Promécio - Promethium
Promécio | |||||||||||||||||||||||
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Pronúncia |
/ P r oʊ m i θ i ə m / ( proh- MEE -thee-əm ) |
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Aparência | metálico | ||||||||||||||||||||||
Número de massa | [145] | ||||||||||||||||||||||
Promécio na tabela periódica | |||||||||||||||||||||||
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Número atômico ( Z ) | 61 | ||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo n / a | ||||||||||||||||||||||
Período | período 6 | ||||||||||||||||||||||
Bloquear | bloco f | ||||||||||||||||||||||
Configuração de elétron | [ Xe ] 4f 5 6s 2 | ||||||||||||||||||||||
Elétrons por camada | 2, 8, 18, 23, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||
Fase em STP | sólido | ||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 1315 K (1042 ° C, 1908 ° F) | ||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 3273 K (3000 ° C, 5432 ° F) | ||||||||||||||||||||||
Densidade (próximo à rt ) | 7,26 g / cm 3 | ||||||||||||||||||||||
Calor de fusão | 7,13 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||
Calor da vaporização | 289 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||
Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||
Estados de oxidação | +2, +3 (um óxido levemente básico ) | ||||||||||||||||||||||
Eletro-negatividade | Escala de Pauling: 1,13 (?) | ||||||||||||||||||||||
Energias de ionização | |||||||||||||||||||||||
Raio atômico | empírico: 183 pm | ||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 199 pm | ||||||||||||||||||||||
Linhas espectrais de promécio | |||||||||||||||||||||||
Outras propriedades | |||||||||||||||||||||||
Ocorrência natural | da decadência | ||||||||||||||||||||||
Estrutura de cristal | duplo hexagonal compacta-fim (DHCP) | ||||||||||||||||||||||
Expansão térmica | 9,0 µm / (m⋅K) (à temperatura ambiente ) | ||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 17,9 W / (m⋅K) | ||||||||||||||||||||||
Resistividade elétrica | est. 0,75 µΩ⋅m (à temperatura ambiente ) | ||||||||||||||||||||||
Ordenação magnética | paramagnético | ||||||||||||||||||||||
Módulo de Young | forma α: est. 46 GPa | ||||||||||||||||||||||
Módulo de cisalhamento | forma α: est. 18 GPa | ||||||||||||||||||||||
Módulo de massa | forma α: est. 33 GPa | ||||||||||||||||||||||
Coeficiente de Poisson | forma α: est. 0,28 | ||||||||||||||||||||||
Número CAS | 7440-12-2 | ||||||||||||||||||||||
História | |||||||||||||||||||||||
Descoberta | Charles D. Coryell , Jacob A. Marinsky , Lawrence E. Glendenin (1945) | ||||||||||||||||||||||
Nomeado por | Grace Mary Coryell (1945) | ||||||||||||||||||||||
Principais isótopos de promécio | |||||||||||||||||||||||
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Promécio é um elemento químico com o símbolo Pm e número atômico 61. Todos os seus isótopos são radioativos ; é extremamente raro, com apenas cerca de 500–600 gramas ocorrendo naturalmente na crosta terrestre em um determinado momento. O promécio é um dos dois únicos elementos radioativos que são seguidos na tabela periódica por elementos com formas estáveis, sendo o outro o tecnécio . Quimicamente, o promécio é um lantanídeo . O promécio mostra apenas um estado de oxidação estável de +3.
Em 1902, Bohuslav Brauner sugeriu que havia um elemento então desconhecido com propriedades intermediárias entre as dos elementos conhecidos neodímio (60) e samário (62); isso foi confirmado em 1914 por Henry Moseley , que, tendo medido os números atômicos de todos os elementos então conhecidos, descobriu que o número atômico 61 estava faltando. Em 1926, dois grupos (um italiano e um americano) afirmaram ter isolado uma amostra do elemento 61; ambas as "descobertas" logo se provaram falsas. Em 1938, durante um experimento nuclear conduzido na The Ohio State University , alguns nuclídeos radioativos foram produzidos que certamente não eram radioisótopos de neodímio ou samário, mas não havia prova química de que o elemento 61 foi produzido, e a descoberta não foi geralmente reconhecido. O promécio foi produzido e caracterizado pela primeira vez no Laboratório Nacional de Oak Ridge em 1945 pela separação e análise dos produtos da fissão do combustível de urânio irradiado em um reator de grafite. Os descobridores propuseram o nome "prometheum" (a grafia foi posteriormente alterada), derivado de Prometeu , o Titã da mitologia grega que roubou o fogo do Monte Olimpo e o trouxe para os humanos, para simbolizar "tanto a ousadia quanto o possível uso indevido da intelecto". No entanto, uma amostra do metal foi feita apenas em 1963.
