Americi

Americi, 95Am
Quang phổ vạch của americi
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Americi, Am
Phiên âm	/ˌæməˈrɪsiəm/ (AM-ə-RIS-ee-əm)
Hình dạng	Ánh kim trắng bạc
Americi trong bảng tuần hoàn
Eu ↑ Am ↓ (Uqp) Plutoni ← Americi → Curi
Số nguyên tử (Z)	95
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	(243)
Phân loại	họ actini
Nhóm, phân lớp	3, f
Chu kỳ	Chu kỳ 7
Cấu hình electron	[Rn] 5f^7 7s^2
mỗi lớp	2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1449 K ​(1176 °C, ​2149 °F)
Nhiệt độ sôi	2880 K ​(2607 °C, ​4725 °F)
Mật độ	12 g·cm^−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Nhiệt lượng nóng chảy	14.39 kJ·mol^−1
Nhiệt dung	62.7 J·mol^−1·K^−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1239 1356
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	7, 6, 5, 4, 3, 2 ​Oxit lưỡng tính
Độ âm điện	1.3 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 578 kJ·mol^−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 173 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	180±6 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lục phương
Độ dẫn nhiệt	10 W·m^−1·K^−1
Điện trở suất	0.69[1] µ Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ
Độ cảm từ (χmol)	1000,0×10^−6 cm^3/mol[2]
Số đăng ký CAS	7440-35-9
Lịch sử
Đặt tên	Theo tên Châu Mỹ
Phát hiện	Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Leon O. Morgan, Albert Ghiorso (1944)
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Americi
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP ^241Am Tổng hợp 432,2 năm SF - - α 5.486 ^237Np ^242mAm Tổng hợp 141 năm IT 0.049 ^242Am α 5.637 ^238Np SF - - ^243Am Tổng hợp 7370 năm SF - - α 5.275 ^239Np

Americi là một nguyên tố tổng hợp có ký hiệu Am và số nguyên tử 95. Một nguyên tố kim loại phóng xạ, americi là một actinide đã được Glenn T. Seaborg tách vào năm 1944, ông đã bắn phá plutoni bằng các neutron và là nguyên tố siêu Urani thứ tư được phát hiện. Nó được đặt tên theo Châu Mỹ (America) tương tự như Europi.^[3] Americi được sử dụng rộng rãi trong các máy dò khói buồng ion hóa thương mại, cũng như trong các nguồn neutron và đồng hồ đo công nghiệp.

Americi là một kim loại phóng xạ tương đối mềm có màu bạc. Các đồng vị phổ biến nhất của nó là ²⁴¹Am và ²⁴³Am. Ở dạng hợp chất, nó thường được cho là có trạng thái oxy hóa +3, đặc biệt trong các dung dịch. Có 7 trạng thái oxy hóa khác đã được phát hiện, thay đổi từ +2 đến +7 và có thể nhận dạng được thông qua các tính chất hấp thụ quang phổ của chúng. Ô mạng tinh thể của americi rắn các của các hợp chất của nó chứa các khuyết tật bên trong, chúng được sinh ra bởi các hạt alpha tự phóng xạ và tích tụ theo thời gian; điều này tạo ra một khoảng trống của một số tính chất vật liệu.

Tổng hợp và chiết tách

Tổng hợp hạt nhân đồng vị

Chromatographic elution curves revealing the similarity between the lanthanides Tb, Gd, and Eu and the corresponding actinides Bk, Cm, and Am.

Americi đã được tạo ra với số lượng nhỏ trong các lò phản ứng hạt nhân trong vài thập niên, và hiện đã có vài kilogram các đồng vị ²⁴¹Am và ²⁴³Am.^[4] Tuy nhiên, kể từ khi nó được chào bán đầu tiên năm 1962, giá của nó vào khoảng 1.500 USD một gram ²⁴¹Am, vẫn hầu như không đổi mặc dù quy trình chiết tách rất phức tạp.^[5] Đồng vị nặng hơn là ²⁴³Am đã được sản xuất với sản lượng nhỏ hơn nhiều do nó rất khó tách nên giá của nó cao hơn vào khoảng 100–160 USD/mg.^[6][7]

