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Americium



Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Americium, Am, 95
Serie Actinoide
Gruppe, Periode, Block Ac, 7, f
Aussehen silbrig-weißes Metall
Massenanteil an der Erdhülle künstliches Element %
Atomar
Atommasse 243 u
Atomradius (berechnet) 184 () pm
Kovalenter Radius k.A. pm
Van-der-Waals-Radius 228,5 pm
Elektronenkonfiguration [Rn]5f77s2
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
1. Ionisierungsenergie 578 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Modifikationen -
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 13,67 g/cm3
Mohshärte -
Magnetismus k.A.
Schmelzpunkt 1449 K (1176 °C)
Siedepunkt 2880 K (2607 °C)
Molares Volumen 1,778 · 10-5 m3/mol
Verdampfungswärme 238,5 kJ/mol
Schmelzwärme 14,4 kJ/mol
Dampfdruck

k.A. Pa

Schallgeschwindigkeit k.A. m/s
Spezifische Wärmekapazität 0,11 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 147,1 S/m bei 293,15 K
Wärmeleitfähigkeit 10 W/(m · K) bei 300 K
Chemisch
Oxidationszustände
Oxide (Basizität)
Normalpotential
Elektronegativität (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
241Am

{syn.}

432,2 a α 5,638 237Np
242Am

{syn.}

16,02 h β 0,665 242Cm
ε 0,751 242Pu
242m1Am

{syn.}

141 a IT 0,049 242Am
α 5,637 238Np
242m2Am

{syn.}

14.0 ms SF ? ?
α 7,788 238Np
IT 2,2 242Am
243Am

{syn.}

7370 a α 5,438 239Np
NMR-Eigenschaften
unbekannt
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung

R- und S-Sätze R:
S:
weitere Sicherheitshinweise
Radioaktvität
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Radioaktives Element
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Americium ist ein chemisches Element des Periodensystems der Elemente. Es hat die Ordnungszahl 95 und das Symbol Am. Es gehört zur Gruppe der Actiniden (7. Periode, f-Block). Americiumisotope mit ungrader Neutronenzahl sind gut durch thermische Neutronen spaltbar. Neben Europium ist Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element.

Inhaltsverzeichnis

Eigenschaften

  Americium ist ein künstliches, radioaktives Element. Frisch hergestelltes Americium ist ein silberweißes Metall, welches jedoch bei Raumtemperatur langsam matt wird. Es ist leicht verformbar.

Reaktionen

Americium ist ein sehr reaktionsfähiges Element, das schon mit Luftsauerstoff reagiert und sich gut in Säuren löst. Gegenüber Alkalien ist es stabil.

Je nach Oxidationszahl variiert die Farbe von Americium in wässriger Lösung ebenso wie in festen Verbindungen: blassrot (+3, +4), goldbraun (+5, +6). Die Oxidationsstufe +3 ist die stabilste. Im Gegensatz zum homologen Europium – Americium hat eine zu Europium analoge Elektronenkonfiguration – kann Am3+ nicht zu Am2+ reduziert werden. Verbindungen mit Americium ab Oxidationszahl +4 aufwärts sind starke Oxidationsmittel, vergleichbar dem Permanganat-Ion MnO4- in saurer Lösung.

Isotope

Von Americium sind 26 Isotope (inklusive Kernisomeren) mit Halbwertszeiten zwischen Bruchteilen von Mikrosekunden und 7370 Jahren bekannt.

Es gibt die zwei langlebigen α-Strahlende Isotope Americium 241Am mit 432,2- und Americium 243Am mit 7370 Jahren Halbwertszeit. Außerdem hat das Kernisomer Americium 242m1Am mit 141 Jahren eine lange Halbwertszeit.

241Am gibt nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,35% die gesamte Zerfallsenergie mit dem Alphateilchen ab, sondern emitiert meistens noch ein oder mehrere Gammaquanten.[1]

Vorkommen und Darstellung

Vorkommen

Americium kommt in der Natur aufgrund seines radioaktiven Zerfalls mit seinen - im Vergleich zum Alter der Erde - niedrigen Halbwertszeiten nicht vor.

Herstellung

Americium wird über Plutonium 239Pu in Kernreaktoren mit hohem 238U-Anteil zwangsläufig erbrütet, da 239Pu aus diesem durch Neutroneneinfang und zwei anschließende Betazerfälle (über 239U und 239Np) entsteht.

\mathrm{{}^{238}U\ + n \longrightarrow {}^{239}U \stackrel{\beta^-} \longrightarrow\ {}^{239}Np \stackrel{\beta^-} \longrightarrow\ {}^{239}Pu}

Danach wird, wenn es nicht zur Kernspaltung kommt, aus dem Plutonium 239Pu, neben anderen Nukliden, durch stufenweisen Neutronen-Einfang und andschließendem Betazerfall Americium-241 oder Americium-243 erbrütet.

