Americium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
²³⁸Am	{syn.}	98 min	ε		²³⁸Pu
²³⁸Am	{syn.}	98 min	α		²³⁴Np
²³⁹Am	{syn.}	11,9 h	ε		²³⁹Pu
²³⁹Am	{syn.}	11,9 h	α		²³⁵Np
²⁴⁰Am	{syn.}	50,8 h	ε		²⁴⁰Pu
²⁴⁰Am	{syn.}	50,8 h	α		²³⁶Np
²⁴¹Am	{syn.}	432,2 a	α	5,638	²³⁷Np
²⁴²Am	{syn.}	16,02 h	β	0,665	²⁴²Cm
²⁴²Am	{syn.}	16,02 h	ε	0,751	²⁴²Pu
^242m1Am	{syn.}	141 a	IT	0,049	²⁴²Am
^242m1Am	{syn.}	141 a	α	5,637	²³⁸Np
^242m2Am	{syn.}	14.0 ms	SF	?	?
			α	7,788	²³⁸Np
			IT	2,2	²⁴²Am
²⁴³Am	{syn.}	7370 a	α	5,438	²³⁹Np

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung ^[2] Keine Einstufung verfügbar
R- und S-Sätze	R: siehe oben
R- und S-Sätze	S: siehe oben

weitere Sicherheitshinweise

Radioaktivität

Radioaktives Element

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Americium ist ein ausschließlich künstlich erzeugtes chemisches Element mit dem Symbol Am und der Ordnungszahl 95 im Periodensystem der Elemente. Es gehört zur Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block) und zählt auch zu den Transuranen. Neben Europium ist Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element.

Bei Americium handelt es sich um ein radioaktives Metall, es hat ein silbrig-weißes Aussehen und ist leicht verformbar. Es wird in Kernreaktoren gebildet, eine Tonne abgebrannten Kernbrennstoffs enthält durchschnittlich etwa 100 g des Metalls.

Americium wurde im Spätherbst 1944 erstmalig aus dem leichteren Element Plutonium erzeugt, die Entdeckung wurde zunächst nicht veröffentlicht. Kurioserweise wurde dessen Existenz in einer amerikanischen Radiosendung für Kinder durch den Entdecker Glenn T. Seaborg, dem Gast der Sendung, der Öffentlichkeit preisgegeben, der die Frage eines jungen Zuhörers bejahte, ob neue Elemente entdeckt worden seien.

Americium wird als Quelle für ionisierende Strahlung eingesetzt, z.B. in der Fluoreszenzspektroskopie und in Ionisationsrauchmeldern. Americium wurde wegen seiner gegenüber Plutonium ²³⁸Pu wesentlich längeren Halbwertszeit von 432,2 Jahren zur Befüllung von Radioisotopengeneratoren (RTG) von Raumsonden vorgeschlagen, welche dann hunderte Jahre lang elektrische Energie zum Betrieb bereitstellen.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Vorkommen
3 Gewinnung und Darstellung
4 Isotope
5 Eigenschaften
- 5.1 Physikalische Eigenschaften
- 5.2 Chemische Eigenschaften
6 Verwendung
7 Sicherheitshinweise
8 Verbindungen und Reaktionen
- 8.1 Oxide
- 8.2 Halogenide
9 Einzelnachweise
10 Literatur
11 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Glenn T. Seaborg

Americium wurde im Spätherbst 1944 von Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Leon O. Morgan und Albert Ghiorso im 60-Inch-Cyclotron an der Universität von Californien in Berkeley sowie am metallurgischen Laboratorium der Universität von Chicago entdeckt (heute: Argonne National Laboratory). In ihren Versuchsreihen wurden der Reihe nach vier verschiedene Isotope erzeugt: ²⁴¹Am, ²⁴²Am, ²³⁹Am und ²³⁸Am.^[3]^[4]^[5]

Das erste Isotop, das ²⁴¹Am, isolierten sie aus einer Plutonium-Probe, die mit Neutronen bestrahlt wurde. Es zerfällt durch Aussendung eines α-Teilchens in ²³⁷Np. Die Halbwertszeit dieses α-Zerfalls wurde erstmals auf 510±20 Jahre bestimmt (432,2 a^[6]).

$\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{240}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{241}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow [14,35 \ a]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am \ (\ \xrightarrow [432,2 \ a]{\alpha} \ ^{237}_{\ 93}Np)}$

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Das zweite Isotop, das ²⁴²Am, wurde durch erneuten Neutronenbeschuss des zuvor erzeugten ²⁴¹Am gefunden. Durch nachfolgenden raschen β-Zerfall entsteht dabei ²⁴²Cm, das zuvor schon entdeckte Curium. Die Halbwertszeit dieses β-Zerfalls wurde erstmals auf 17 Stunden bestimmt (16,02 h^[6]).