Existem duas fontes possíveis de promécio natural: raros decaimentos de európio natural -151 (produzindo promécio-147) e urânio (vários isótopos). Aplicações práticas existem apenas para compostos químicos de promécio-147, que são usados em tintas luminosas , baterias atômicas e dispositivos de medição de espessura, embora o promécio-145 seja o isótopo de promécio mais estável. Como o promécio natural é extremamente escasso, ele é tipicamente sintetizado bombardeando urânio-235 ( urânio enriquecido ) com nêutrons térmicos para produzir promécio-147 como um produto da fissão .
Propriedades
Propriedades físicas
Um átomo de promécio possui 61 elétrons, dispostos na configuração [ Xe ] 4f 5 6s 2 . Ao formar compostos, o átomo perde seus dois elétrons mais externos e um dos elétrons 4f, que pertence a uma subcamada aberta. O raio atômico do elemento é o segundo maior entre todos os lantanídeos, mas é apenas ligeiramente maior do que os dos elementos vizinhos. É a exceção mais notável à tendência geral de contração dos átomos de lantanídeos com o aumento de seus números atômicos (ver contração dos lantanídeos ). Muitas propriedades do promécio dependem de sua posição entre os lantanídeos e são intermediárias entre as do neodímio e do samário. Por exemplo, o ponto de fusão, as três primeiras energias de ionização e a energia de hidratação são maiores que as do neodímio e menores que as do samário; da mesma forma, as estimativas para o ponto de ebulição, raio iônico (Pm 3+ ) e calor padrão de formação do gás monoatômico são maiores do que as do samário e menores do que as do neodímio.
O promécio tem uma estrutura de empacotamento duplo hexagonal fechado (dhcp) e uma dureza de 63 kg / mm 2 . Esta forma alfa de baixa temperatura se converte em uma fase beta, cúbica centrada no corpo (bcc) após o aquecimento a 890 ° C.
Propriedades químicas e compostos
O promécio pertence ao grupo cério dos lantanídeos e é quimicamente muito semelhante aos elementos vizinhos. Devido à sua instabilidade, os estudos químicos do promécio estão incompletos. Embora alguns compostos tenham sido sintetizados, eles não foram totalmente estudados; em geral, tendem a ser rosados ou vermelhos. O tratamento de soluções ácidas contendo íons Pm 3+ com amônia resulta em um sedimento gelatinoso marrom claro de hidróxido, Pm (OH) 3 , que é insolúvel em água. Quando dissolvido em ácido clorídrico, um sal amarelo solúvel em água, PmCl 3 , é produzido; da mesma forma, quando dissolvido em ácido nítrico, resulta um nitrato, Pm (NO 3 ) 3 . Este último também é bem solúvel; quando seco, forma cristais rosa, semelhantes ao Nd (NO 3 ) 3 . A configuração do elétron para Pm 3+ é [Xe] 4f 4 e a cor do íon é rosa. O símbolo do termo do estado fundamental é 5 I 4 . O sulfato é ligeiramente solúvel, como os outros sulfatos do grupo de cério. Parâmetros celulares foram calculados para seu octahidrato; eles levam à conclusão de que a densidade de Pm 2 (SO 4 ) 3 · 8 H 2 O é 2,86 g / cm 3 . O oxalato, Pm 2 (C 2 O 4 ) 3 · 10 H 2 O, tem a solubilidade mais baixa de todos os oxalatos de lantanídeo.
