Prometij

Prometij (lat.: promethium) jest hemijski element sa simbolom Pm i atomskim brojem 61. Svi njegovi izotopi su radioaktivni. On je jedan od dva takva elementa nakon kojih u periodnom sistemu slijede stabilni elementi. Drugi takav element je tehnecij. Hemijski, prometij spada u lantanoide, koji spajanjem s drugim elementima grade soli. Jedino poznato stabilno oksidacijsko stanje prometija je +3.

Godine 1902. Bohuslav Brauner je predvidio postojanje tada još nepoznatog elementa čije osobine su između tada poznatih elemenata neodija (60) i samarija (62). Tu pretpostavku je potvrdio 1914. Henry Moseley, koji je nakon što je izmjerio atomske brojeve svih tada poznatih elemenata, pronašao da ne postoji element s atomskim brojem 61. Godine 1926. dvije grupe naučnika (jedna italijanska a druga američka) tvrdile su da su izdvojili uzorak elementa 61. Za oba "otkrića" uskoro se ispostavilo da su lažna. Tokom nuklearnog eksperimenta 1938. izvedenog na Državnom univerzitetu Ohio, dobijeno je nekoliko radioaktivnih nuklida koji zasigurno nisu mogli biti radioizotopi neodija ili samarija, ali zbog tadašnjeg nedostatka hemijskih dokaza da je dobijen element 61, otkriće nije priznato u tadašnjoj nauci. Prometij je prvi put proizveden i opisan u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge 1945. nakon izdvajanja i analize proizvoda fisije uranijskog goriva kojeg su prethodno podvrgli radijaciji u grafitnom reaktoru. Naučnici su predložili naziv prometheum (koji se naknadno neznatno promijenio) što je izvedenica iz imena Prometeja, jednog od Titana iz grčke mitologije koji je po predaji ukrao vatru sa Olimpa i donio je ljudima, što simbolizira "istovremeno i smjelu i moguću zloupotrebu ljudskog znanja". Uzorak metalnog prometija prvi put je dobijen 1963. godine.

Postoje dva moguća izvora prirodnog prometija: rijetki radioaktivni raspad prirodnog izotopa europija-151 čime nastaje prometij-147 te raspadom uranija (nastaju razni izotopi). Praktična upotreba postoji samo za hemijske spojeve izotopa prometija-137, koji se koristi za atomske baterije i svjetleće boje, kao i za uređaje za mjerenje debljine laka ili boje, iako je prometij-145 najstabilniji izotop ovog elementa. Pošto su prirodni izvori prometija vrlo rijetki, on se obično sintetizira bombardiranjem uranija-235 (obogaćivanjem uranija) sa termičkim neutronima čime se kao proizvod fisije dobija prometij-147.

 Historija 
Češki hemičar Bohuslav Brauner je 1902. otkrio da su razlike u osobinama između neodija i samarija najveće među bilo koja dva uzastopna lantanoida u tada poznatom nizu. Kao zaključak on je predložio da između njih postoji još jedan element sa osobinama koje se negdje između ta dva elementa. Ovu procjenu podržao je Henry Moseley 1914. godine koji je otkrio da je atomski broj zapravo osobina nekog elementa koju je moguće eksperimentalno izmjeriti, te je pronašao nekoliko atomskih brojeva koji ne odgovaraju niti jednom poznatom elementu u to vrijeme. Prema njegovim izračunima, postojale su praznine kod atomskih brojeva 43, 61, 72, 75, 85 i 87. Saznavši za ove praznine u periodnom sistemu, brojne grupe naučnika počele su potragu za pretpostavljenim elementima u sastavu drugih rijetkih zemalja iz prirodnog okruženja.

