Amerício foi primeiramente produzido em 1944 pelo grupo deGlenn T. Seaborg naUniversidade da Califórnia, Berkeley. Embora ele seja o terceiro elemento da série transurânica, ele foi o quarto a ser descoberto, depois do elementocúrio que possui maior número atômico. A descoberta foi mantida em segredo e só foi liberada para o público em novembro de 1945. A maioria do amerício é produzida bombardeandourânio ouplutônio comnêutrons emreatores nucleares.
Uma tonelada decombustível nuclear gasto contêm cerca de 100 gramas de amerício. Ele é muito utilizado em câmaras de ionização de detectores de fumaça comerciais, assim como emfontes de nêutrons e medidores industriais. Várias aplicações não usuais, como bateria nuclear ou combustível para naves espaciais com propulsão nuclear, têm sido propostas para oisótopo242mAm,, mas eles são prejudicados pela escassez desseisômero nuclear e o alto preço do mesmo.
Amerício é um metal radioativo relativamente maleável com aparência prateada. Seus isótopos mais comuns são241Am e243Am. Em componentes químicos, eles usualmente assumem oestado de oxidação +3, especialmente em soluções. Várias outros estados de oxidação são conhecidos, que variam de +2 a +7 e podem ser identificados pelo seu característico espectro deabsorvição óptica. A grade da estrutura do cristal de amerício sólido e seus componentes contêm intrínsecos defeitos, que sãoinduzidos pela auto-irradiação com partículas alfa e acumulam-se com o tempo, isto resulta no desvio da propriedade de alguns materiais.
Glenn T. SeaborgCiclotron de 60 polegadas no Laboratório de Radiação Lawrence, Universidade da Califórnia, Berkeley, em agosto de 1939Ficheiro:Americium.jpgO triângulo no tubo de vidro contêm a primeira amostra de amerício (como um hidróxido), produzido em 1944.[2]
Embora o amerício tenha sido provavelmente produzido em experimentos nucleares anteriores, ele foi primeiramente sintetizado, isolado e identificado no final do outono de 1944, nauniversidade da Califórnia, Berkeley, porGlenn T. Seaborg,Leon O. Morgan,Ralph A. James, eAlbert Ghiorso. Eles usaram um ciclotron de 60 polegadas nauniversidade da Califórnia, Berkeley.[3] O elemento foi quimicamente identificado no Metallurgical Laboratory (Laboratório Metalúrgico), agoraArgonne National Laboratory), parte daUniversidade de Chicago. Seguindo onetúnio,plutônio ecúrio, o amerício foi o quarto elemento transurânico a ser descoberto. Na época, atabela periódica foi reestruturada por Seaborg para a sua configuração atual, colocando os actinídeos logo abaixo dos lantanídeos. Isso levou o amerício a ocupar a posiação abaixo doeurópio. E portanto, ele foi nomeado em analogia ao európio, com o nome de um continente,América: "O nome amerício (a partir das Américas) e o símbolo Am foram sugeridos para o elemento com base na sua posição, análoga a do európio, Eu, da sério dos lantanídeos."[4][5][6]
O novo elemento foi isolado de seus óxidos em um processo complexo de várias fases. Primeiramente, uma solução de nitrato deplutônio-239 (239PuNO3) foi revestida em uma folha deplatina com cerca de 0.5 cm2 de área, a solução foi evaporada e os resíduos foram convertidos em dióxido de plutônio (PuO2) por recozimento. Depois da irradiação ciclotron, o revestimento foi dissolvido emácido nítrico, e então precipitado como hidróxido usando solução de amônia concentrada. O resíduo foi dissolvido emácido perclórico. Separação posterior foi realizada por permuta iônica, rendendo um certo isótopo de cúrio. A separação de amerício e cúrio era tão meticulosa que os elementos foram inicialmente chamados pelo grupo de Berkeley comopandemonium (do grego : todos os demônios ou inferno) edelirium ( do latim: loucura, delírio).][7][8][9][10]
