Amerikium

Fysikaaliset ominaisuudet

Amerikium on hopeanharmaa metalli, jonka sulamispiste on noin 1 176 °C. Amerikium on suhteellisen haihtuvaa. Sillä on kaksi kidemuotoa: alfa-muodossaan amerikium on pakkautunut heksagonaalisesti ja beta-muodossa kuutiollisesti.
Amerikiumilla ei ole yhtään stabiilia isotooppia. Sen alfasäteily on suhteellisen voimakasta (kolme kertaa voimakkaampaa kuin radiumin). Amerikiumin stabiileimman isotoopin ²⁴³Am puoliintumisaika on 7 370 vuotta. Muun muassa palovaroittimissa käytetyn isotoopin ²⁴¹Am puoliintumisaika on 432,2 vuotta. Isotooppeja tunnetaan massaluvulta 232 massaluvulle 247.
Amerikiumista tulee suprajohtavaa 0,625 K:n lämpötilassa.

Kemialliset ominaisuudet ja myrkyllisyys

Amerikium on kemiallisilta ominaisuuksiltaan hyvin lähellä lantanoideja. Metallinen amerikium liukenee helposti happoihin, mutta ei reagoi hyvin emästen kanssa. Amerikium tummenee hitaasti huoneenlämmössä muodostaen amerikiumdioksidia, joka on amerikiumin teollisesti merkittävin yhdiste. Amerikium reagoi myös muiden epämetallien, kuten rikin ja vedyn, kanssa. Se muodostaa hapetusasteella +III halidiyhdisteitä, ja se on samalla amerkiumin stabiilein hapetusaste vesiliuoksissa. Amerikium ei hapetu helposti vesiliuoksissa. Amerikium muodostaa yhdisteitä hapetusasteesta +II hapetusasteeseen +VII, mutta tavallisesti amerikium esiintyy vain hapetusasteella +III. Luonnossa se voi olla hapetusasteella +IV, jos ympäristö on hyvin hapettava, kuten voimakkaan emäksinen ympäristö. Hapetusaste +IV voidaan stabiloida kompleksoimalla amerikium fluoridilla. Amerikiumilla on kaksi sähköisesti neutraalia oksidia, Am₂O₃ ja AmO₄. Amerikium muodostaa myös dioksoionit AmO₂⁺ ja AmO₂²⁺. Amerikiumhydroksidi Am(OH)₃ saostuu, kun pH on non 11–12.
Amerikium muodostaa useita veteenliukenemattomia yhdisteitä. Hydroksidin lisäksi amerikium(III)fluoridi, -oksalaatti, -jodaatti ja -fosfaatti ovat veteenliukenemattomia. Amerikium(III)nitraatti, -halidit (pl fluoridi), -sulfaatti ja -kloraatti ovat veteen liukenevia. Amerikium(II) muodostaa halidiyhdisteen kloorin, bromin tai jodin kanssa. Amerikium(+IV) muodostaa veteenliukenemattoman halidiyhdisteen vain fluorin kanssa. Amerikium muodostaa kaksi hydridiä AmH₂ ja AmH₃, jotka eivät ole termisesti stabiileja. Veteen liuenneet Am³⁺ ja Am⁴⁺ ovat vaaleanpunaisia. Suhteessa lantanoideihin amerikium muodostaa paremmin kompleksiyhdisteitä. Se muodostaa myös hyvin erilaisia kompleksiyhdisteitä eri hapetusasteilla. Tavallisia ovat nitraatti-, akva- ja halidikompleksit. Amerikium muodostaa myös organometalliyhdisteitä syklopentadieenin kanssa.
Amerikiumin radioaktiivisessa hajoamisessa syntyvä alfasäteily vaimenee hyvin nopeasti väliaineessa eikä läpäise esimerkiksi paperia. Jos kuitenkin amerikiumia nielaisee, syntyvä alfasäteily aiheuttaa solukuolemaa ja mutaatioita ja voi johtaa syöpään. Amerikium kertyy voimakkaasti luustoon.