Prvi izvještaj o otkriću objavili su italijanski hemičari Luigi Rolla i Lorenzo Fernandes u Firenci. Nakon što su frakcijskom kristalizacijom izdvajali mješavinu koncentriranih nitrata nekoliko rijetkih zemnih elementata iz uzorka minerala monacita iz Brazila, dobili su rastvor koji je pretežno sadržavao samarij. Taj rastvor dao je spektar x-zraka koji su pripisani samariju i elementu 61. U čast svog grada, elementu 61 dali su naziv "firencij" (florentium). Rezultate su objavili 1926. mada su naučnici tvrdili da su eksperimente obavili dvije godine ranije. Također 1926. godine, grupa naučnika sa Univerziteta Illinios iz Urbana-Champaign, Smith Hopkins i Len Yntema su objavili otkriće elementa 61. Dali su mu naziv "ilinij" (illinium) prema imenu univerziteta. Međutim, za oba ova navodna otkrića kasnije se ispostavilo da su netačna jer su spektralne linije za koje se mislilo da su u korespodenciji sa elementom 61 bile identične onima didimija (smjese prazeodija i neodija), a za linije koje se mislilo da pripadaju elementu 61 ispostavilo se da pripadaju sadržanim primjesama (barij, hrom i platina).

Napokon 1934. Josef Mattauch je formulirao izobarno pravilo. Jedna od indirektnih posljedica ovog pravila bila je ta da element 61 ne može imati stabilnih izotopa. Godine 1938. H. B. Law sa saradnicima na Državnom univerzitetu Ohio izveli su nuklearni eksperiment. Dobijeni nuklidi 1941. godine nisu bili radioizotopi neodija ili samarija, te je za novi element predložen naziv "ciklonij", ali zbog nedostataka hemijskih dokaza da je dobijen element 61, priznanje ovog otkrića u svjetskoj nauci je izostalo.

Tek 1945. u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge (u to vrijeme "Clinton Laboratories") grupa naučnika Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin i Charles D. Coryell izdvojili su i analizirali proizvode fisije uranijevog goriva kojeg su izložili radijaciji u grafitnom reaktoru. Međutim, pošto su bili isuviše zauzeti zbog vojnih istraživanja tokom Drugog svjetskog rata, svoje otkriće nisu objavili sve do 1947. Prvobitno predloženo ime za element 61 bilo je "klintonij", prema laboratoriji gdje su istraživanja obavljena. Međutim, naziv "prometeum" (prometheum) predložila je Grace Mary Coryell, supruga jednog od naučnika. To ime je izvedeno iz imena Prometeja, jednog od Titana iz grčke mitologije koji je ukrao vatru sa planine Olimp i donio je ljudima što simbolizira "istovremeno i smjelu i moguću zloupotrebu ljudskog znanja". Pisanje imena se kasnije neznatno promijenilo u današnje "prometij" (promethium), radi usklađivanja sa imenima većine drugih metala.

 Osobine 
Fizičke
lijevo|mini|Vidljivi spektar prometija
Prometij ima 61 elektron u atomu, koji imaju konfiguraciju [Xe]4f56s2. Pri građenju spojeva, njegov atom gubi dva vanjska, najudaljenija elektrona te jedan od 4f-elektrona, koji pripadaju otvorenoj podljusci. Atomski radijus elementa je treći najveći među svim lantanoidima ali je samo neznatno veći od radijusa susjednih elemenata. On je jedini izuzetak od općeg trenda kontrakcije atoma uz povećanje atomskog radijusa (uzrokovanog kontrakcijom lantanoida) što nije uzrokovano popunjenom (ili polovično popunjenom) 4f-podljuskom.

Mnoge osobine prometija zasnivaju se na njegovom mjestu među lantanoidima te su pretežno između osobina neodija i samarija. Naprimjer, tačka topljenja, prve tri energije ionizacije i energija hidracije su veće nego one kod neodija ali niže nego kod samarija; slično tome, pretpostavljena tačka ključanja, ionski (Pm3+) radijus i standardna toplota formiranja jednoatomnog gasa su više nego kod samarija, ali niže nego kod neodija.

Prometij ima dvostruku heksagonalnu gusto pakovanu (dhcp) strukturu te tvrdoću od 63 kg/mm2. Ova niskotemperaturna alfa forma prelazi u beta, prostorno-centriranu kubičnu (bcc) fazu pri zagrijavanju na 890 °C.

