Америций, Americium, Am, атомный номер 95, атомный вес 243. Назван от слова «Америка» (по месту открытия). Г. Сиборг дал название с учетом положения элемента 95 в «ряду актинидов» периодической системы Менделеева. Элемент 95 закономерно был помещен под схожим с ним элементом 63 в «ряду лантанидов». Элемент с номером 63 - европий - получил свое название в честь Европы, по аналогии с ним элементу с номером 95 было присвоено в честь Америки название америций. Радиоактивен, наиболее устойчив изотоп 243 Am (Т=7370 лет).

Америций - четвертый синтезированный трансурановый элемент (кюрий, элемент №96, был открыт несколькими месяцами ранее). Он был идентифицирован Г. Т. Сиборгом, А. Гиорсо, Р. Джеймсом и Л. Морганом в 1944 году в результате облучения изотопов плутония нейтронами в реакторе как 241 Am.


Америций был так же получен Сиборгом путем бомбардировки 234 Pu α-частицами.

Америций / Americium (Am)

Атомный номер 95

Внешний вид серебристо-белый радиоактивный металл

Атомная масса (молярная масса) 243,0614 а.е.м. (г/моль)

Радиус атома 173 пм

Плотность 13,67 г/см³

Температура плавления 1267 K

Теплота плавления (10,0) кДж/моль

Температура кипения 2 880 K

Теплота испарения 238,5 кДж/моль

Молярный объём 20,8 см³/моль

Америций - металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Америций медленно тускнеет в сухом воздухе при комнатной температуре. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме обладает двойной плотно упакованной гексагональной структурой, плотность 13.67, которая при 1173°С преобразуется в гранецентрированную кубическую.

Относительная экологическая опасность 1,0-1,2. Содержание в земной коре 0,0003%.

В 1972 году синтезированы первые соединения двухвалентного америция. Промышленное получение изотопов америция основано на облучении нейтронами 238 U, 237 Np и 235 Pu. Для получения некоторых изотопов америция могут быть использованы отдельные изотопы самого элемента. Так, 248 Аm и 243 Аm могут быть получены облучением гамма-нейтронным излучением 241 Аm и 244 Аm. Изотопы америция с массовыми числами 241, 245 и 246 являются дочерними продуктами изотопов плутония с такими же массовыми числами. Некоторые изотопы америция образуются при испытаниях ядерного оружия. Потребность в 241 Аm составляет около 10 кг в год.

Очень важно, что каждый из америциевых ионов дает ярко выраженный и характерный только для него спектр поглощения. Это позволяет эффективно использовать спектрофотометрический метод для исследования окислительно-восстановительных процессов, происходящих с ионами америция в растворах. А это важно не только для химии трансурановых элементов, но и для понимания механизма окислительно-восстановительных реакций вообще. В этом следует видеть одно из важных практических применений искусственного элемента америция. 241 Аm используют в различных приборах (дефектоскопах, плотномерах, толщиномерах и т. д.) в качестве источника мягких γ-квантов; при изготовлении источников энергии с низкой тепловой мощностью, а также источников α-излучения, применяемых для снятия статических зарядов; для возбуждения рентгенофлуоресценции в анализе. Важным является использование 241 Аm для получения изотопа кюрия-242.

Самый долгоживущий изотоп америция - 243 Am, он живет 7400 лет и используется пока для радиохимических исследований и накопления более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия. Значительно многообразие применение изотопа - 241 Am (период полураспада 433 года). Этот изотоп, распадаясь, испускает α-частицы и мягкие (60 кэВ) γ-лучи (энергия жестких γ квантов, испускаемых 60 Со - несколько МэВ). Защита от мягкого излучения 241 Am сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В этом одна из причин появления многочисленных приборов с 241 Am. В частности, предложена конструкция просвечивающего аппарата размером чуть больше спичечного коробка для медицинских целей. Америциевый источник γ-излучения - шарик диаметром 3-4 сантиметра - основа такого аппарата, которому, кстати, в отличие от рентгеновской установка не нужна громоздкая высоковольтная аппаратура - трансформаторы, выпрямители, усилители и т. д. Источник мягкого γ-излучения с 241 Am используется для изучения болезней щитовидной железы. Стабильный йод, присутствующий в щитовидной железе, под действием гамма-лучей начинает испускать слабое рентгеновское излучение. Его интенсивность пропорциональна концентрации йода в исследуемой точке.

Такая установка позволяет получить сведена о распределении йода в железе, не вводя радиоактивный изотоп внутрь организма. Суммарная доза облучения пациента намного ниже, чем при радиойодном способе обследования.

