Promethi

Prometi (tên La tinh: Promethium) là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Pm và số nguyên tử bằng 61. Nó đáng chú ý ở chỗ là nguyên tố chỉ có các đồng vị phóng xạ (ngoài tecneti) mà trước và sau nó đều có các nguyên tố với các đồng vị ổn định.

Promethi, 61Pm
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Promethi, Pm
Phiên âm	Pờ-rô-mê-ti
Hình dạng	Ánh kim
Promethi trong bảng tuần hoàn
↑ Pm ↓ Np Neodymi ← Promethi → Samari
Số nguyên tử (Z)	61
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	145
Phân loại	họ lanthan
Nhóm, phân lớp	n/a, f
Chu kỳ	Chu kỳ 6
Cấu hình electron	[Xe] 4f5 6s2
mỗi lớp	2, 8, 18, 23, 8, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1315 K ​(1042 °C, ​1908 °F)
Nhiệt độ sôi	3273 K ​(3000 °C, ​5432 °F)
Mật độ	7.26 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Nhiệt lượng nóng chảy	7,13 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	289 kJ·mol−1
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	3 ​base nhẹ
Độ âm điện	? 1.13 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 540 kJ·mol−1 Thứ hai: 1050 kJ·mol−1 Thứ ba: 2150 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 183 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	199 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lục phương
Độ giãn nở nhiệt	(r.t.) (α, poly) khoảng 11 µm·m−1·K−1
Độ dẫn nhiệt	17.9 W·m−1·K−1
Điện trở suất	(r.t.) khoảng 0,75 µ Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ[1]
Mô đun Young	(dạng α) khoảng 46 GPa
Mô đun cắt	(dạng α) khoảng 18 GPa
Mô đun khối	(dạng α) khoảng 33 GPa
Hệ số Poisson	(dạng α) khoảng 0.28
Số đăng ký CAS	ngày 2 tháng 12 năm 7440
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Promethi
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 145Pm Tổng hợp 17,7 năm ε 0.163 145Nd 146Pm Tổng hợp 5,53 năm ε 1.472 146Nd β- 1.542 146Sm 147Pm Vết 2,6234 năm β- 0.224 147Sm

Đặc trưng

Đồng vị có chu kỳ bán rã dài nhất của prometi, Pm¹⁴⁵, là nguồn bức xạ beta mềm với chu kỳ bán rã 17,7 năm. Nó không bức xạ các tia gama, nhưng các hạt beta khi sinh ra sẽ tác động vào các nguyên tử của các nguyên tố có số nguyên tử cao có thể sinh ra các tia X, vì thế một mẫu Pm¹⁴⁵ sẽ sinh ra một số bức xạ tia X mềm ngoài các hạt beta.

Prometi tinh khiết tồn tại dưới 2 dạng thù hình và các tính chất hóa học của nó là tương tự như của các nguyên tố khác trong nhóm Lanthan. Các muối của prometi phát quang trong bóng tối với màu lam nhạt hay hơi lục do tính phóng xạ cao của nó. Prometi có thể tìm thấy ở dạng dấu vết trong một số loại quặng urani và các sản phẩm phân hạch. Prometi mới sinh ra cũng có thể phát hiện thấy trong các quang phổ của một số ngôi sao.

Ứng dụng

Các ứng dụng của prometi bao gồm:

• Nguồn bức xạ beta để đo độ dày.
• Như là nguồn sáng cho tín hiệu cần hoạt động ổn định tin cậy và độc lập (sử dụng chất lân quang để hấp thụ bức xạ beta tạo ra ánh sáng).
• Trong pin hạt nhân, trong đó chuyển hóa bức xạ beta thành dòng điện, có tuổi thọ hữu ích khoảng 5 năm khi sử dụng Pm¹⁴⁷.
• Prometi(III) chloride (PmCl₃) trộn lẫn với kẽm(II) sulfide (ZnS) từng có thời được sử dụng như là lớp sơn phát quang chính cho đồng hồ sau khi radi bị loại bỏ. Hỗn hợp này thỉnh thoảng vẫn được sử dụng cho một số ứng dụng cần sơn phát quang (mặc dù phần lớn ứng dụng như vậy với các vật liệu phóng xạ đã chuyển sang triti vì các lý do an toàn).
• Prometi có ứng dụng tiềm năng như là các nguồn tia X có thể di động và là nguồn nhiệt hay điện phụ trợ cho các tàu thăm dò vũ trụ và vệ tinh (mặc dù nguồn bức xạ alpha Pu²³⁸ đã trở thành tiêu chuẩn cho phần lớn các ứng dụng liên quan tới thám hiểm không gian – xem Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ).