Experimentos iniciais renderem quatro isótopos de amerício:241Am,242Am,239Am e238Am.Amerício-241 foi diretamente obtido do plutônio pela absorção de um nêutron. Ele decai pela emissão de umapartícula alfa para o237Np; ameia-vida desse decaimento foi primeiramente determinada em 510 ± 20 anos, mas então corrigida para 432,2 anos.[11]
A descoberta do amerício e do cúrio em 1944 foram muito relacionadas com oProjeto Manhattan, os resultados eram confidenciais e foram desclassificados somente em 1945. Seaborg vazou a síntese dos elementos 95 e 96 numa rádio estado-unidense para criançasQuiz Kids cinco dias antes da apresentação oficial no encontro daSociedade Química Americana em 11 de novembro de 1945, quando um dos ouvintes se algum novo elemento transurânico foi descoberto ao lado do netúnio e do plutônio durante aGuerra.[7]Após a descoberta dos isótopos do amerício241Am e242Am, a sua produção e componentes foram patenteados tendo somente Seaborg como o inventor.[12] As amostras iniciais de amerício foram mesuradas em algumas microgramas, e eles eram dificilmente visíveis e identificáveis apenas pela sua radioatividade. As primeiras amostras substanciais de amerício metálico pesando 40-200 microgramas não foram preparadas até 1951 pela redução deamerício (III) fluoreto combário metálico em um alto vácuo à 1100 °C.[13]
Amerício foi detectado no fallout do teste nuclearIvy Mike.
Os isótopos com maiores meia-vidas e mais comuns do amerício,241Am e243Am, tem meia-vidas de 432,2 e 7 370 anos respectivamente. No entanto, qualquer nuclídeo primordial de amerício (amerício que estava presente naTerra durante a sua formação) deve ter decaído agora.
O amerício existente é concentrado em áreas usadas paratestes nucleares atmosféricos conduzidos entre 1945 e 1980, assim como em locais de incidentes nucleares como noDesastre Chernobyl. por exemplo, a análise de detritos no local de teste da primeirabomba de hidrogênio dosEstados Unidos,Ivy Mike, (1 de novembro de 1952,Atol Enewetak|), revelaram altas concentrações de vários actinídeos incluindo amerício, devido ao segredo militar, o resultado só foi publicado em 1956.[14]Trinitita, o resíduo vítreo deixado no chão do deserto perto deAlamogordo,Novo México, depois do teste nuclear com a arma nuclearTrinity baseada em plutônio, em 16 de julho de 1945, contêm traços de amerício-241. Elevados níveis de amerício também foram detectados em local de queda de umB-52, emgreenland, em 1968, que carregava quatro bombas de hidrogênio.[15]
Em outras regiões, a média de radiatividade na superfície do solo devido ao amerício residual é apenas cerca de 0.01 picocuries/g (0.37 mBq/g). Componentes atmosféricos de amerício são pobremente solúveis em solventes comuns e aderem principalmente à partículas do solo. A analise do solo revelou uma concentração cerca de 1 900 vezes maior entre partículas de solo arenoso que na água presente em poros do solo, e uma razão ainda maior em solos argilosos.[16]
Amerício é produzido principalmente artificialmente em pequenas quantidades, para propósitos de pesquisa. Uma tonelada de combustível nuclear gasto, contem cerca de 100 gramas de vários isótopos de amerício, principalmente241Am e243Am.[17] A sua prolongada radioatividade é indesejável para a disposição, e por isso o amerício, junto com outros actinídeos de longa vida, devem ser neutralizados. O procedimento associado pode envolver várias etapas, onde amerício é primeiramente separado e então convertido por bombardeamento de nêutrons em reatores especiais para nuclídeos de pequena vida. Esse procedimento é muito conhecido comotransmutação nuclear, mas ele ainda está sendo desenvolvido para o amerício.[18][19]
Alguns poucos átomos de amerício podem ser produzidos por reações de captura de nêutron edecaimento beta em depósitos altamente concentrados deurânio.[20]