В промышленности используются различные контрольно-измерительные и исследовательские

Приборы с 241 Am. В частности, такими приборами пользуются для непрерывного измерения толщины стальной (от 0.5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с 241 Am используют для снятия электростатических зарядов в промышленности с пластмасс, синтетических пленок и бумаги. Он находится внутри детекторов дыма (~0.26 микрограмма на детектор).

Смесь 241 Am и 9 Be – источник нейтронов в дефектоскопии. 241 Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде 241 Pu:

241 Pu → (13.2 года, β-распад) → 241 Am.

Так как 241 Pu обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, 241 Am

Накапливается в веществе с распадом 241 Pu. В связи с этим, он играет важную роль в старении оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0.5-1.0% 241 Pu, реакторный плутоний имеет от 5-15% до 25% 241 Pu. Через несколько десятилетий почти весь 241 Pu распадется в 241 Am. Энергетика α-распада 241 Am и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход. Большая часть α- и γ-активности старого оружейного плутония обусловливается 241 Am.

Полагают, что найдет применение и более короткоживущйй (152 года) изотоп - 242 Аm, которому свойственно очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов - около 6000 барн.

Источниками поступления америция в окружающую среду являются испытания ядерного оружия, атомные электростанции и аварии при производстве и применении радионуклида. Содержание глобального америция в окружающей среде постоянно увеличивается в связи с распадом 241 Рu.

При работе с радиоактивными изотопами америция необходимо соблюдать санитарные правила и нормы радиационной безопасности с применением специальных мер защиты в соответствии с классом работ.

При аварийном поступлении изотопов америция промывание носоглотки и полости рта водой; лечебные ингаляции 5—10 % раствором пентацина. Промывание желудка, слабительные, очистительные клизмы. Дезактивация кожи хозяйственным мылом, 5 % раствором пентацина, препаратом «Защита-7» и пастой-116.

Araerieium; от назв. континента Америка (America)]. Am — искусственно полученный paдиоактивный хим. элемент; ат. в. 95; относится к актиноидам. Блестящий серебристо-серый металл, более тягучий и ковкий, чем металлические и . Проявляет степень окисления от +2 до +7, наиболее стойкая степень окисления в водном растворе +3, в твердых соединениях +3 и +4. Впервые синтезирован и идентифицирован в 1945 амер. учеными Г. Сиборгом, Л, Морганом, Р.Джеймсом и А. Гиорсо в виде изотопа 241Аm, к-рый образовывался в нейтронном потоке ядерного реактора после захвата изотопом 239Pu двух нейтронов в последующего бета-распада.

Стабильных изотопов не имеет. Известны 11 изотопов америция с массовыми числами от 237 до 247. Наиболее долгоживу-щие - альфа-радиоактивные 243Am и 241Ат с периодами полураспада соответственно 7370 и 435 лет. В осн. состоянии изотоп 242Ат - бета-излучатель с периодом полураспада 16 ч. В зависимости от т-ры А. существует в трех модификациях. При комнатной т-ре альфа-модификация с двойной гексагональной структурой плотной упаковки, подобной структуре альфа-лантана, с периодами решетки а ₒ = 3,468 + 0,008А и с ₒ = 11, 241 ± 0,003А. При т-ре выше 600° С - устойчивая гранецентрированная кубическая структура с периодом решетки а ₒ = 4,894 ± 0,005А. Каких-либо определенных данных о третьей модификации нет; предполагается, что она имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Плотность А. 13,871 ± 0,005 г/см ³ ; tпл 1173° С; tкип 2607° С; коэфф. термического расширения (т-ра 20° С) равны: α ₐ (7,5 ± 0,2) 10 — 6 град — ¹ , α c = (6,2 ± 0,4) 10 — 6 град — ¹ .

Металлический америций гораздо более электроположителен, чем , или , и может быть получен только при действии сильных восстановителей на его безводные соединения при высокой т-ре. Наилучшими восстановителями являются и . Подобно др. актиноидам америций энергично реагирует с газообразным водородом. Изотоп 241Ат служит исходным материалом для получения в реакторах трансурановых элементов с высшими атомными номерами. Около 36% альфа-распадов изотопа 241 Am сопровождается гамма-излучением с энергией около 60 км, к-рое используют для многих измерительных и калибровочных целей. В смеси с бериллием изотоп шАт применяют для создания источников нейтронов.

Лит.: Мясоедов Б. Ф. [и др.]. Аналитическая химия трансплутониевых элементов. Мм 1972; Мс Whan D. В., Cunningham В. В., Wallmann J. С. Crystal structure, thermal expansion and melting point of americium metal. ((Journal of Jnorganic and Nuclear Chemistry», 1962,v. 24, № 9; Хайд Э., Перлман И., Сибоpг Г. Ядерные свойства тяжелых элементов, в. 1. Трансурановые элементы. Пер. с англ. 1967.