Ao contrário do nitrato, o óxido é semelhante ao sal de samário correspondente e não ao sal de neodímio. Como sintetizado, por exemplo, por aquecimento do oxalato, é um pó branco ou cor de lavanda com estrutura desordenada. Este pó cristaliza em uma rede cúbica ao ser aquecido a 600 ° C. O recozimento adicional a 800 ° C e depois a 1750 ° C irreversivelmente o transforma em fases monoclínica e hexagonal , respectivamente, e as duas últimas fases podem ser interconvertidas ajustando o tempo de recozimento e a temperatura.
Fórmula | simetria | grupo espacial | Não | Símbolo Pearson | a (pm) | b (pm) | c (pm) | Z | densidade, g / cm 3 |
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α-Pm | dhcp | P6 3 / mmc | 194 | hP4 | 365 | 365 | 1165 | 4 | 7,26 |
β-Pm | bcc | Fm 3 m | 225 | cF4 | 410 | 410 | 410 | 4 | 6,99 |
Pm 2 O 3 | cúbico | Ia 3 | 206 | cI80 | 1099 | 1099 | 1099 | 16 | 6,77 |
Pm 2 O 3 | monoclínico | C2 / m | 12 | mS30 | 1422 | 365 | 891 | 6 | 7,40 |
Pm 2 O 3 | hexagonal | P 3 m1 | 164 | hP5 | 380,2 | 380,2 | 595,4 | 1 | 7,53 |
O promécio forma apenas um estado de oxidação estável, +3, na forma de íons; isso está de acordo com outros lantanídeos. De acordo com sua posição na tabela periódica , não se pode esperar que o elemento forme estados de oxidação estáveis +4 ou +2; o tratamento de compostos químicos contendo íons Pm 3+ com agentes oxidantes ou redutores fortes mostrou que o íon não é facilmente oxidado ou reduzido.
Fórmula | cor | número de coordenação |
simetria | grupo espacial | Não | Símbolo Pearson | pf (° C) |
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PmF 3 | Roxo Rosa | 11 | hexagonal | P 3 c1 | 165 | hP24 | 1338 |
PmCl 3 | Lavanda | 9 | hexagonal | P6 3 / mc | 176 | hP8 | 655 |
PmBr 3 | vermelho | 8 | ortorrômbico | Cmcm | 63 | oS16 | 624 |
α-PmI 3 | vermelho | 8 | ortorrômbico | Cmcm | 63 | oS16 | α → β |
β-PmI 3 | vermelho | 6 | romboédrico | R 3 | 148 | hR24 | 695 |
Isótopos
O promécio é o único lantanídeo e um dos dois únicos elementos entre os primeiros 83 que não possui isótopos estáveis ou de longa duração ( primordiais ). Isso é resultado de um efeito raramente ocorrido do modelo de gota de líquido e das estabilidades dos isótopos de elementos vizinhos; é também o elemento menos estável dos primeiros 84. Os produtos de decaimento primários são os isótopos de neodímio e samário (o promécio-146 decai para ambos, os isótopos mais leves geralmente para neodímio via decaimento de pósitron e captura de elétron , e os isótopos mais pesados para samário via beta decair). Os isômeros nucleares de promécio podem decair para outros isótopos de promécio e um isótopo ( 145 Pm) tem um modo de decaimento alfa muito raro para praseodímio estável -141.
O isótopo mais estável do elemento é o promécio-145, que possui atividade específica de 940 Ci / g (35 TBq / g) e meia-vida de 17,7 anos por captura de elétrons . Por ter 84 nêutrons (dois a mais de 82, que é um número mágico que corresponde a uma configuração de nêutrons estável), ele pode emitir uma partícula alfa (que tem 2 nêutrons) para formar o praseodímio-141 com 82 nêutrons. Portanto, é o único isótopo de promécio com um decaimento alfa experimentalmente observado . Sua meia-vida parcial para o decaimento alfa é de cerca de 6,3 × 10 9 anos, e a probabilidade relativa de um núcleo de 145 Pm decair dessa forma é de 2,8 × 10 - 7 %. Vários outros isótopos de promécio, como 144 Pm, 146 Pm e 147 Pm, também têm uma liberação de energia positiva para o decaimento alfa; seus decaimentos alfa são previstos para ocorrer, mas não foram observados.
