Amerikium

Amerikium on ydinreaktiolla keinotekoisesti valmistettu alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Am (), järjestysluku 95 ja CAS-numero 7440-35-9. Sen sulamispiste on 1 176 °C. Amerikiumia ei esiinny merkittäviä määriä luonnossa, vaan se joudutaan valmistamaan keinotekoisesti. Sen kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Pitkäikäisin isotooppi on 243Am, jonka puoliintumisaika on 7 370 vuotta. Amerikiumia käytetään muun muassa palovaroittimissa ja mittalaitteissa.

Ominaisuudet

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 noin 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.

Isotoopit 
Amerikiumia ei esiinny luonnossa, joten kaikki isotoopit ovat keinotekoisia. Pitkäikäisin isotooppi on 243Am, jonka puoliintumisaika on noin 7 400 vuotta. Muita pitkäikäisiä isotooppeja ovat 241Am ja 242m1Am, joiden puoliintumisajat ovat yli sata vuotta.

Lähde:

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.

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 

PubChem: Americium 
Americanelements: Americium Technical and Safety Data 
Argonne National Laboratory: Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Americium,  sivut 5–6  (pdf)
Mindat: The Mineralogy of Americium 

54 Kemia
Alkuaineet