Статья на тему Америций химический элемент

Америций амери́ций

(лат. Americium), химический элемент III группы периодической системы, относится к актиноидам. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 243 Am (период полураспада 7370 лет). Название от слова «Америка» (по месту открытия). Серебристый металл, плотность 13,67 г/см 3 , t пл 1173ºC. Получен искусственно. Смесь 241 Am и 9 Ве - источник нейтронов в дефектоскопии.

АМЕРИЦИЙ

АМЕРИ́ЦИЙ (лат. Americium), Am (читается «америций»), радиоактивный искусственно полученный химический элемент с атомным номером 95. Актиноид. Расположен в группе IIIB периодической системы, в 7-м периоде. Наиболее долгоживущие нуклиды: 243 Am (период полураспада T 1/2 = 7370 лет), 242 m Am(T 1/2 = 141 год) и 241 Am (432,1 года). Электронная конфигурация трех внешних слоев невозбужденного атома америция 5s 2 p 6 d 10 f 7 6s 2 p 6 7s 2 . В соединениях проявляет степени окисления от +2 до +7, наиболее характерна +3 (валентность III).
Радиус нейтрального атома америция 0,174 нм, радиус ионов: Am 3+ , Am 4+ , Am 5+ и Am 6+ - 0,0962, 0,0888, 0.0860 и 0,0800 нм. Энергия ионизации нейтрального атома америция 5,99эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,2.
История открытия
Америций впервые получен в 1944-45 группой американских исследователей (Г. Сиборг (см. СИБОРГ Гленн Теодор) , Р. Джеймс, Л. Морган и А. Гиорсо) за счет облучения нейтронами плутония-239. Ядро плутония-239 после захвата нейтрона испытывает b- превращение, в результате которого образуется америций-240. Название получил от слова «Америка» по аналогии с европием в семействе лантаноидов, где европий занимает такое же, шестое, место, как и америций в семействе актиноидов (см. АКТИНОИДЫ) .
Получение
Америций (нуклид 241 Am) в килограммовых количествах ежегодно извлекают из отработанного ядерного горючего.
Физические и химические свойства
Америций - высокорадиоактивный серебристый металл. Светится в темноте за счет собственного a-излучения. Температура плавления 1173 °C, температура кипения 2607 °C, плотность 13,76 г/см 3 . Ниже 600 °C устойчива a-модификация с двойной гексагональной решеткой, выше - b-модификация с кубической решеткой. При высоких давлениях получены еще две модификации америция.
По химическим свойствам америций подобен лантаноидам. Окисляется кислородом, при его недостатке давая оксид AmO. При прокаливании многих соединений америция (III) на воздухе образуется черный диоксид AmO 2 . Восстановление этого соединения водородом приводит к образованию Am 2 O 3 . Взаимодействуя с разбавленными кислотами, образуют соли Am 3+ . В растворах америций может существовать в виде катионов Am 3+ , Am 4+ , AmO 2 + и AmО 2 2+ . Все эти катионы образуют большое число различных соединений. Для америция (IV) и америция (V) в водных растворах характерны процессы диспропорционирования. Так, америций (IV) диспропорционирует на америций (III) и америций (V) плюс америций (VI). Америций (V) и америций (VI) в водных растворах выступают как окислители и легко восстанавливаются до америция (III).
Применение
Америций используют при синтезе более тяжелых элементов. В смеси с бериллием 241 Am применяют в качестве источников нейтронов.
Физиологическое действие
Америций высоко токсичен. Значение ПДК для америция в воздухе около 1·10 -4 Бк/л, в воде водоемов около 70-80 Бк/л.


Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "америций" в других словарях:

    - (Americium), Am, искусственный радиоактивный химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 95; относится к актиноидам; металлический Америций получен в 1944 американскими физиками Г. Сиборгом, Л. Морганом, Р. Джеймсом, А.… … Современная энциклопедия

    - (лат. Americium) Am, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 95, относится к актиноидам. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 243Am (период полураспада 7370 лет). Название от слова Америка (по месту открытия).… … Большой Энциклопедический словарь

    - (символ Am), радиоактивный элемент из ряда АКТИНИДОВ, впервые полученный в 1944 г. путем бомбардировки плутония нейтронами. Он используется в противопожарных детекторах; 241Аm используют как источник гамма излучения. Свойства: атомный номер 95,… … Научно-технический энциклопедический словарь

    Сущ., кол во синонимов: 6 актинид (14) актиноид (16) амерций (1) … Словарь синонимов

    Am искусственный радиоактивный химический элемент III группы периодической системы; атомный номер 95, массовое число наиболее долгоживущего изотопа 243; относится к актиноидам; в смеси с бериллием используется для создания нейтронных источников.… … Термины атомной энергетики

Назван америцием в честь европия. Где логика? Она кроется в исторических фактах.