O elemento também tem 18 isômeros nucleares, com números de massa de 133 a 142, 144, 148, 149, 152 e 154 (alguns números de massa têm mais de um isômero). O mais estável deles é o promécio-148m, com meia-vida de 43,1 dias; isso é mais longo do que a meia-vida dos estados fundamentais de todos os isótopos de promécio, exceto do promécio-143 a 147. Na verdade, o promécio-148m tem meia-vida mais longa do que seu estado fundamental, promécio-148.
Ocorrência
Em 1934, Willard Libby relatou que havia encontrado fraca atividade beta no neodímio puro, o que foi atribuído a uma meia-vida ao longo de 10-12 anos. Quase 20 anos depois, foi alegado que o elemento ocorre no neodímio natural em equilíbrio em quantidades abaixo de 10-20 gramas de promécio por grama de neodímio. No entanto, essas observações foram refutadas por investigações mais recentes, porque para todos os sete isótopos de neodímio de ocorrência natural, qualquer decaimento beta único (que pode produzir isótopos de promécio) é proibido pela conservação de energia. Em particular, medições cuidadosas de massas atômicas mostram que a diferença de massa 150 Nd- 150 Pm é negativa (-87 keV), o que impede absolutamente o decaimento beta único de 150 Nd a 150 Pm.
Em 1965, Olavi Erämetsä separou traços de 145 Pm de um concentrado de terras raras purificado da apatita , resultando em um limite superior de 10 −21 para a abundância de promécio na natureza; isso pode ter sido produzido pela fissão nuclear natural do urânio ou pela fragmentação de raios cósmicos de 146 Nd.
Ambos os isótopos de európio natural têm excessos de massa maiores do que as somas de suas filhas alfa potenciais mais o de uma partícula alfa; portanto, eles (estáveis na prática) podem se decompor em promécio. Uma pesquisa do Laboratori Nazionali del Gran Sasso mostrou que o európio-151 decai para promécio-147 com meia-vida de 5 × 10 18 anos. Foi demonstrado que o európio é "responsável" por cerca de 12 gramas de promécio na crosta terrestre. O decaimento alfa do európio-153 ainda não foi encontrado, e sua meia-vida teoricamente calculada é tão alta (devido à baixa energia de decaimento) que esse processo provavelmente não será observado em um futuro próximo.
O promécio também pode ser formado na natureza como um produto da fissão espontânea do urânio-238 . Apenas vestígios podem ser encontrados em minérios que ocorrem naturalmente: uma amostra de pitchblenda foi encontrada para conter promécio em uma concentração de quatro partes por quintilhão (4 × 10 - 18 ) em massa. O urânio é, portanto, "responsável" por 560 g de promécio na crosta terrestre .
O promécio também foi identificado no espectro da estrela HR 465 em Andrômeda ; também foi encontrado em HD 101065 ( estrela de Przybylski ) e HD 965. Por causa da meia-vida curta dos isótopos de promécio, eles devem ser formados perto da superfície dessas estrelas.
História
Pesquisas pelo elemento 61
Em 1902, o químico tcheco Bohuslav Brauner descobriu que as diferenças nas propriedades entre o neodímio e o samário eram as maiores entre quaisquer dois lantanídeos consecutivos na sequência então conhecida; como conclusão, ele sugeriu que havia um elemento com propriedades intermediárias entre eles. Esta previsão foi apoiada em 1914 por Henry Moseley que, tendo descoberto que o número atômico era uma propriedade mensurável experimentalmente dos elementos, descobriu que alguns números atômicos não tinham elementos correspondentes conhecidos: as lacunas eram 43, 61, 72, 75, 85 e 87. Com o conhecimento de uma lacuna na tabela periódica, vários grupos começaram a buscar o elemento previsto entre outras terras raras no ambiente natural.