 Hemijske 
Prometij pripada lantanoidnoj grupi cerija te je hemijski vrlo sličan susjednim elementima iz periodnog sistema. Zbog njegove nestabilnosti, hemijske studije o prometiju nisu potpune. Čak iako je dobijeno nekoliko njegovih spojeva, oni nisu sveobuhvatno proučeni, mada općenito uglavnom su ružičaste i crvene boje. Tretiranjem amonijakom kiselih rastvora u kojem su sadržani ioni Pm3+ dobija se želatinozna svijetlo smeđa naslaga hidroksida, Pm(OH)3, koji nije rastvorljiv u vodi. Kada se rastvori u hlorovodičnoj kiselini, nastaje rastvorljiva žuta so . Slično tome, pri otapanju u dušičnoj kiselini dobija se nitrat Pm(NO3)3. Nitrat je također dobro rastvorljiv, a nakon sušenja i uklanjanja vode formiraju se ružičasti kristali, slični Nd(NO3)3. Elektronska konfiguracija iona Pm3+ je [Xe] 4f4, a oni su ružičaste boje. Simbol spektralnog terma stabilnog stanja je 5I4. Sulfat je slabo rastvorljiv, kao i sulfati drugih elemenata grupe cerija. Parametri ćelije su izračunati za njegov oktahidrat. Oni navode na zaključak da je gustoća Pm2(SO4)3·8  oko 2,86 g/cm3. Oksalat prometija, Pm2(C2O4)3·10 , ima najnižu rastvorljivost među svim oksalatima lantanoida.

Za razliku od nitrata, prometij-oksid je dosta sličan odgovarajućim solima samarija ali ne i solima neodija. Neposredno nakon sintetiziranje, npr. zagrijavanjem oksalata, oksid je bijeli ili ljubičasti prah nepravilne strukture. Taj prah se kristalizira u kubičnu rešetku nakon zagrijavanja do 600 °C. Dalje žarenje na temperaturu od 800 °C a zatim i do 1750 °C nepovratno mijenja faze, najprije u monoklinsku a zatim u heksagonalnu, respektivno, a one faze se mogu međusobno mijenjati jednostavnim podešavanjem vremena i temperature žarenja.

 Formula Simetrija Prostornagrupa Br Pearsonovsimbol a (pm) b (pm) c (pm) Z gustoćag/cm3 α-Pm dhcp P63/mmc 194 hP4 365 365 1165 4 7,26 β-Pm bcc Fm3m 225 cF4 410 410 410 4 6,99 Pm2O3 kubična Ia3 206 cI80 1099 1099 1099 16 6,77 Pm2O3 monoklinska C2/m 12 mS30 1422 365 891 6 7,40 Pm2O3 heksagonalna P3m1 164 hP5 380,2 380,2 595,4 1 7,53

Prometij gradi samo jedno stabilno oksidacijsko stanje, +3 u obliku iona, što odgovara drugim lantanoidima. Prema njegovom mjestu u periodnom sistemu, za ovaj element se ne može očekivati da gradi stabilna +4 ili +2 oksidacijska stanja. Tretiranje hemijskih spojeva koji sadrže ione Pm3+ sa snažnim oksidirajućim ili reducirajućim sredstvima pokazalo je da se ovi ione ne mogu lahko oksidirati niti reducirati.

+Halidi prometija Formula Boja Koordijacijskibroj Simetrija Prostornagrupa Br Pearsonovsimbol Tačkatopljenja (°C)PmF3ružičasta11heksagonalnaP3c1165hP241338PmCl3tamnoljubičasta9heksagonalnaP63/mc176hP8655PmBr3crven8ortorompskaCmcm63oS16624α-PmI3crven8ortorompskaCmcm63oS16α→ββ-PmI3crven6romboedarskaR3148hR24695