Европий – элемент группы лантаноидов, обнаружен в Старом Свете и наречен в честь него. Америций входит в семейство трансурановых элементов.

У всех них есть 5f-оболочка, как у всех лантаноидов – 4f. На последних электронных уровнях европия и америция равное число частиц – 6.

Поэтому, элементы и сравнили. Последний открыли позже, в 1944-ом году, в американском городе Чикаго. Выяснив сходства элемента с европием, решили назвать в честь Америки.

Свойства америция

Найти америций в природе не удалось. Его получили в 1944-ом году путем нейтронного облучения .

Не трудно догадаться, что новый элемент – тоже металл и тоже радиоактивен. Цвет у вещества серебристо-белый.

Металлический сочетается и с другими свойствами металлов. Так, элемент америций пластичный и , чем, опять же, напоминает вещества из группы лантаноидов.

Аллотропных форм у америция две. Имеются в виду различные модификации одного и того же элемента.

Разница заключается в строении кристаллической решетки. До 600-от градусов ее ячейки шестиугольные.

Плотность низкотемпературного америция равна почти 14-ти граммам на кубический сантиметр.

После 600-от градусов кристаллическая решетка металла преобразуется в кубическую гранецентрированного типа.

Это значит, что кубы составлены из 14-ти атомов: по одному в каждой из вершин и по одному в середине каждой из граней.

Америций – химический элемент , высокотемпературная форма которого нередко представлена расплавом.

Размягчается вещество при 1175-ти градусах. Закипает америций при температуре в 2607 по Цельсия.

Если аллотропных форм у вещества две, то изотопов больше. Наиболее известны три.

Первым открыли америций 241. Период полураспада составляет 433 года. Есть еще 242-ой и 243-ий изотопы.

Последний распадается почти в 4 раза быстрее, чем америций 241 . 243-ий же нуклид долгоживущий. У этого америция период полураспада равен почти 8000 лет.

Изотопы америция имеют альфа-излучение. Поэтому, металл светиться в темноте.

В люминесцентные краски элемент, по причине радиоактивности, не добавляют.

У 95-го металла (именно под таким номером америций стоит в ), есть иное применение.

Применение америция

95-ый элемент рассматривается в качестве основы для просвечивающих аппаратов медицинского назначения.

Они призваны заменить громоздкие рентген-машины. Последние, нуждаются в высоковольтной аппаратуре. Она-то и громоздка.

Америций же излучает малоэнергичные гамма-кванты. Их энергия равна всего 60-ти килоэлектронвольтам. Характер излучения постоянный.

Для защиты от него достаточно сантиметрового слоя . В итоге, можно создать просвечивающую размером всего со спичечный коробок.

Первые опыты по применению америция в медицине проведены в США. Так, Поль Хофер из Национального госпиталя Аргонны использовал источник мягкого гамма-излучения для борьбы с болезнями щитовидной железы.

В ней всегда есть стабильный . В гамма-лучах он испускает рентгеновское излучение с интенсивностью, пропорциональной концентрации йода в исследуемой точке.

Так можно получить информацию о распределении йода в . Раньше, для этого приходилось вводить радиоактивные изотопы внутрь железы.

Такое обследование именуют радиоидным. Облучение, получаемое при исследованиях с помощью америция, в разы меньше.

Производителям контрольно-измерительных приборов тоже нужен америций. Применение находит лишь 241-ый изотоп.

С помощью его мягкого гамма-излучения непрерывно замеряют толщину стальной ленты.

Процедура возможна, если ее толщина не превышает 3-ех миллиметров и не меньше 0,5. Измерить можно и толщину лент толщиной уже до 5-ти сантиметров.

Листовое , кстати, тоже подвергают гамма-излучению. Метод освоен в нескольких странах Европы и США.

Америций периодически применяют и на производстве пластмасс. Радиоактивный элемент помогает снять с них электростатическое напряжение.

Снять заряды аппаратура с 95-ым элементом помогает, так же, с и синтетических пленок.

О применении 242-го изотопа америция лишь говорят. Нуклид подойдет в качестве топлива для сверхкомпактных реакторов.

Такие устанавливаются, к примеру, на межпланетных космических судах. В 242-ом изотопе америция ядерщиков привлекает высокое сечение деления тепловыми нейтронами и большое количество нейтронов, получаемых на одном делении.