A primeira afirmação de uma descoberta foi publicada por Luigi Rolla e Lorenzo Fernandes, de Florença , Itália. Depois de separar uma mistura de alguns elementos de terras raras concentrados de nitrato do mineral monazita brasileiro por cristalização fracionada, eles produziram uma solução contendo principalmente samário. Esta solução forneceu espectros de raios-X atribuídos ao samário e ao elemento 61. Em homenagem à sua cidade, eles chamaram o elemento 61 de "florentium". Os resultados foram publicados em 1926, mas os cientistas afirmaram que os experimentos foram feitos em 1924. Também em 1926, um grupo de cientistas da Universidade de Illinois em Urbana – Champaign , Smith Hopkins e Len Yntema publicou a descoberta do elemento 61. Eles chamou de "illinium", após a universidade. Ambas as descobertas relatadas mostraram-se errôneas porque a linha do espectro que "correspondia" ao elemento 61 era idêntica à do didímium ; as linhas que se pensava pertencer ao elemento 61 acabaram por pertencer a algumas impurezas (bário, cromo e platina).
Em 1934, Josef Mattauch finalmente formulou a regra isobar . Uma das consequências indiretas desta regra foi que o elemento 61 foi incapaz de formar isótopos estáveis. A partir de 1938, um experimento nuclear foi conduzido por HB Law et al. na Ohio State University . Os nuclídeos foram produzidos em 1941, que não eram radioisótopos de neodímio ou samário, e o nome "ciclônio" foi proposto, mas faltaram provas químicas de que o elemento 61 foi produzido e a descoberta não foi amplamente reconhecida.
Descoberta e síntese de promécio metálico
O promécio foi produzido e caracterizado pela primeira vez no Laboratório Nacional de Oak Ridge (Clinton Laboratories na época) em 1945 por Jacob A. Marinsky , Lawrence E. Glendenin e Charles D. Coryell por separação e análise dos produtos de fissão do combustível de urânio irradiado no grafite reator ; no entanto, estando muito ocupados com pesquisas relacionadas com militares durante a Segunda Guerra Mundial , eles não anunciaram sua descoberta até 1947. O nome original proposto era "clintonium", em homenagem ao laboratório onde o trabalho foi conduzido; no entanto, o nome "prometheum" foi sugerido por Grace Mary Coryell, a esposa de um dos descobridores. É derivado de Prometeu , o Titã da mitologia grega que roubou o fogo do Monte Olimpo e o trouxe aos humanos e simboliza "tanto a ousadia quanto o possível uso indevido do intelecto da humanidade". A grafia foi então alterada para "promécio", pois estava de acordo com a maioria dos outros metais.
Em 1963, o fluoreto de promécio (III) foi usado para fazer o metal promécio. Provisoriamente purificado de impurezas de samário, neodímio e amerício, foi colocado em um cadinho de tântalo que foi localizado em outro cadinho de tântalo; o cadinho externo continha metal de lítio (excesso de 10 vezes em comparação com o promécio). Depois de criar um vácuo, os produtos químicos foram misturados para produzir promécio metálico:
- PmF 3 + 3 Li → Pm + 3 LiF
A amostra de promécio produzida foi usada para medir algumas propriedades do metal, como seu ponto de fusão .
Em 1963, métodos de troca iônica foram usados no ORNL para preparar cerca de dez gramas de promécio a partir de resíduos de processamento de combustível de reator nuclear.
Hoje, o promécio ainda é recuperado dos subprodutos da fissão do urânio; também pode ser produzido bombardeando 146 Nd com nêutrons , transformando-o em 147 Nd, que decai em 147 Pm por meio do decaimento beta com meia-vida de 11 dias.
Produção
Os métodos de produção para diferentes isótopos variam, e apenas aqueles para o promécio-147 são fornecidos porque é o único isótopo com aplicações industriais. O promécio-147 é produzido em grandes quantidades (em comparação com outros isótopos) bombardeando o urânio-235 com nêutrons térmicos. A produção é relativamente alta, de 2,6% do produto total. Outra forma de produzir promécio-147 é por meio do neodímio-147, que se decompõe em promécio-147 com meia-vida curta. O neodímio-147 pode ser obtido bombardeando o neodímio-146 enriquecido com nêutrons térmicos ou bombardeando um alvo de carboneto de urânio com prótons energéticos em um acelerador de partículas. Outro método é bombardear o urânio-238 com nêutrons rápidos para causar a fissão rápida , que, entre vários produtos de reação, cria o promécio-147.