curvas cromográficas de eluição revelando a similaridade entre os lantanídeos Tb, Gd, e Eu e os actinídeos correspondentes Bk, Cm, e Am
O amerício tem sido produzido em pequenas quantidades emreatores nucleares por décadas, e quilogramas de seus isótopos241Am e243Am tem sido acumulados.[21] Não obstante, desde que ele foi oferecido pela primeira vez para a venda em 1962, o seu preço, de cerca deUS$ 1 500 por grama de241Am, matem-se inalterado devido ao processo muito complexo de separação.[22] O isótopo mais pesado,243Am é produzido em quantidades muito menores, e por isso é mais difícil de se separar, resultando em um alto custo da ordem de 100 000-160 000 US$/g.[23][24]
Amerício não é sintetizado diretamente do urânio, o material de reator mais comum, mas do isótopo Pu-239. O amerício é produzido seguindo os seguintes processos nucleares:
A captura de dois nêutrons por239Pu (]a tão chamada reação(n,γ) ), seguido por um decaimento β, resulta em241Am:
O plutônio presente e combustível nuclear gasto contem cerca de 12% de241Pu. Porque ele espontaneamente converte-se no241Am,241Pu pode ser extraído e usado para futuramente gerar241Am.[22] Contudo, o processo é lento: metade da quantidade de241Pu decai para241Am em cerca de 15 anos, e a quantidade de241Am atinge o máximo depois de 70 anos.[25]
O241Am obtido pode ser usado para gerar isótopos pesados de amerício por captura neutrônica posterior em um reator nucelar. Em um Reator de Água Leve, 79% de241Am converte-se para242Am e 10% para o seuisômero nuclear242mAm:[note 1][26]
79%:
10%:
Amerício-242 tem uma meia-vida de apenas 16 horas, que faz de sua posterior conversão para o243Am, extremamente ineficiente. O próximo isótopo é produzido em um processo onde239Pu captura quatro nêutrons em um altofluxo de nêutrons:
A maioria das rotinas de síntese rendem uma mistura de isótopos de actinídeos em formas de óxidos , dos quais isótopos de amerício precisam ser separados. Em um típico procedimento, o combustível nucelar gasto (exemplo:combustível MOX) é dissolvido emácido nítrico, e o volume de urânio e plutônio é removido usando uma extração do tipoPUREX (Plutônio-URânio-EXtração) com fosfato de tributilo em umhidrocarboneto. Os lantanídeos e actinídeos restantes são então separados do resíduo aquoso por uma extração baseada emdiamida, dando, após a remoção, uma mistura de actinídeos e lantanídeos trivalentes. Componentes de amerício são então extraídos selecionadamente usando cromografia multi etapa e técnicas de centrifugação[27] com um reagente apropriado. Uma grande quantidade de trabalho tem sido dados extração solvente de amerício. Por exemplo, um projeto recente daUnião Europeia codinomeado "EUROPART" estudoutriazina e outros componentes como agentes de extração potenciais.[28][29][30][31][32]
Complexo deBTBP tem sido recentemente proposto como um reagente, pois é seletivo com o amerício ( e cúrio).[33] A separação de amerício do altamente similar cúrio, pode ser atingida tratando uma suspensão de seus hidróxidos embicarbonato de sódio aquoso comozônio, em elevadas temperaturas. Ambos, o AM e Cm, estão principalmente no estado de valência, ao passo que o cúrio continua sem mudar, o amerício oxida-se para complexos do solúvel Am(IV) que podem ser lavados do cúrio.[34]
Amerício metálico é obtido por redução de seus componentes.Amerício (III) fluoreto foi primeiramente usado para esse propósito. A reação foi conduzida usandobário elementar como agente redutor em um ambiente livre deágua e oxigênio dentro de um aparato detântalo etungstênio.][13][35][36]
Double-hexagonal sequencia de cristal de amerício em camadas (A: verde, B: azul, C: vermelho)