Под большим числом нейтронов имеется в виду 3,6. Вполне подходит для реакторов с критической массой до 4-ех килограммов.

243-ий изотоп применяют лишь для научных исследований, в частности, в качестве накопителя более отдаленных трансуранов.

Накопить можно даже фермий, а его номер в таблице Менделеева – 100. Получен, кстати, тоже путем.

Что же касается получения 243-го изотопа америция, оно стало возможным лишь в 1970-ых.

241-ый нуклид извлекают из продуктов распада плутония килограммами, а 243-ий добывают лишь миллиграммами и с большим трудом.

Это еще одна причина, по которой ученые и промышленники не стремятся искать сферы применения самого долгоиграющего изотопа 95-го элемента.

Добыча америция

Поскольку широко применим лишь 241-ый нуклид америция, на его получении и остановимся. В природе элемент не встречается.

Весь америций, который есть на планете, «добыт» при нейтронном облучении 241-го плутония. Его же берут из атомных реакторов.

Там, 241-ый плутоний образуется при захвате 238-го нейтрона урана. То есть, сырье для америция является отходом атомного топлива.

Получение америция состоит из 6-ти этапов. Сначала, из 238-го урана «рождается» 239-ый.

Потом, через бета-распад, он преобразуется в 239-ый нептуний. Следом получают 239-ый плутоний.

Потом, его нейтронное облучение дает уже 240-ой изотоп. Его преобразуют в 241-ый плутоний.

Остается применить бета-распад, чтобы получить 241-ый америций. На это уходит 13 с лишним лет.

Заметим, что можно получить не только чистый металл, но и диоксид америция .

Его извлекают из растворов, в которых содержатся катионы 95-го элемента. Растворы, так же, берут из радиоактивных, или производственных отходов.

Получается, возможно вторичное использование сырья, не пошедшего в дело в заводских условиях.

Америций из растворов извлекают соосаждением. Носителем служит оксалат .

Срединный продукт – оксалат 95-го металла. Диоксид из него получают путем прокаливания.

Цена америция

Америций входит в список самых дорогих веществ. Замыкает перечень плутоний, за один грамм которого дают 4 тысячи долларов США.

За америций же дают около 140 тысяч условных единиц, причем, за тот же грамм.

Расход элемента во всех сферах его применения измеряется в микрограммах, поэтому, затраты оправданны, окупаются, особенно, учитывая длительный период полураспада.

Самым же дорогим веществом на Земле признана антиматерия. За нее дают 62 триллиона долларов.

Пока, ученым не удается создать буферную зону, где антиматерия сможет «ужиться» с обычной. Суть нового вещества в обратном строении.

Не отрицательные частицы вращаются вокруг тяжелой положительной, а положительные близ массивной отрицательной.

Так что, на данном этапе интересоваться закупками антиматерии могут лишь ученые. Практического применения вещество, пока, не имеет.

Вначале – несколько слов об одном из самых приятных парадоксов науки. Так бывает довольно часто: попытки исследователя преодолеть экспериментальные трудности приводят к результатам, намного более важным, чем решение первоначальной задачи.

Рождение актиноидной теории

1944 год. Работа, связанная с получением и химическим выделением элемента №94 – плутония , завершена. Группа ученых Металлургической лаборатории Чикагского университета* во главе с Гленном Т. Сиборгом (в нее входили также А. Гиорсо, Р. Джеймс и Л. Морган) переключилась на поиски следующих – трансплутониевых элементов.

* Сейчас это Аргоннская национальная лаборатория – один из ведущих исследовательских центров США в области ядерной физики.

Чтобы получить их, образцы плутония бомбардировали нейтронами и дейтронами, а затем, исследуя облученные мишени, пытались обнаружить характерное для нового элемента альфа-излучение. Новые элементы могли и должны были образоваться и при непосредственном взаимодействии ядер плутония с бомбардирующим дейтроном (заряд увеличивается на единицу), и при бета-распаде «перегруженных» нейтронами новых изотопов. Серия последовательных бета-превращений могла «сдвинуть вправо» номер элемента на несколько единиц. Таким образом, бомбардируя плутоний нейтронами, физики уповали на бета-распад как на средство достижения цели. А на альфа-распад – как на своего рода индикатор, ибо для надежной ядерно-физической идентификации нового изотопа нужно знать не только период полураспада его атомных ядер, но и энергию испускаемых альфа-частиц. Для радиоактивного изотопа это почти такая же индивидуальная характеристика, как для элемента линии рентгеновского спектра.