 Rasprostranjenost 
lijevo|thumb|Uraninit, ruda uranija je nalazište najvećeg dijela prometija na Zemlji
Godine 1934. Willard Libby je objavio da je pronašao slabu beta aktivnost u čistom neodiju, zbog čega mu je pripisao vrijeme poluraspada od preko 1012 godina. Gotovo 20 godina kasnije, naučnici su tvrdili da je element koji se nalazi u prirodnom neodiju u ravnoteži u količinama ispod 10−20 prometija po jednom gramu neodija. Međutim, ova opažanja su opovrgnuta novijim ispitivanjima, jer za svih sedam prirodnih izotopa neodija, svaki pojedini beta raspad (kojeg mogu proizvesti izotopi prometija) je zabranjen prema zakonu o očuvanju energije. Konkretno, pažljiva mjerenja atomskih masa pokazala su da je razlika u masama 150Nd-150Pm negativna (-87 keV), što u potpunosti onemogućava jedan beta raspad 150Nd u 150Pm. Godine 1965. finski hemičar O. Erämetsä izdvojio je tragove 145Pm iz pročišćenog koncentrata rijetkih zemalja i apatita, što je dalo podatak o gornjoj granici rasprostranjenosti prometija u prirodi od 10−21. Smatra se da je ovaj prometij nastao prirodnom nuklearnom fisijom uranija ili djelovanjem kosmičkih zraka na 146Nd.

Oba izotopa prirodnog europija imaju veći višak masa nego suma njihovih potencijalnih alfa "kćerki" i alfa čestica, prema tome oni (u praksi se smatraju stabilnim) možda se mogu raspadati alfa raspadom na prometij. Naučnici u Nacionalnoj laboratoriji Gran Sasso pokazali su da se europij-151 eksperimentalno raspada do prometija-147 uz vrijeme poluraspada od 5 godina. Također je dokazano da je europij "odgovoran" za oko 12 grama prometija u Zemljinoj kori. Alfa raspadi europija-153 još uvijek nisu dokazani, a teoretski se smatra da bi njihovo vrijeme poluraspada bilo toliko dugo (zbog niske energije raspada) da bi se cijeli proces vjerovatno ne bi mogao zapaziti u bliskoj budućnosti.

Najzad, prometij može nastati u prirodi kao proizvod spontane fisije uranija-238. Međutim, moguće je pronaći samo tragove u prirodnim rudama. Naprimjer, uzorak uraninita može sadržavati prometij u koncentraciji od oko četiri dijela na trilion (1018) računato po masi. Prema toj procjeni, uranij je "odgovoran" za oko 560 grama prometija u Zemljinoj kori.

Prometij je detektovan u spektru zvijezde HR 465 u sazviježđu Andromede, a također je nađen i u spektrima zvijezda HD 101065 (zvijezda Przybylskog) i HD 965. Zbog vrlo kratkog vremena poluraspada izotopa prometija, smatra se da se oni formiraju u blizini površine tih zvijezda.

 Upotreba 
Prometij se većinom koristi samo u istraživačke svrhe, izuzev prometija-147 koji se može pronaći i izvan laboratorija. Dobija se kao oksid ili hlorid, u miligramskim količinama. Ovaj izotop ne emitira gama zrake, a njegovo zračenje ima relativno slabu prodornu moć kroz materiju i ima prilično dugo vrijeme poluraspada.

Neki signalni uređaji koriste svjetleće boje koje u sebi sadrže fosfor, čime apsorbiraju beta zračenje koje emitira prometij-147 te na taj način emitiraju svjetlost. Ovaj izotop ne uzrokuje "starenje" fosfora, kao što se to dešava od alfa emitera, pa su takvi svjetlosni izvori stabilni nekoliko godina. Ranije se u iste svrhe koristio izotop radija-226, a kasnije je zamijenjen prometijem-147 i tricijem (vodik-3). Zbog nuklearne sigurnosti prometij ima prednost nad tricijem za takvu vrstu aplikacija.

U atomskim baterijama, beta čestice koje emitira prometij-147 se pretvaraju u električnu struju tako što se mali izvor prometija postavlja u "sendvič" između dvije poluprovodničke ploče. Takve baterije imaju korisni rok trajanja od oko pet godina. Prve baterije zasnovane na prometiju napravljene su 1964. te su generirale "nekoliko milivati snage iz uređaja zapremine od oko 33 cm3, uključujući i zaštitni omotač".

 Reference 

 Literatura 

Vanjski linkovi

It's Elemental – Promethium 
Prometij na sajtu Periodic Videos, Univerzitet u Nottinghamu

Kategorija:Hemijski elementi
Kategorija:Sintetički elementi