Прометій

Прометій (Pm)
Атомний номер 61
Зовнішній вигляд простої речовини метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 144,9127 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 185(205) пм
Енергія іонізації (перший електрон) 536,0(5,56) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f5 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 199 пм
Радіус іона (+3e)97,9 пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,13
Електродний потенціал Pm←Pm3+ -2,29В
Ступені окиснення 3
Термодинамічні властивості
Густина 7,2 г/см³
Молярна теплоємність 0,185 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 17,9 Вт/(м·К)
Температура плавлення 1441 К
Теплота плавлення n/a кДж/моль
Температура кипіння 3000 К
Теплота випаровування n/a кДж/моль
Молярний об'єм n/a см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки Å
Відношення с/а n/a
Температура Дебая n/a К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
CMNS: Прометій у Вікісховищі

Прометій (англ. promethium, нім. Promethium n) — радіоактивний хімічний елемент. Символ Pm, ат. н. 61; ат. м. 145,0. Назва походить від імені міфічного героя Прометея, який викрав у Зевса вогонь і передав його людям.

Належить до лантаноїдів і є єдиним радіоактивним елементом серед них. Вперше виділений американськими вченими Дж. Марінським, Л. Гленденіном і Ч. Коріеллом у 1945 р. із суміші радіоактивних ізотопів інших хімічних елементів, які виникають у ядерному реакторі.

У вільному стані прометій являє собою метал білого кольору з густиною 7260 кг/м³. Кристалічна ґратка гексагональна. tпл = 1170 °С; t кип = 3000 °С. За хімічними властивостями поводить себе як типовий лантаноїд. Використовується в люмінофорах (світність — декілька років), у мініатюрних атомних батарейках. Присутній у природних уранових рудах. Одержують з продуктів поділу 235U при роботі ядерних реакторів, для чого використовують методи йонообмінної хроматографії.

Історія

У 1902 році чеський хімік Богуслав Браунер уточнив структуру періодичної системи хімічних елементів в області лантаноїдів, і передбачив існування ще одного елементу між неодимом і самарієм, а у 1914 році Генрі Мозлі відкрив емпіричну закономірність, що була пізніше названа законом Мозлі, що пов'язувала спектри характеристичного випромінювання елементів і їх атомний номер, завдяки чому стало можливо точно встановити місцерозташування ще не відкритих елементів[1], в тому числі і 61-го.

З початку 20 століття було кілька не підтверджених повідомлень про відкриття елементу номер 61[2]. У 1924 про це заявили італійські хіміки Луїджі Ролла і Лоренцо Фернандес, давши елементу назву флоренцій, на честь міста у якому вони працювали. У 1926 — Б. Сміт Хопкінс і Йєн Інтіма (запропонована назва — ілліній, на честь Іллінойса)[3].

У 1934 році було відкрито правило ізобар[en], з якого стало зрозуміло, що елемент 61, ймовірно, не має стабільних ізотопів, тому у 1938 Лоуренс Квілл і його команда спробували на циклотроні опромінити неодим ядрами дейтерію. Вони запропонували назву — циклоній для нового елементу, проте також не змогли підтвердити його утворення. У 1942 році Чень Шунь Ву, Еміліо Сегре і Ганс Бете, можливо, отримали елемент 61 бомбардуючи ніобій і празеодим нейтронами, проте також не змогли показати присутність нового елементу у своїх зразках.

Прометій вперше виділений американськими вченими з Національної лабораторії Ок-Ридж (Теннессі, США) Дж. Марінським, Л. Гленденіном і Ч. Коріеллом у 1945 р. із суміші радіоактивних ізотопів продуктів розщеплення урану, які виникають у ядерному реакторі. Через військові дії у цей час, відкриття опубліковане лише у 1947 році[4]. Хімічне розділення було проведено методами іонообмінної хроматографії. Деякий час новий елемент носив назву "клінтоній" (лабораторія Ок-Ридж у той час входила до складу Клінтонського інженерного заводу — підрозділу Мангеттенського проєкту, що займався збагаченням урану, і був названий на честь містечка Клінтон, що знаходилося наподалік), проте пізніше була затверджена назва "прометій", на честь Прометея. Назва відсилала до надзвичайних труднощів, через які пройшли дослідники заради отримання елементу[5].