$\mathrm{^{241}_{\ 95}Am \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am \ (\ \xrightarrow [16,02 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm)}$

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Nach Neptunium und Plutonium war es das vierte Transuran, das seit dem Jahr 1940 entdeckt wurde; das um eine Ordnungszahl höhere Curium wurde als drittes schon im Sommer 1944 erzeugt. Der Name „Americium“ wurde in Analogie zu Europium gewählt, der seltenen Erde, die im Periodensystem genau über Americium steht. Erstmals öffentlich bekannt gemacht wurde die Entdeckung des Elementes in der amerikanischen Radiosendung Quiz Kids am 11. November 1945 durch Glenn T. Seaborg, noch vor der eigentlichen Bekanntmachung bei einem Symposium der American Chemical Society: Einer der jungen Zuhörer fragte den Gast der Sendung, Seaborg, ob während des Zweiten Weltkrieges im Zuge der Erforschung von Nuklearwaffen neue Elemente entdeckt wurden. Seaborg bejahte die Frage und enthüllte dabei auch gleichzeitig die Entdeckung des nächsthöheren Elementes, Curium.^[7]

Americium (²⁴¹Am, ²⁴²Am) und ihre Produktion wurde später unter dem Namen „ELEMENT 95 AND METHOD OF PRODUCING SAID ELEMENT“ patentiert, wobei als Erfinder nur Glenn T. Seaborg angegeben wurde.^[8]

[Bearbeiten] Vorkommen

Americiumisotope entstehen in Supernovaexplosionen und kommen auf der Erde wegen ihrer im Vergleich zum Alter der Erde niedrigen Halbwertszeit nicht vor.

[Bearbeiten] Gewinnung und Darstellung

Americium fällt in geringen Mengen in Atomreaktoren an. Es steht heute lediglich in Mengen von wenigen Kilogramm zur Verfügung. Eine Tonne abgebranntes Spaltmaterial aus einem Kernreaktor soll 100 Gramm Americium enthalten.^[9] Americium wird über Plutonium ²³⁹Pu in Kernreaktoren mit hohem ²³⁸U-Anteil zwangsläufig erbrütet, da ²³⁹Pu aus diesem durch Neutroneneinfang und zwei anschließende Betazerfälle (über ²³⁹U und ²³⁹Np) entsteht.

$\mathrm{^{238}_{\ 92}U \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow \ ^{239}_{\ 92}U \ \xrightarrow[23,5 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np \ \xrightarrow[2,3565 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}$

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Danach wird, wenn es nicht zur Kernspaltung kommt, aus dem Plutonium ²³⁹Pu, neben anderen Nukliden, durch stufenweisen Neutroneneinfang (n,γ) und anschließendem Betazerfall ²⁴¹Am oder ²⁴³Am erbrütet.

$\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow {2(n,\gamma)} \ ^{241}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow [14,35 \ a]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am}$

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Erst 70 Jahre, nachdem der Brutprozess beendet wurde, erreichen die Brennstäbe ihren Maximalgehalt von ²⁴¹Am; danach nimmt der Gehalt wieder (langsamer als der Anstieg) ab.^[10]

Aus dem so entstandenen ²⁴¹Am kann durch weiteren Neutroneneinfang im Reaktor ²⁴²Am entstehen:

$\mathrm{^{241}_{\ 95}Am \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am}$

Für die Erbrütung von ²⁴³Am ist zunächst ein vierfacher Neutroneneinfang des ²³⁹Pu (n,γ) erforderlich:

$\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow {4(n,\gamma)} \ ^{243}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow [4,956 \ h]{\beta^-} \ ^{243}_{\ 95}Am}$

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Da der Brutprozess zur Erzeugung von ²⁴¹Am kürzer ist als der zu ²⁴³Am, ist er effektiver und die Ausbeute höher.

[Bearbeiten] Isotope

Von Americium sind 16 Isotope und 11 Kernisomere mit Halbwertszeiten zwischen Bruchteilen von Mikrosekunden und 7370 Jahren bekannt.

Es gibt zwei langlebige α-strahlende Isotope Americium ²⁴¹Am mit 432,2- und Americium ²⁴³Am mit 7370 Jahren Halbwertszeit. Außerdem hat das Kernisomer Americium ^242m1Am mit 141 Jahren eine lange Halbwertszeit. ²⁴¹Am gibt nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,35 % die gesamte Zerfallsenergie mit dem Alphateilchen ab, sondern emmitiert meistens noch ein oder mehrere Gammaquanten.^[11]

Americiumisotope mit ungerader Neutronenzahl sind oft gut durch thermische Neutronen spaltbar.

→ Liste der Americiumisotope

[Bearbeiten] Eigenschaften

Etwas Americium in einer Glasampulle

[Bearbeiten] Physikalische Eigenschaften

Americium ist ein künstliches, radioaktives Element. Frisch hergestelltes Americium ist ein silberweißes Metall, welches jedoch bei Raumtemperatur langsam matt wird. Es ist leicht verformbar. Sein Schmelzpunkt beträgt 1176 °C, der Siedepunkt liegt bei 2607 °C.