Americi không được tổng hợp trực tiếp từ urani – một nguyên liệu phổ biến trong các lò phản ứng hạt nhân - nhưng nó được tổng hợp từ đồng vị plutoni ²³⁹Pu. Đồng vị Pu cần được tạo ra trước theo phản ứng sau:

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

Việc bắt giữa 2 neutron bằng ²³⁹Pu (a so-called (n,γ) reaction), theo sau là phân rã β, tạo ra ²⁴¹Am:

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

Plutoni có mặt trong các nguyên liệu hạt nhân đã qua sử dụng khoảng 12% ²⁴¹Pu. Do nó liên tục phân hạch thành ²⁴¹Am, ²⁴¹Pu có thể được tách ra và có thể được sử dụng để tạo ra ²⁴¹Am.^[5] Tuy nhiên, quá trình này diễn ra khá chậm: phân nửa lượng ²⁴¹Pu ban đầu phân rã thành ²⁴¹Am sau khoảng 15 năm, và một lượng ²⁴¹Am sẽ tạo ra tối đa sau 70 năm.^[8]

²⁴¹Am được tạo ra có thể được sử dụng để tiếp tục tạo ra các đồng vị americi nặng hơn bằng cách bắt neutron tiếp theo trong lò phản ứng hạt nhân. Trong lò phản ứng nước nhẹ (LWR), 79% ²⁴¹Am chuyển thành ²⁴²Am và 10% thành đồng phân hạt nhân của nó ^242mAm:^{[note 1][9]}

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

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

Americi-242 có chu kỳ bán rã chỉ 16 giờ, tức sau đó nó tiếp tục biến đổi thành ²⁴³Am, một đồng vị không có ích. Đồng vị sau được tạo ra thay vì trong quá trình mà ²³⁹Pu bắt 4 neutron trong luồng neutron cao:

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

Xuất hiện

Americi được phát hiện trong vụ thử hạt nhân Ivy Mike.

Đồng vị phổ biến nhất và tồn tại lâu nhất của americi, ²⁴¹Am và ²⁴³Am, có chu kỳ bán rã 432,2 và 7.370 năm. Tuy vậy, bất kỳ primordial americi (americi có mặt trên trái đất khi chúng hình thành) hiện đã phân rã hết.

Americi hiện hữu tập trung ở những khu vực thử các vũ khí hạt nhân trong khí quyển đã diễn ra trong khoảng thời gian 1945 đến 1980, cũng như tại các vị trí xảy ra sự cố hạt nhân như thảm họa Chernobyl. Ví dụ như, khi phân tích các mảnh vụn ở vị trí thử bom hydro đầu tiên của Mỹ Ivy Mike, (1 tháng 11 năm 1952, Enewetak Atoll), thì có nồng độ cao các nguyên tố nhóm actini bao gồm cả americi; nhưng do bí mật quân sự, kết quả này chỉ được công bố từ năm 1956.^[10] Trinitit, mảnh vỡ thủy tin trên hoang mạc gần Alamogordo, New Mexico, sau vụ thử Trinity gốc plutoni vào 16 tháng 7 năm 1945, chứa vết của americi-241. Americi ở các độ cao cũng được phát hiện từ vị trí rơi máy bay ném bom Boeing B-52 của mỹ, máy bay này đã chở 4 quả bom hydro rơi tại Greenland năm 1968.^[11]

Ở những khi vực khác, lượng phóng xạ trong bình americi trong đất mặt khoảng 0,01 picocuries/g (0.37 mBq/g). Các hợp chất americi trong khí quyển có khả năng tan kém trong các dung môi phổ biến và hầu hết tồn đọng trong đất. Phân tích đất cát cho giá trị americi cao hơn 1.900 lần hàm lượng tồn tại trong nước lỗ rỗng; và thậm chí có tỉ lệ cao hơn khi đo đạc trong đất bột.^[12]