Ориентация прежде всего на физическую идентификацию новых элементов объяснялась главным образом аномальными химическими свойствами первых трансуранов. Вопреки ожиданиям нептуний и плутоний оказались больше похожи на уран, чем на рений и осмий. А ведь по логике периодической системы (как представлялось в то время) элементы №93 и 94 должны были занять места в VII и VIII группах.

Впрочем, еще в 20-х годах великий датчанин Нильс Бор высказал предположение, что и в седьмом периоде таблицы Менделеева должна быть группа очень близких по свойствам элементов, подобная группе лантаноидов в шестом периоде. Но где, с какого элемента начнется второй «интерпериодический узел» периодической системы, – этого не знали ни Бор, ни Сиборг – никто.

Судя по свойствам нептуния и плутония, полагали, что, видимо, эта группа начинается с урана. Для ее членов – уранидов самая характерная валентность 6+. Именно эту валентность обычно проявляли элементы №93 и 94. А раз так, то и новый элемент №95 должен быть шестивалентным. Следовательно, выделить его из массы плутония химическими способами окажется в высшей степени сложно и надежд на химическую идентификацию нет. Надо искать новый альфа-излучатель в плутониевой фракции и довольствоваться физической идентификацией, по крайней мере на первых порах.

Эксперименты, основанные на таких или примерно таких рассуждениях, продолжались уже несколько месяцев, но никаких новых альфа-излучателей в плутониевой фракции зафиксировано не было. В июле 1944 г. решено было использовать другую ядерную реакцию – бомбардировать плутоний ядрами гелия, чтобы «перешагнуть» через неполучающийся элемент №95: может, 96-й окажется более доступным. Так впоследствии и оказалось. Кюрий действительно обнаружили немного раньше америция, но открыть оба новых элемента помог не новый физический подход, а новая радиохимическая концепция, сформулированная Сиборгом и вначале казавшаяся противоречащей здравому смыслу.

Размышляя о втором интерпериодическом узле таблицы Менделеева, Сиборг не мог не проанализировать логику построения первого. В шестом периоде этот узел начинается с лантана – отсюда идет застройка предпоследней, 4f -электронной подоболочки. В седьмом периоде аналог лантана – элемент №89, актиний. Если и у элементов, следующих за актинием, «добавочные» электроны пойдут в предпоследнюю оболочку f (5f ), то эти элементы образуют ряд актиноидов и для них всех, как и для редких земель и для актиния, характернейшая валентность будет 3+.

Однако чуть ли не все известные экспериментальные факты противоречили такому построению, а факты – вещь упрямая, хотя с ними можно спорить, интерпретируя их иначе, чем это делали прежде.

Первый из предполагаемых актиноидов – торий – типично четырехвалентный элемент. Но и первый лантаноид – церий чаще проявляет валентность 4+, нежели 3+. Для следующего элемента – протактиния известны соединения, в которых он четырех- или пятивалентен. Уран, нептуний, плутоний чаще всего проявляют валентность 6+, но и для них известны другие валентные состояния – 5+, 4+, 3+ ! Эта «тройка» не всегда бросается в глаза, но пренебречь ею тоже нельзя.

За очевидными «деревьями» экспериментальных фактов Сиборг увидел «лес» новой теоретической концепции, и неудачные попытки открыть элемент №95 привели к созданию актиноидной гипотезы (впоследствии теории), сыгравшей важную роль в науке о трансуранах.

Спустя много лет в популярной книге «Элементы Вселенной» Сиборг так опишет финал этой истории и подведет итог:

«В пересмотренной периодической таблице наиболее тяжелые элементы составляют второй ряд «редких земель», и эти тяжелейшие элементы – для них было предложено название «актиноиды» – были вынесены в особую строку, как и уже известный ряд редкоземельных лантаноидов... С точки зрения новой концепции, 95-й и 96-й элементы должны иметь ряд свойств, общих для актиноидов, и некоторые свойства, роднящие их с редкоземельными «братьями» – европием и гадолинием. Как только были поставлены эксперименты, основанные на этой новой концепции, элементы №95 и 96 были тотчас открыты, то есть химически идентифицированы. Америций, элемент №95, был назван так в честь Америки, подобно тому как его редкоземельный «брат» европий получил свое название в честь Европы...»

К этому следует добавить, что оба новых элемента были извлечены из раствора плутония редкоземельными носителями, что оба эти элемента проявляли валентность 3+ и что классическая схема получения америция выглядит так:

239 94 Pu + 1 0 n –(γ)→ 240 94 Pu + 1 0 n –(γ, β –)→ 241 95 Am.

