
Tačiau dar XX amžiaus dešimtmetyje didysis danas Nielsas Bohras pasiūlė, kad septintajame periodinės lentelės periode turėtų būti elementų grupė su labai panašiomis savybėmis, panašiai kaip lantanidų grupė šeštajame periode. Bet kur, nuo kokio elemento prasidės antrasis periodinės sistemos „tarpperiodinis mazgas“ - nei Bohr, nei Seaborg - niekas to nežinojo.
Sprendžiant iš neptūno ir plutonio savybių, buvo manoma, kad, matyt, ši grupė prasideda nuo urano. Jos nariams uranidams būdingiausias valentingumas yra 6+. Būtent šis valentingumas dažniausiai buvo eksponuojamas elementuose Nr. 93 ir 94. Ir jei taip, tai naujasis elementas Nr. 95 turėtų būti šešiavalentis. Vadinasi, atskirti jį nuo plutonio masės cheminiais metodais bus itin sunku ir nėra vilties cheminiu būdu identifikuoti. Turime ieškoti naujo alfa skleidėjo plutonio frakcijoje ir bent iš pradžių tenkintis fiziniu identifikavimu.
Šiuo ar maždaug tuo pačiu samprotavimu pagrįsti eksperimentai vyksta jau keletą mėnesių, tačiau plutonio frakcijoje naujų alfa skleidėjų neaptikta. 1944 m. liepos mėn. buvo nuspręsta panaudoti dar vieną branduolinę reakciją – plutonio bombardavimą helio branduoliais, siekiant „peržengti“ sugedusį elementą Nr. 95: gal 96 būtų lengviau pasiekiamas. Taip vėliau paaiškėjo. Kuris išties buvo atrastas kiek anksčiau nei americis, tačiau atrasti abu naujus elementus padėjo ne naujas fizikinis požiūris, o nauja Seaborgo suformuluota radiocheminė koncepcija, kuri iš pradžių atrodė prieštaraujanti sveikam protui.
Mąstydamas apie antrąjį periodinės lentelės tarpperiodinį mazgą, Seaborg negalėjo neanalizuoti pirmojo konstravimo logikos. Šeštajame laikotarpyje šis mazgas prasideda lantanu – iš čia pradedama statyti priešpaskutinė, 4 f- elektroninis subshell. Septintajame periode lantano analogas yra elementas Nr.89, aktinis. Jei elementai, einantys po aktinio, turi „papildomų“ elektronų, jie pateks į priešpaskutinį apvalkalą f (5f), tada šie elementai sudaro aktinidų seriją ir visiems jiems, kaip ir retųjų žemių elementams bei aktiniui, būdingas valentingumas bus 3+.
Tačiau šiai konstrukcijai prieštaravo beveik visi žinomi eksperimentiniai faktai, o faktai yra užsispyrę dalykai, nors su jais galima ginčytis interpretuojant juos kitaip nei buvo daroma anksčiau.
Pirmasis iš siūlomų aktinidų yra toris, paprastai keturiavalentis elementas. Tačiau pirmojo lantanido, cerio, valentingumas dažniau yra 4+ nei 3+. Kitam elementui, protaktinumui, žinomi junginiai, kuriuose jis yra tetra- arba penkiavalentis. Uranas, neptulis ir plutonis dažniausiai pasižymi 6+ valentingumu, tačiau jiems žinomos ir kitos valentinės būsenos – 5+, 4+, 3+! Šis „trejetas“ ne visada pastebimas, tačiau jo negalima ignoruoti.
Už akivaizdžių eksperimentinių faktų „medžių“ Seaborgas įžvelgė naujos teorinės koncepcijos „mišką“, o nesėkmingi bandymai atrasti elementą Nr. 95 paskatino sukurti aktinidų hipotezę (vėliau teoriją), suvaidinusią svarbų vaidmenį. moksle apie transuranus.