У 1963 році Фрітц Вайгель вперше отримав металічний прометій нагріванням флюориду прометію (ІІІ) PmF3 з літієм у танталовому тиглі[6]

Хімічні властивості

На повітрі Прометій швидко окиснюється, проте з водою реагує повільно. У сполуках проявляє ступінь окиснення +3 ([Xe] 4f4). При цьому віддає обидва 6s електрони та один 4f електрон. Розчини солей мають фіолетове забарвлення із рожевим відтінком. Оксалат, карбонат та фторид прометію важкорозчинні у воді солі.

Знаходження в природі

Прометій постійно утворюється на Землі під час розпаду деяких реакцій:

  • α-розпад європію-151, що становить близько половини природного європію (період напіврозпаду близько 5×1018 років)[7]
  • Спонтанний поділ урану. Експерименти показали, що концентрація прометію у урановій руді уранініті становить близько 10-18[8].

В кожен момент часу в земній корі знаходиться близько 560 грамів прометію.

Також відомі зірки, у спектрі яких знайдено лінії прометію: зоря Пшибильського, HD 965 і, можливо, HR 465. Механізм утворення такого важкого елементу у верхніх шарах атмосфери зірки наразі не зрозумілий. Існує кілька гіпотез: спалах наднової, що відбувся неподалік від них, непомітний супутник-нейтронна зоря. Згідно зі значно більш екзотичною гіпотезою, прометій потрапляє на поверхню зірки разом з радіоактивними відходами, що скидає на її поверхню деяка розвинена цивілізація[9].

Отримання

Прометій-147 є найбільш широко використовуваним ізотопом. Він активно утворюється при опроміненні урану-235 тепловими нейтронами, в результаті чого утворюється ядро урану-236, яке, в свою чергу, у 85% випадків швидко розпадається через поділ[10]. При цьому утворюються різноманітні ядра, в тому числі церій-147, лантан-147, барій-147 і інші з цим масовим числом. Усі ці ізотопи проходять через ряд бета-розпадів, і перетворюються на прометій-147[11]. Загалом цей ізотоп утворюється у 2,25% розпадів[12].

Іншим способом є поділ ядра урану-238, індукований швидкими нейтронами, або опромінення неодиму-146 тепловими нейтронами, в результаті чого утворюється неодим-147, що через бета-розпад перетворюється на прометій-147[13].

Для відділення прометію від інших лантаноїдів використовують методи іонообмінної хроматографії, в якості елюента використовуючи 5% розчин цитрату амонію[14].

Ізотопи

Відомо 44 ізотопів з масовими числами 128—159 (12 з них — метастабільні)[15].

Найстабільнішим є ізотоп прометію — 145Pm з періодом напіврозпаду 17,7 років, за ним слідує 146Pm з періодом напіврозпаду 5,53 роки та 147Pm з періодом напіврозпаду 2,62 роки. 147Pm часто використовують для проведення досліджень оскільки його є найбільше у продуктах розпаду.

Застосування

Використовується в люмінофорах (світність — декілька років), у мініатюрних атомних батарейках. Часто використовується як джерело бета-частинок.

Примітки

  1. ↑ One hundred years of Moseley’s law: An undergraduate experimentwith relativistic effects(англ.)
  2. ↑ Promethium(англ.)
  3. ↑ CHARLES JAMES, B. SMITH HOPKINS, AND THE TANGLED WEB OF ELEMENT 61(англ.)
  4. ↑ Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Charles D. Coryell: «The Chemical Identification of Radioisotopes of Neodymium and of Element 61», у: J. Am. Chem. Soc., 1947, 69 (11), S. 2781–2785; DOI:10.1021/ja01203a059.
  5. ↑ Emsley, 2003, с. 344.
  6. ↑ Fritz Weigel: «Darstellung von metallischem Promethium», у: Angewandte Chemie, 1963, 75 (10), ст. 451—451; DOI:10.1002/ange.19630751009
  7. ↑ Search for α decay of natural Europium(англ.)
  8. ↑ Promethium in pitchblende(англ.)
  9. ↑ Загадка звездного прометия(рос.)
  10. ↑ Reproduction Factor(англ.)
  11. ↑ Isotopes of Barium(англ.)
  12. ↑ Graph of Fission Product Yields(англ.)
  13. ↑ Promethium 's Production(англ.)
  14. ↑ Sharma, 2001, с. 144.
  15. ↑ Isotopes of the Element Promethium(англ.)

Література