«Ад» и «бред»

При облучении америция-241 нейтронами образуется изотоп кюрий-242 (в результате бета-распада америция-242). Дозировать нейтроны таким образом, чтобы образовывался только один новый элемент – №95, практически невозможно. Отсюда неизбежность проблемы разделения элементов №95 и 96. Они, в полном соответствии с актиноидной концепцией Сиборга, оказались очень похожими по химическим свойствам. А с редкими землями сходство было настолько велико, что долгое время разделение носителей и новых элементов представлялось неразрешимой задачей.

Более полугода ушло на безуспешные попытки разделить америций и кюрий. Естественно, все это время уже открытые элементы оставались безымянными – приведенные выше названия появились позже. Кто-то из сотрудников Сиборга (определенно химик, а не физик) предложил назвать их пандемониумом и делирумом, что в переводе с латыни означает «ад» и «бред».

Но рано или поздно бред и ад должны были кончиться. В начале 1945 г. в лаборатории был освоен метод ионообменной хроматографии, и на катионите «Дауэкс-50» новые элементы удалось разделить. В качестве элюента – жидкости, последовательно смывающей комплексы сходных элементов, был применен альфа-оксиизобутират аммония, который обладал наибольшей избирательной способностью для данной системы.

Тогда же был впервые определен период полураспада америция-241. Установили, что половина его ядер распадается за 498 лет. Более поздними измерениями эта характеристика была уточнена – 458 лет.

Изучению химических свойств элемента №95 мешала высокая удельная активность америция-241. В растворе шел радиолиз, одни соединения превращались в другие; вопреки желанию экспериментаторов менялись скорости и даже направления реакций... Для современной радиохимии это дело достаточно обычное, так же как и работа с микроколичествами веществ. Но в те времена это было довольно серьезной проблемой.

Первый препарат чистого америция, полученный Б. Каннигемом и Л. Эспри в сентябре 1945 г., весил 20 мкг. Для того чтобы получить их, пришлось проделать 29 разделительных операций. Спустя полгода были переработаны 200 л сбросных растворов плутониевого производства, и из них выделили первую радиохимически крупную порцию америция-241 – 10 мг. Этого оказалось достаточно, чтобы провести полный цикл физико-химических исследований нового элемента.

Что же знают радиохимики об элементе №95 сегодня? Прежде всего на его примере ясно, что общие закономерности не всегда абсолютны. Этот закон науки особенно справедлив, когда имеешь дело с радиоактивными химическими объектами.

В разных состояниях

Уже упоминалось, что, как правило, америций проявляет валентность 3+. Впрочем, радиохимики обычно предпочитают говорить не о валентности, а о «степени окисления» и обозначать ее римскими цифрами. Воспользуемся этой возможностью: она поможет избежать повторений, а практически эти понятия очень близки.

В степени окисления (III) америций образует довольно многочисленные соединения – и обычные, и комплексные. Однако в окислительной среде америций (III) довольно легко отдает еще один, два или три электрона – три легче, чем один или два. Чтобы получить америций (VI) из америция (III), достаточно слегка нагреть исходное соединение с персульфатом аммония в слабокислой среде (обычно в 0,01-молярном растворе азотной кислоты). Переход Am (III) – Am (VI) происходит сразу же, минуя промежуточные стадии окисления. Окислительно-восстановительный потенциал этой пары несколько меньше, чем пары Am (III) – Am (V), и потому окислить трехвалентный америций до шестивалентного проще, чем до пятивалентного. Последний получается лишь в тех случаях, когда образуемое соединение америция (V) сразу же выводится из реагирующей системы, например выпадает в осадок. Так, если процесс окисления происходит в среде карбоната калия, образуется малорастворимая двойная соль пятивалентного америция KAmO 2 CO 3 .

Обратите внимание, что в высших степенях окисления (V) и (VI) америций входит в состав катиона в той же форме кислородсодержащего «ил»-иона, как уран, нептуний и плутоний. У америция два «ил»-иона: (AmO 2) + , если америций пятивалентен, и (AmO 2) 2+ , когда его валентность равна шести.

У пятивалентного америция обнаружено одно очень интересное химическое свойство – способность к диспропорционированию. Это значит, что для химического взаимодействия в кислых растворах ему не нужны партнеры-реагенты. Окислительно-восстановительная реакция идет между ионами пятивалентного америция: один из них присоединяет два электрона, облагая данью двух соседей. В системе появляются ион америция (III) и два иона америция (VI). Причиной этого необычного явления считают уже упоминавшуюся аномальную разницу окислительно-восстановительных потенциалов пар Am (III) – Am (VI) и Am (III) – Am (V).