Po daugelio metų populiarioje knygoje „Visatos elementai“ Seaborg aprašys šios istorijos pabaigą ir apibendrins:
„Pataisytoje periodinėje lentelėje sunkiausi elementai sudaro antrąją „retųjų žemių“ eilutę, o šie sunkiausi elementai – jiems buvo pasiūlytas pavadinimas „aktinidai“ – buvo sudėti į specialią eilutę, kaip ir jau žinoma retų žemių serija. žemių lantanidai... Naujos koncepcijos požiūriu 95-asis ir 96-asis elementai turėtų turėti nemažai aktinidams būdingų savybių ir kai kurių savybių, kurios daro juos panašius į retųjų žemių „brolius“ – europį ir gadolinį. Kai tik buvo atlikti eksperimentai remiantis šia nauja koncepcija, elementai Nr. 95 ir 96 buvo nedelsiant atrasti, tai yra chemiškai identifikuoti. Americium, elementas 95, buvo pavadintas Amerikos vardu, kaip ir jo retųjų žemių brolis europis buvo pavadintas Europos vardu...“
Reikia pridurti, kad abu nauji elementai buvo išgauti iš plutonio tirpalo retųjų žemių nešikliais, kad abiejų šių elementų valentingumas buvo 3+, o klasikinė americio gavimo schema atrodo taip:
239 94 Pu + 1 0 n–(γ)→ 240 94 Pu + 1 0 n–(γ, β –)→ 241 95 Am.
"Pragaras" ir "delyras"
Apšvitinus americį-241 neutronais, susidaro izotopas kuršis-242 (dėl americio-242 beta skilimo). Beveik neįmanoma neutronų dozuoti taip, kad susidarytų tik vienas naujas elementas - Nr.95. Iš čia ir neišvengiama elementų Nr. 95 ir 96 atskyrimo problemos. Jie, visiškai atitinkantys Seaborgo aktinidų koncepciją, pasirodė esą labai panašūs savo cheminėmis savybėmis. O su retųjų žemių metalais panašumas buvo toks didelis, kad ilgą laiką nešėjų ir naujų elementų atskyrimas atrodė neišsprendžiama problema.
Daugiau nei šeši mėnesiai buvo praleisti nesėkmingai bandant atskirti americiumą ir kuriumą. Natūralu, kad visą šį laiką jau atrasti elementai liko bevardžiai – minėti pavadinimai atsirado vėliau. Kažkas iš Seaborgo darbuotojų (neabejotinai chemikas, o ne fizikas) pasiūlė juos pavadinti pandemonium ir delirum, kurie lotyniškai reiškia „pragaras“ ir „delyras“.
Tačiau anksčiau ar vėliau nesąmonės ir pragaras turėjo baigtis. 1945 metų pradžioje laboratorija įsisavino jonų mainų chromatografijos metodą, o nauji elementai buvo atskirti naudojant katijoninę dervą Dauex-50. Kaip eliuentas buvo naudojamas amonio alfa-hidroksiizobutiratas, kuris turėjo didžiausią selektyvumą šiai sistemai – skystis, kuris paeiliui nuplauna panašių elementų kompleksus.
Tuo pačiu metu pirmą kartą buvo nustatytas americio-241 pusinės eliminacijos laikas. Buvo nustatyta, kad pusė jo branduolių suyra per 498 metus. Vėlesni matavimai šią charakteristiką išaiškino – 458 metai.
Elemento Nr.95 cheminių savybių tyrimą apsunkino didelis specifinis americio-241 aktyvumas. Tirpale vyko radiolizė, vieni junginiai virto kitais; priešingai nei norėjo eksperimentuotojai, keitėsi reakcijų greičiai ir net kryptys... Šiuolaikinei radiochemijai tai gana įprasta, kaip ir darbas su medžiagų mikrokiekiais. Tačiau tais laikais tai buvo gana rimta problema.
Pirmasis gryno americio preparatas, kurį 1945 m. rugsėjį gavo B. Cunnigham ir L. Asprey, svėrė 20 mikrogramų. Norint juos gauti, reikėjo atlikti 29 atskyrimo operacijas. Po šešių mėnesių buvo apdorota 200 litrų plutonio gamybos atliekų tirpalų, iš kurių išskirta pirmoji radiochemiškai didelė americio-241 porcija – 10 mg. Paaiškėjo, kad to pakako, kad būtų atliktas visas naujojo elemento fizikinių ir cheminių tyrimų ciklas.
Ką radiochemikai šiandien žino apie elementą Nr.95? Visų pirma, jo pavyzdys aiškiai parodo, kad bendrieji modeliai ne visada yra absoliutūs. Šis mokslo dėsnis ypač tinka dirbant su radioaktyviais cheminiais objektais.