  • Für 241Am
\mathrm{{}^{239}Pu\ + n \longrightarrow {}^{240}Pu + \gamma}
\mathrm{{}^{240}Pu\ + n \longrightarrow {}^{241}Pu + \gamma}
\mathrm{{zu 99,9975%} ^{241}Pu \stackrel{\beta^-} \longrightarrow\ {}^{241}Am}
\mathrm{{zu 0,0025%} ^{241}Pu \stackrel{\alpha} \longrightarrow\ {}^{237}U}

Plutonium 241Pu kann unter Aussendung von Beta- oder Alphateilchen zerfallen, wobei der Betazerfall (siehe Prozentangabe) wesentlich wahrscheinlicher ist. Seine Halbwertszeit beträgt 14,4 Jahre.

  • Für 243Am
\mathrm{{}^{239}Pu\ + n \longrightarrow {}^{240}Pu + \gamma}
\mathrm{{}^{240}Pu\ + n \longrightarrow {}^{241}Pu + \gamma}
\mathrm{{}^{241}Pu\ + n \longrightarrow {}^{242}Pu + \gamma}
\mathrm{{}^{242}Pu\ + n \longrightarrow {}^{243}Pu + \gamma}
\mathrm{{}^{243}Pu \stackrel{\beta^-} \longrightarrow\ {}^{243}Am}

Die Halbwertszeit des Betazerfalls des 243Pu beträgt nur 4,956 Stunden.

Da der Brutprozess zur Erzeugung von 241Am kürzer ist als der zu 243Am ist er effektiver und die Ausbeute höher.

Eine Tonne abgebranntes Spaltmaterial aus einem Kernreaktor soll 100 Gramm Americium enthalten.[2]

Verwendung

Americium 241Am wird als Quelle für ionisierende Strahlung eingesetzt. Anwendungsgebiete sind die Fluoreszenzspektroskopie und Ionisationsrauchmelder.

Americium 241Am wurde wegen seiner gegenüber Plutonium 238Pu wesentlich längeren Halbwertszeit und nur geringfügig stärkeren Strahlung, zur Befüllung von Radioisotopengeneratoren (RTG) von Raumsonden vorgeschlagen. Dank seiner Halbwertszeit von 432,2 Jahren könnte ein RTG mit 241Am Füllung hunderte von Jahre lang anstatt nur wenigen Jahrzehnte (wie mit Plutonium 238Pu Füllung) elektrische Energie zum Betrieb einer Raumsonde erzeugen.[3][4]

Americium 242mAm wurde wegen seiner kleinen Kritischen Masse als Spaltmaterial vorgeschlagen um Raumschiffe mit Kernenergieantrieb anzutreiben.[5]

Geschichte

Americium wurde 1944 von Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Stanley G. Thompson und Albert Ghiorso entdeckt. Sie isolierten am metallurgischen Laboratorium der Universität von Chicago aus einer Plutonium-Probe, die im Reaktor mit Neutronen bestrahlt wurde (siehe Herstellung), ein bis dahin noch unbekanntes, α-Strahlen aussendendes langlebiges Nuklid. Der Name „Americium“ wurde in Analogie zu Europium gewählt, der seltenen Erde, die im Periodensystem genau über Americium steht. Erstmals öffentlich bekannt gemacht wurde die Entdeckung des Elementes in der amerikanischen Radiosendung Quiz Kids am 11. November 1945 durch Glenn T. Seaborg, noch vor der eigentlichen Bekanntmachung bei einem Symposium der American Chemical Society: Einer der jungen Zuhörer fragte den Gast der Sendung, Seaborg, ob während des Zweiten Weltkrieges im Zuge der Erforschung von Nuklearwaffen neue Elemente entdeckt wurden. Seaborg bejahte die Frage und enthüllte dabei auch gleichzeitig die Entdeckung des nächsthöheren Elementes, Curium[6].

Sicherheitshinweise

Americium 241Am gibt beim radioaktiven Zerfall große Mengen relativ weicher Gammastrahlung ab, die sich gut abschirmen lässt. Größere Mengen können deshalb nicht mehr von Hand bearbeitet werden. [7][8][9]

Quellen

  1. Alphazerfall von Americium 241Am mit Entstehung von Gammastrahlen
  2. Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente Urania-Verlag; Leipzig, Jena, Berlin 1979; keine ISBN; Seite 233
  3. en:Radioisotope_thermoelectric_generator#Fuels
  4. Nuklide für RTGs (PDF) letzte Seite
  5. http://www.sciencedaily.com/releases/2001/01/010103073253.htm
  6. http://pubs.acs.org/cen/80th/print/americiumprint.html
  7. Public Health Statement for Americium Abschnitt 1.5
  8. http://periodic.lanl.gov/elements/95.html
  9. Nuklide für RTGs (PDF) letzte Seite
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Americium aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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