Americi được tạo ra chủ yếu từ quá trình nhân tạo rất ít chủ yếu dùng cho nghiên cứu. Một tấn nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng chứa khoảng 100 gram của nhiều đồng vị americi, chủ yếu là ²⁴¹Am và ²⁴³Am.^[13] Hoạt tính phóng xạ dài của nó là không mong đợi trong việc đổ thải, và do đó, ngoài americi cùng với các actini tồn tại lâu dài khác phải được trung hòa. Quá trình xử lý này có thể trải qua nhiều bước, trước tiên americi phải được tách ra và sau đó được chuyên hóa bằng cách bắn phá neutron trong các lò phản ứng đặc biệt tạo thành các hạt nhân có thời gian tồn tại ngắn. Quá trình này được gọi là nuclear transmutation, nhưng nó vẫn đang được phát triển cho americi.^[14][15] Các nguyên tố transurani từ americi đến fermi xuất hiện một cách tự nhiên trong các lò phản ứng phân hạch tự nhiên trong tự nhiên ở Oklo, nhưng không còn làm như vậy nữa.^[16]

Chú thích

1. The "metastable" state is marked by the letter m.

Tham khảo

1. Muller, W.; Schenkel, R.; Schmidt, H. E.; Spirlet, J. C.; McElroy, D. L.; Hall, R. O. A.; Mortimer, M. J. (1978). “The electrical resistivity and specific heat of americium metal”. Journal of Low Temperature Physics. 30 (5–6): 561. doi:10.1007/BF00116197.
2. Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. tr. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
3. Seaborg, Glenn T. (1946). “The Transuranium Elements”. Science. 104 (2704): 379–386. doi:10.1126/science.104.2704.379. PMID 17842184.
4. Greenwood, p. 1262
5. ^ Smoke detectors and americium Lưu trữ 2008-12-24 tại Wayback Machine, World Nuclear Association, January 2009, Retrieved ngày 28 tháng 11 năm 2010
6. Hammond C. R. "The elements" in Lide, D. R. biên tập (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản thứ 86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
7. Emeléus, H. J. Advances in inorganic chemistry, Academic Press, 1987, ISBN 0-12-023631-1 p. 2
8. BREDL Southern Anti-Plutonium Campaign, Blue Ridge Environmental Defense League, Retrieved ngày 28 tháng 11 năm 2010
9. Sasahara, A. (2004). “Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO₂ and MOX Spent Fuels”. Journal of Nuclear Science and Technology. 41 (4): 448–456. doi:10.3327/jnst.41.448. Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 11 năm 2010. Truy cập ngày 7 tháng 2 năm 2013. article/200410/000020041004A0333355.php Abstract Lưu trữ 2010-11-24 tại Wayback Machine
10. Fields, P. R.; Studier, M. H.; Diamond, H.; và đồng nghiệp (1956). “Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris”. Physical Review. 102 (1): 180–182. Bibcode:1956PhRv..102..180F. doi:10.1103/PhysRev.102.180.
11. Eriksson, Mats (tháng 4 năm 2002). On Weapons Plutonium in the Arctic Environment (PDF). Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark: Lund University. tr. 28. Lưu trữ (PDF) bản gốc ngày 18 tháng 12 năm 2008. Truy cập ngày 15 tháng 11 năm 2008.
12. Human Health Fact Sheet on Americium Lưu trữ 2011-07-16 tại Wayback Machine, Los Alamos National Laboratory, Retrieved ngày 28 tháng 11 năm 2010
13. Hoffmann, Klaus Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente (Can you make gold? Crooks, clowns and scholars. From the history of the chemical elements), Urania-Verlag, Leipzig, Jena, Berlin 1979, no ISBN, p. 233
14. Baetslé, L. Application of Partitioning/Transmutation of Radioactive Materials in Radioactive Waste Management Lưu trữ 2005-04-26 tại Wayback Machine, Nuclear Research Centre of Belgium Sck/Cen, Mol, Belgium, September 2001, Retrieved ngày 28 tháng 11 năm 2010
15. Fioni, Gabriele; Cribier, Michel and Marie, Frédéric Can the minor actinide, americium-241, be transmuted by thermal neutrons? Lưu trữ 2007-11-11 tại Wayback Machine, Department of Astrophysics, CEA/Saclay, Retrieved ngày 28 tháng 11 năm 2010
16. Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements . New York, NY: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.