Įvairiose valstybėse
Jau buvo minėta, kad paprastai americio valentingumas yra 3+. Tačiau radiochemikai dažniausiai mieliau kalba ne apie valentingumą, o apie „oksidacijos būseną“ ir žymi ją romėniškais skaitmenimis. Pasinaudokime šia galimybe: tai padės išvengti pasikartojimo, o praktikoje šios sąvokos yra labai artimos.
Oksidacijos būsenoje (III) americis sudaro gana daug junginių - tiek įprastų, tiek sudėtingų. Tačiau oksiduojančioje aplinkoje americis(III) gana lengvai atiduoda dar vieną, du ar tris elektronus – tris lengviau nei vieną ar du. Norint gauti americį (VI) iš americio (III), pakanka šiek tiek pakaitinti pradinį junginį su amonio persulfatu šiek tiek rūgščioje aplinkoje (dažniausiai 0,01 molio azoto rūgšties tirpale). Perėjimas Am (III) – Am (VI) įvyksta iš karto, apeinant tarpinius oksidacijos etapus. Šios poros redokso potencialas yra šiek tiek mažesnis nei Am (III) – Am (V) poros, todėl trivalentį amerikį lengviau oksiduoti iki šešiavalenčio nei iki penkiavalenčio. Pastarasis gaunamas tik tais atvejais, kai susidaręs americio (V) junginys iš karto pašalinamas iš reaguojančios sistemos, pavyzdžiui, nusėda. Taigi, jei oksidacijos procesas vyksta kalio karbonato aplinkoje, susidaro blogai tirpi dviguba penkiavalenčio americio KAmO 2 CO 3 druska.
Atkreipkite dėmesį, kad aukštesnėse oksidacijos būsenose (V) ir (VI) americis yra tos pačios formos deguonies turinčio „dumblo“ jonų katijono dalis, kaip ir uranas, neptulis ir plutonis. Americis turi du „sil“ jonus: (AmO 2) +, kai americis yra penkiavalentis, ir (AmO 2) 2+, kai jo valentingumas yra šeši.
Penkialentis americis turi vieną labai įdomią cheminę savybę – gebėjimą neproporcingai. Tai reiškia, kad cheminei sąveikai rūgštiniuose tirpaluose nereikia reagentų partnerių. Redokso reakcija vyksta tarp penkiavalenčių americio jonų: vienas iš jų prideda du elektronus, apmokestindamas du kaimynus. Sistemoje atsiranda americio (III) jonas ir du americio (VI) jonai. Šio neįprasto reiškinio priežastimi laikomas jau minėtas nenormalus Am (III) – Am (VI) ir Am (III) – Am (V) porų redokso potencialų skirtumas.
Panašiai tetravalentinis americis elgiasi ir vandeniniuose tirpaluose, tik kai yra neproporcingas, Am (III) ir Am (VI) santykis yra 2: 1, o ne 1: 2. Nestabilų americį (IV) išlaikyti itin sunku. ) tirpale. Pirmą kartą tai pavyko padaryti radiochemikams iš Los Alamos, L. Asprey ir R. Pennemanui, jau paminėtiems šioje istorijoje. Jie nustatė, kad esant dideliam kiekiui fluoro jonų, americis (IV) sudaro stabilų kompleksą, ir jie jį gavo koncentruotame (13 M) amonio fluorido tirpale.
1972 metais buvo susintetinti pirmieji dvivalenčio americio junginiai.
Labai svarbu, kad kiekvienas iš americio jonų tik jam suteiktų ryškų ir būdingą sugerties spektrą. Tai leidžia labai efektyviai panaudoti spektrofotometrinį metodą, tiriant redokso procesus, vykstančius su americio jonais tirpaluose. Ir tai svarbu ne tik transurano elementų chemijai, bet ir apskritai redokso reakcijų mechanizmui suprasti. Tai turėtų būti laikoma vienu iš svarbių dirbtinio elemento americio praktinių pritaikymų.
Yra ir kitų naudojimo būdų
Dabar tikrai žinoma, kad americis yra sidabro baltumo metalas, kalus ir kalus. Jis labiausiai panašus į retųjų žemių šeimos metalus, tačiau mažai tikėtina, kad praktiškai kada nors bus galima panaudoti americio metalines savybes. Todėl kalbėdami apie elemento Nr.95 panaudojimą, norime to ar nenorime, kalbėsime tik apie atskirus jo izotopus.