Historia

Amerikiumia tehtiin ensimmäisen kerran Chicagon yliopistossa vuonna 1944. Glenn Seaborgin johtama ryhmä pommitti plutoniumia neutroneilla, jolloin syntyi amerikiumia. Tutkimusryhmään kuuluivat Seaborgin ohella Albert Ghiorso, Ralph James ja Leon O. Morgan. Alkuaine on nimetty löytömaanosansa mukaan ja siten, että amerikium sijaitsee jaksollisessa järjestelmä suoraan europiumin alapuolella. Seaborg esitteli sekä amerikiumin että curiumin löytämisen marraskuussa 1945 radio-ohjelmassa Quiz Kids. Alkuaineiden löytäminen julkaistiin vasta noin vuosi löytämisen jälkeen, sillä yhdysvaltalaiset kilpailivat Saksan kanssa ensimmäisen ydinaseen valmistamisesta toisessa maailmansodassa. Vuonna 1945 B. B. Cunningham valmisti ensimmäisenä punnittavia määriä amerikiumia.
Alun perin amerikiumia kutsuttiin pandemoniumiksi, sillä sitä oli hyvin vaikea erottaa toisesta syntyneestä alkuaineesta curiumista.

Esiintyminen, valmistus ja eristys

Amerikiumia ei esiinny luonnossa, vaan kaikki amerikium joudutaan tekemään keinotekoisesti. Sitä syntyy, kun plutoniumin isotooppia 239 pommitetaan neutroneilla, jolloin syntyy ²⁴¹Pu. Kun plutonium-241 hajoaa beetahajoamisessa, syntyy amerikiumin isotooppia 241. Amerikiumin muita isotooppeja, kuten pitkäikäisempää ²⁴³Am voidaan valmistaa pommittamalla isotooppia 241 neutroneilla.
Metallista amerikiumia voidaan valmistaa pelkistämällä AmF₃ bariumhöyryn avulla korkeassa lämpötilassa tai lantaanien avulla amerikiumdioksidista. Toinen tapa on valmistaa amerikium(III)oksidista lantaanin kanssa 1 200 °C:n lämpötilassa.
Amerikiumia eristetään tyypillisesti muista alfahajoavista alkuaineista, kuten curiumista, radiumista, poloniumista ja muista aktinoideista, alfamittauksia varten. Toinen syy on erottaa amerikium lantanoideista. Tavallisia käytettyjä tapoja ovat ioninvaihto, kromatografiset menetelmät ja uuttaminen.

Käyttö

Amerikiumin tunnetuin käyttökohde on palovaroittimet. Savuntunnistimet sisältävät noin 150 milligrammaa amerikiumdioksidia, joka hajoaa alfahajoamisen kautta. Amerikiumdioksidi sisältää lähinnä amerikiumin isotooppia ²⁴¹Am. Syntynyt säteily ionisoi ilman, jolloin tunnistimen elektrodien välille syntyy sähkövirta. Kun savua päätyy elektrodien väliin, virta heikkenee, jolloin varoitin hälyttää.
Amerikiumia voidaan käyttää myös mittalaitteissa. Koska amerikiumin isotoopit lähettävät myös gammasäteilyä, niitä voidaan käyttää muun muassa öljykentillä tutkittaessa uusia öljyesiintymiä. Amerikiumia voidaan myös käyttää materiaalien paksuuksien tutkimisessa. Tällöin hyödynnetään alfasäteilyn vaimenemista väliaineessa.
Amerikiumia käytetään lähtöaineena monien raskaampien alkuaineiden valmistamisessa. Amerikiumia voidaan teoriassa käyttää ydinaseessa, mutta sen kriittinen massa on 60 kilogrammaa, joka on huomattavasti enemmän kuin plutoniumin tai uraanin.