Подобным же образом в водных растворах ведет себя и четырехвалентный америций, только при его диспропорционировании соотношение Am (III) к Am (VI) равно 2: 1, а не 1: 2. Удержать нестойкий америций (IV) в растворе чрезвычайно трудно. Впервые это удалось сделать радиохимикам из Лос-Аламоса – уже упоминавшемуся в этом рассказе Л. Эспри и Р. Пеннеману. Они установили, что в присутствии большого количества ионов фтора америций (IV) образует прочный комплекс, и получили его в концентрированном (13 М) растворе фтористого аммония.

В 1972 г. синтезированы первые соединения двухвалентного америция.

Очень важно, что каждый из америциевых ионов дает ярко выраженный и характерный только для него спектр поглощения. Это позволяет очень эффективно использовать спектрофотометрический метод для исследования окислительно-восстановительных процессов, происходящих с ионами америция в растворах. А это важно не только для химии трансурановых элементов, но и для понимания механизма окислительно-восстановительных реакций вообще. В этом следует видеть одно из важных практических применений искусственного элемента америция.

Есть и другие применения

Сейчас уже точно известно, что америций – металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства, но вряд ли когда-нибудь удастся использовать на практике металлические свойства америция. Поэтому, говоря о применении элемента №95, хотим мы того или нет, разговор пойдет лишь о его индивидуальных изотопах.

Самый долгоживущий изотоп америция – 243 Am, и из долгоживущих он, пожалуй, самый неинтересный. Он живет почти 8000 лет (точнее, 7930) и используется пока главным образом для радиохимических исследований и для накопления более отдаленных трансуранов, вплоть до фермия. Мишени из америция-243 применяли в Дубне при синтезе некоторых изотопов элементов №102, 103 и 105.

Значительно многообразнее применение самого первого изотопа америция – 241 Am. Этот изотоп, распадаясь, испускает альфа-частицы и мягкие, малоэнергичные гамма-кванты. Их энергия (кстати, строго постоянная; можно говорить о монохроматическом по энергии пучке гамма-квантов) – всего 60 кэВ. А энергия жестких гамма-квантов, например испускаемых кобальтом-60, измеряется миллионами электронвольт.

Защита от мягкого излучения америция-241 сравнительно проста и немассивна: вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В этом одна из причин появления многочисленных приборов с америцием-241. В частности, предложена конструкция просвечивающего аппарата размером чуть больше спичечного коробка для медицинских целей. Америциевый источник гамма-излучения – шарик диаметром 3...4 см – основа такого аппарата, которому, кстати, в отличие от рентгеновской установки не нужна громоздкая высоковольтная аппаратура – трансформаторы, выпрямители, усилители и т.д.

Доктор П. Хофер (США, Аргоннский национальный госпиталь) использовал источник мягкого гамма-излучения с америцием-241 для изучения болезней щитовидной железы. Стабильный иод, присутствующий в щитовидной железе, под действием гамма-лучей начинает испускать слабое рентгеновское излучение. Его интенсивность пропорциональна концентрации иода в исследуемой точке. Такая установка позволяет получить сведения о распределении иода в железе, не вводя радиоактивный изотоп внутрь организма. Суммарная доза облучения пациента намного ниже, чем при радиоиодном обследовании.

Промышленность нескольких стран мира уже освоила выпуск различных контрольно-измерительных и исследовательских приборов с америцием-241. В частности, такими приборами пользуются для непрерывного измерения толщины стальной (от 0,5 до 3 мм) и алюминиевой (до 50 мм) ленты, а также листового стекла. Аппаратуру с америцием-241 используют также для снятия электростатических зарядов в промышленности пластмасс, синтетических пленок и бумаги.

Полагают, что найдет применение и более короткоживущий (152 года) изотоп – 242 Am, которому свойственно очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов – около 6000 барн.

От прошлого к будущему

Было время, когда приходилось проявлять массу изобретательности для того, чтобы найти америцию хоть какое-то применение. Предлагалось, например, использовать его в светящихся палочках уличных регулировщиков... Сейчас положение иное: на изотопически чистый америций спрос, пожалуй, даже превышает предложение. В виде индивидуальных изотопов америций очень дорог, во много раз дороже золота. По прейскуранту Комиссии по атомной энергии США грамм америция-241 оценивается в 150 долларов, а ведь это самый доступный из изотопов элемента №95.

Но по мере развития атомной техники америций должен стать дешевле. Подсчитано, что к 1980 г. в США будут ежегодно получать примерно 200 кг америция и стоимость основных изотопов элемента №95 снизится до 20...50 долларов за грамм.

Мы так подробно рассказали о практической пользе америция – одного из искусственных трансурановых элементов – для того, чтобы показать, что и трансурановые исследования, которые обычно кажутся наукой для науки, могут и должны иметь, говоря словами Л.А. Чугаева, свой практический эквивалент.