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] 4f^5 6s^2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	199 пм
Радіус іона	(+3e)97,9 пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,13
Електродний потенціал	Pm←Pm^3+ -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
Інші властовості
Критична точка	н/д
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
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. t_пл = 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)(інші мови) 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(інші мови), 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(інші мови) 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(інші мови), лантан-147(інші мови), барій-147(інші мови) 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(інші мови) тепловими нейтронами, в результаті чого утворюється неодим-147(інші мови), 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(інші мови)^[14].

Ізотопи

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

Найстабільнішим є ізотоп прометію — ¹⁴⁵Pm(інші мови) з періодом напіврозпаду 17,7 років, за ним слідує ¹⁴⁶Pm(інші мови) 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

• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• John Emsley. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. — Bungay : Oxford University Press, 2003. — 538 с. — ISBN 9780198503408.
• B. K. Sharma. Nuclear and Radiation Chemistry. — 7. — Meerut : Krishna Prakashan Media, 2001. — 348 с. — ISBN 9788185842639.