Ilgiausiai gyvenantis americio izotopas yra 243 Am, o iš ilgaamžių izotopų jis bene neįdomiausias. Jis gyvena beveik 8000 metų (tiksliau – 7930) ir iki šiol daugiausia naudojamas radiocheminiams tyrimams ir tolimesnio transurano, iki fermio, kaupimui. Taikiniai iš americio-243 buvo panaudoti Dubnoje kai kurių elementų Nr.102, 103 ir 105 izotopų sintezei.
Paties pirmojo americio izotopo – 241 Am – pritaikymas yra daug įvairesnis. Šis izotopas irdamas skleidžia alfa daleles ir minkštus, mažai energijos naudojančius gama spindulius. Jų energija (beje, griežtai pastovi; galime kalbėti apie gama spindulių pluoštą, kurio energija yra monochromatinė) yra tik 60 keV. Kietųjų gama spindulių, pavyzdžiui, skleidžiamų kobalto-60, energija matuojama milijonais elektronų voltų.
Apsauga nuo švelnios americio-241 spinduliuotės yra gana paprasta ir nemasyvi: pakanka centimetro švino sluoksnio. Tai yra viena iš daugelio įrenginių su americiu-241 atsiradimo priežasčių. Visų pirma, buvo pasiūlytas permatomo aparato, šiek tiek didesnio nei degtukų dėžutė, dizainas medicinos reikmėms. Amerikietiškas gama spinduliuotės šaltinis – 3...4 cm skersmens rutulys – yra tokio prietaiso, kuriam, beje, skirtingai nei rentgeno aparatui, nereikia didelių gabaritų aukštos įtampos įrangos, pagrindas – transformatoriai, lygintuvai, stiprintuvai ir kt.
Daktaras P. Hoferis (JAV, Argono nacionalinė ligoninė) skydliaukės ligoms tirti naudojo minkštą gama spinduliuotės šaltinį su americiu-241. Skydliaukėje esantis stabilus jodas pradeda skleisti silpnus rentgeno spindulius, kai yra veikiamas gama spindulių. Jo intensyvumas yra proporcingas jodo koncentracijai tiriamame taške. Šis įrenginys leidžia gauti informaciją apie jodo pasiskirstymą liaukoje, neįvedant radioaktyvaus izotopo į organizmą. Bendra paciento apšvitos dozė yra daug mažesnė nei atliekant radioaktyviojo jodo tyrimą.
Kelių pasaulio šalių pramonė jau įvaldė įvairių valdymo, matavimo ir tyrimo prietaisų su americiu-241 gamybą. Visų pirma, tokie prietaisai naudojami nuolatiniam plieno (nuo 0,5 iki 3 mm) ir aliuminio (iki 50 mm) juostos, taip pat lakštinio stiklo storio matavimui. Įranga su americiu-241 taip pat naudojama elektrostatiniams krūviams pašalinti plastiko, sintetinių plėvelių ir popieriaus pramonėje.
Manoma, kad pritaikymą ras ir trumpesnio gyvenimo (152 m.) izotopas – 242 Am, pasižymintis itin dideliu terminiu neutronų gaudymo skerspjūviu – apie 6000 barnų.
Iš praeities į ateitį
Buvo laikas, kai reikėjo parodyti daug išradingumo, kad americiui būtų bent kiek panaudota. Buvo pasiūlyta, pavyzdžiui, panaudoti švytėjimo lazdelėse gatvių policininkams... Dabar situacija kitokia: izotopiškai gryno americio paklausa, ko gero, net viršija pasiūlą. Atskirų izotopų pavidalu americis yra labai brangus, daug kartų brangesnis už auksą. Remiantis JAV atominės energijos komisijos kainoraščiu, americio-241 gramas vertinamas 150 USD, tačiau jis yra pats prieinamiausias iš elemento Nr. 95 izotopų.
Tačiau vystantis branduolinei technologijai, americis turėtų atpigti. Skaičiuojama, kad iki 1980 metų JAV kasmet gaus apie 200 kg americio, o pagrindinių elemento Nr.95 izotopų kaina sumažės iki 20...50 dolerių už gramą.
Mes taip išsamiai kalbėjome apie praktinę americio – vieno iš dirbtinių transurano elementų – naudą, siekdami parodyti, kad transurano tyrimai, kurie paprastai atrodo kaip mokslas mokslui, gali ir turėtų turėti, L.A. Chugajevas, jo praktinis atitikmuo.