Já na década de 1960, o Oak Ridge National Laboratory podia produzir 650 gramas de promécio por ano e era a única instalação de síntese de grande volume do mundo. A produção de promécio em escala de Gram foi descontinuada nos Estados Unidos no início dos anos 1980, mas possivelmente será retomada após 2010 no High Flux Isotope Reactor . Atualmente, a Rússia é o único país que produz promécio-147 em escala relativamente grande.
Formulários
A maior parte do promécio é usada apenas para fins de pesquisa, exceto o promécio-147, que pode ser encontrado fora de laboratórios. É obtido como óxido ou cloreto, em miligramas. Este isótopo não emite raios gama e sua radiação tem uma profundidade de penetração relativamente pequena na matéria e uma meia-vida relativamente longa.
Algumas luzes de sinalização usam uma tinta luminosa , contendo um fósforo que absorve a radiação beta emitida pelo promécio-147 e emite luz. Este isótopo não causa envelhecimento do fósforo, como fazem os emissores alfa e, portanto, a emissão de luz é estável por alguns anos. Originalmente, o rádio -226 foi usado para esse propósito, mas foi mais tarde substituído por promécio-147 e trítio (hidrogênio-3). O promécio pode ser preferido em relação ao trítio por razões de segurança nuclear .
Em baterias atômicas , as partículas beta emitidas pelo promécio-147 são convertidas em corrente elétrica, imprensando uma pequena fonte de promécio entre duas placas semicondutoras. Essas baterias têm uma vida útil de cerca de cinco anos. A primeira bateria baseada em promécio foi montada em 1964 e gerou "alguns miliwatts de potência a partir de um volume de cerca de 2 polegadas cúbicas, incluindo blindagem".
O promécio também é usado para medir a espessura de materiais, avaliando a quantidade de radiação de uma fonte de promécio que passa pela amostra. Ele tem possíveis usos futuros em fontes portáteis de raios-X e como fontes auxiliares de calor ou energia para sondas espaciais e satélites (embora o emissor alfa plutônio-238 tenha se tornado padrão para a maioria dos usos relacionados à exploração espacial).
Precauções
O elemento não tem função biológica. Promécio-147 pode emitir raios gama durante seu decaimento beta , que são perigosos para todas as formas de vida. As interações com pequenas quantidades de promécio-147 não são perigosas se certas precauções forem observadas. Em geral, luvas, protetores de calçados, óculos de segurança e uma camada externa de roupas de proteção facilmente removíveis devem ser usados.
Não se sabe quais órgãos humanos são afetados pela interação com o promécio; um possível candidato são os tecidos ósseos . O promécio-147 selado não é perigoso. No entanto, se a embalagem estiver danificada, o promécio torna-se perigoso para o meio ambiente e para os seres humanos. Se houver contaminação radioativa , a área contaminada deve ser lavada com água e sabão, mas, embora o promécio afete principalmente a pele, ela não deve ser lixada. Se um vazamento de promécio for encontrado, a área deve ser identificada como perigosa e evacuada, e os serviços de emergência devem ser contatados. Nenhum perigo do promécio além da radioatividade é conhecido.
Referências
Bibliografia
- Emsley, John (2011). Blocos de construção da natureza: um guia de AZ para os elementos . Imprensa da Universidade de Oxford. pp. 428–430. ISBN 978-0-19-960563-7.
- Lavrukhina, Avgusta Konstantinovna; Pozdnyakov, Aleksandr Aleksandrovich (1966). Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция (Química Analítica de Tecnécio, Promécio, Astato e Francium) (em russo). Nauka .
- 2013, ER Scerri, A tale of seven elements, Oxford University Press, Oxford, ISBN 9780195391312
links externos