Na tabela periódica, amerício é localizado à direita do plutônio, e a esquerda do cúrio, e abaixo do lantanídeo európio, com o qual compartilha muitas similaridades nas propriedades químicas e físicas. Amerício é um elemento altamente radioativo. Quando preparado, ele tem um lustre metálico de cor prateada-branca, mas então torna-se embaçado em contato com o ar. Com uma densidade de 12 g/cm3, amerício tem é menos denso que cúrio(13.52 g/cm3) e plutônio(19.8 g/cm3); Mas tem uma densidade maior que a do európio (5.264 g/cm3), principalmente devido à sua maior massa atômica. O amerício é relativamente macio e facilmente deformável,e tem uma significantemente baixa módulo de volume antes dele:Th, Pa, U, Np e Pu.[38] o seu ponto de ebulição é de 1173 °C significativamente maior que o do plutônio (639 °C) e európio (826 °C), mas menor que o do cúrio (1340 °C).[37][37][39]
A condições ambientes, amerício está presente no sua forma alfa mais estável que tem uma estrutura de cristal hexagonal e grupo espacial P63/mmc com parâmetros de rede 'a = 346.8 pm ec = 1124 pm, e quatro átomos por unidade célula. O cristal consiste de um pacote hexagonal com a sequencia de camada ABAC e portanto é isotípico com o alfa-lantânio e alfa-cúrio.[35][39] A estrutura de cristal do amerício mundo com a pressão e a temperatura. Quando comprimido a temperatura ambiente para 5GPa, Am alfa transforma-se para a modificação beta, que tem um cubo de face centrada (fcc), grupo espacial Fm3m e rede constante 'a = 489 pm. Essa estrutura FCC é equivalente mais perto da sequencia ABC.[35][39]
A compressão para 23GPa, amerício transforma-se para uma estruturaortorrômbica γ-Am similar à a forma α-urânio. Não existem transições posteriores observadas quando eleva-se para 52 GPa, exceto para uma aparência de um fase monoclínica a pressões entre 10 e 15 GPa.[38]Não existe consistência no status dessa fase na literatura, que também as vezes listas as fases α, β e γ como I, II e III. A transição β-γ é acompanhado por uma diminuição de 6% do volume do cristal. Embora a teoria também preveja uma mudança significativa de volume na transição α-β, ela não foi observada experimentalmente. A pressão da transição α-β diminui com o aumento da temperatura, e a 1075 °C converte-se para uma estrutura de cubo de corpo centrado. O diagrama de pressão-temperatura do amerício é portanto bastante similar aqueles do lantânio,praseodímio eneodímio.[40]
18radioisótopos de amerício têm sido identificados, sendo os mais estáveis Am-243 commeia-vida de 7370 anos e Am-241 com meia-vida de 432.2 anos. Todos os demaisisótoposradioactivos apresentam meias-vidas inferiores a 51 horas, e a maioria destes com meias-vidas abaixo de 100 minutos. Este elemento possui 8meta estados, sendo o mais estável Am-242m (t½ 141 anos).
Asmassas atômicas do amerício variam de 231.046u (Am-231) até 249.078 u (Am-249).
Ometal amerício recém-obtido tem o aspecto branco-prateado brilhante (mais prateado do que oplutónio ouneptúnio) , perdendo o brilho lentamente em presença doar seco, na temperatura ambiente. Aemissão alfa do Am-241 é aproximadamente três vezes maior que a dorádio. O Am-241 também apresenta uma intensa emissão deraios gama.
Este elemento pode ser produzido em quantidadesquilograma , na maior parte o isótopo Am-241, por ser mais fácil de obter amostras relativamente puras. O amerício é usado em algunsdetectores de fumaça contendo minúsculas quantidades de Am-241 como fonte de radiação ionizante, na forma dedióxido de amerício. O Am-241 tem sido usado, também, como uma fonte portátil deraios gama para uso emradiografia. O elemento foi empregado também para calibrar a espessura devidros, permitindo a obtenção de vidros bastante planos. O Am-242 é um emissor deneutrões usado em radiografia de neutrões. Entretanto, este isótopo é extremamente caro para ser produzido em quantidades usáveis.
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