[Bearbeiten] Chemische Eigenschaften

Die stabilste Oxidationsstufe für Americium ist +3. Es ist auch in den Oxidationsstufen +2 und +4 zu finden (auch + 5 und +6). In wässriger Lösung ist das Am³⁺-Ion gelbrosa gefärbt, das Am⁴⁺-Ion gelbrot.^[12]

[Bearbeiten] Verwendung

Rauchmelder

Americium ²⁴¹Am wird als Quelle für ionisierende Strahlung eingesetzt. Anwendungsgebiete sind die Fluoreszenzspektroskopie und Ionisationsrauchmelder.

Americium ²⁴¹Am wurde wegen seiner gegenüber Plutonium ²³⁸Pu wesentlich längeren Halbwertszeit und nur geringfügig stärkeren Strahlung, zur Befüllung von Radioisotopengeneratoren (RTG) von Raumsonden vorgeschlagen. Dank seiner Halbwertszeit von 432,2 Jahren könnte ein RTG mit ²⁴¹Am-Füllung hunderte Jahre lang – anstatt nur einige Jahrzehnte (wie mit Plutonium ²³⁸Pu-Füllung) – elektrische Energie zum Betrieb einer Raumsonde bereitstellen.^[13]^[14]

Americium ^242m1Am wurde wegen seiner kleinen Kritischen Masse als Spaltmaterial vorgeschlagen, um Raumschiffe mit Kernenergieantrieb anzutreiben.^[15]

[Bearbeiten] Sicherheitshinweise

Americium ²⁴¹Am gibt beim radioaktiven Zerfall große Mengen relativ weicher Gammastrahlung ab, die sich gut abschirmen lässt. Größere Mengen können deshalb nicht mehr von Hand bearbeitet werden.^[14]^[16]^[17]

[Bearbeiten] Verbindungen und Reaktionen

Americium ist ein sehr reaktionsfähiges Element, das schon mit Luftsauerstoff reagiert und sich gut in Säuren löst. Gegenüber Alkalien ist es stabil.

Je nach Oxidationszahl variiert die Farbe von Americium in wässriger Lösung ebenso wie in festen Verbindungen: Am³⁺ (gelbrosa), Am⁴⁺ (gelbrot), AmO₂⁺ (gelb), AmO₂²⁺ (zitronengelb), (AmO₆^5- (dunkelgrün)).^[12] Die Oxidationsstufe +3 ist die stabilste. Im Gegensatz zum homologen Europium – Americium hat eine zu Europium analoge Elektronenkonfiguration – kann Am³⁺ in wässriger Lösung nicht zu Am²⁺ reduziert werden. Verbindungen mit Americium ab Oxidationszahl +4 aufwärts sind starke Oxidationsmittel, vergleichbar dem Permanganat-Ion MnO₄^- in saurer Lösung.^[12]

[Bearbeiten] Oxide

Bekannt sind folgende Oxide:^[18]

Americium(II)-oxid (AmO)
Americium(III)-oxid (Am₂O₃)
Americium(IV)-oxid (AmO₂)

[Bearbeiten] Halogenide

Bekannt sind folgende Halogenide:^[19]

Americium(III)-fluorid (AmF₃)
Americium(IV)-fluorid (AmF₄)
Americium(II)-chlorid (AmCl₂)
Americium(III)-chlorid (AmCl₃)
Americium(II)-bromid (AmBr₂)
Americium(III)-bromid (AmBr₃)
Americium(II)-iodid (AmI₂)
Americium(III)-iodid (AmI₃)

[Bearbeiten] Einzelnachweise

↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Americium) entnommen.
↑ In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
↑ G. T. Seaborg, R. A. James, and L. O. Morgan, The New Element Americium (Atomic Number 95), NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14B The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.1, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949.
↑ The New Element Americium (Atomic Number 95); Abstract.
↑ The New Element Americium (Atomic Number 95); Maschinoskript (Januar 1948).
↑ ^a ^b G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, in: Nuclear Physics, Bd. A 729, 2003, S. 3–128.
↑ C&EN: It's Elemental: The Periodic Table – Americium.
↑ Patent Nr. 3156523 bei Google Patents.
↑ Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente Urania-Verlag; Leipzig, Jena, Berlin 1979; keine ISBN; S. 233.
↑ BREDL Southern Anti-Plutonium Campaign.
↑ Alphazerfall von Americium ²⁴¹Am mit Entstehung von Gammastrahlen.
↑ ^a ^b ^c Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1956; ISBN 978-3-11-017770-1.
↑ en:Radioisotope_thermoelectric_generator#Fuels.
↑ ^a ^b Nuklide für RTGs (PDF) letzte Seite.
↑ Extremely Efficient Nuclear Fuel Could Take Man To Mars In Just Two Weeks.
↑ Public Health Statement for Americium Abschnitt 1.5.
↑ Los Alamos National Laboratory – Americium.
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1972; ISBN 978-3-11-017770-1.
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1969; ISBN 978-3-11-017770-1.

[Bearbeiten] Literatur

Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007; ISBN 978-3-11-017770-1.
L. R. Morss, N. M. Edelstein, J. Fuger: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1.
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Band 7 a, Transurane: Teil A 1 I, S. 30–34; Teil A 1 II, S. 18, 315–326, 343–344; Teil A 2, S. 42–44, 164–175, 185–188; Teil B 1, S. 57–67.