Lịch sử

Sự tồn tại của prometi lần đầu tiên được Bohuslav Brauner dự đoán vào năm 1902; dự báo này được Henry Moseley ủng hộ năm 1914, khi ông phát hiện thấy lỗ hổng cho nguyên tố bị bỏ sót với số nguyên tử bằng 61, nhưng đã không được tìm thấy (tuy nhiên, Moseley không có mẫu vật nào để kiểm tra điều đó). Một vài nhóm nhà khoa học từng tuyên bố đã tạo ra nguyên tố này, nhưng họ không thể xác nhận điều đó do khó khăn trong việc tách prometi từ các nguyên tố khác. Prometi lần đầu tiên được tạo ra và chứng minh là tồn tại ở Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) năm 1945 bởi Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin và Charles D. Coryell bằng chia tách và phân tích các sản phẩm phân hạch của nhiên liệu urani bị chiếu xạ trong lò phản ứng điều chỉnh bằng graphit; tuy nhiên, do quá bận với nghiên cứu liên quan tới quốc phòng trong Thế chiến II nên họ đã không thông báo phát hiện của mình cho tới tận năm 1947^[2]. Tên gọi "promethium" có nguồn gốc từ Prometheus, một vị thần khổng lồ (Titan) trong thần thoại Hy Lạp, đã ăn trộm lửa từ đỉnh Olympus và đưa nó cho loài người. Tên gọi này do Grace Mary Coryell, vợ của Charles Coryell, đề nghị do bà cảm thấy họ đã ăn trộm lửa từ các vị thần.

Năm 1963, các phương pháp trao đổi ion đã được sử dụng tại ORNL để điều chế khoảng 10 gam prometi từ các chất thải trong chế biến nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân.

Ngày nay, prometi vẫn còn được điều chế từ các phụ phẩm của phân hạch urani; nó có thể được tạo ra bằng bắn phá Nd¹⁴⁶ bằng các neutron, chuyển hóa nó thành Nd¹⁴⁷ để sau đó phân rã thành Pm¹⁴⁷ thông qua phân rã beta với chu kỳ bán rã 11 ngày.

Phổ biến

Prometi có thể được hình thành trong tự nhiên như là sản phẩm của phân hạch tự phát của U²³⁸ và phân rã alpha của Eu¹⁵¹. Chỉ các lượng ở mức dấu vết có thể được tìm thấy trong các loại quặng tự nhiên: một mẫu pitchblende được phát hiện có chứa prometi ở hàm lượng khoảng 4 phần tỷ tỷ (4×10⁻¹⁸) theo khối lượng^[3]. Người ta đã tính toán rằng khối lượng cân bằng động của prometi trong lớp vỏ Trái Đất là khoảng 560 g từ phân hạch urani và khoảng 12 g từ phân rã alpha của europi-151 mới quan sát thấy gần đây^[4].

Prometi cũng đã được nhận dạng trong quang phổ của sao HR 465 trong chòm sao Tiên Nữ (Andromeda) và có thể trong HD 101065 (sao Przybylski của chòm sao Bán Nhân Mã/Centaurus) và HD 965^[5][6].

Hợp chất

Các hợp chất của prometi bao gồm:

Prometi rất ít khi tồn tại trạng thái oxy hóa +2 và +4 (không nêu trong bản mẫu) mà thường gặp trạng thái oxy hóa +3.

Đồng vị

Bài chi tiết: Đồng vị của prometi

Ba mươi sáu đồng vị phóng xạ của prometi đã được nêu đặc trưng, với các đồng vị ổn định nhất là Pm¹⁴⁵ có chu kỳ bán rã 17,7 năm, Pm¹⁴⁶ có chu kỳ bán rã 5,53 năm và Pm¹⁴⁷ có chu kỳ bán rã 2,6234 năm. Tất cả các đồng vị còn lại đều có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 364 ngày và phần lớn trong số này có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 27 giây. Nguyên tố này cũng có 11 trạng thái giả ổn định với ổn định nhất là Pm^148m (T_½ 41,29 ngày), Pm^152m2 (T_½ 13,8 phút) và Pm^152m (T_½ 7,52 phút).

Các đồng vị của prometi nằm trong khoảng có nguyên tử lượng từ 127,9482600 u (Pm¹²⁸) tới 162,9535200 u (Pm¹⁶³). Phương thức phân rã chủ yếu trước đồng vị phóng xạ ổn định nhất, Pm¹⁴⁵, là bắt điện tử, còn phương thức phân rã chủ yếu sau nó là phân rã beta trừ. Sản phẩm phân rã chủ yếu trước Pm¹⁴⁵ là các đồng vị của neodymi (Nd) còn sản phẩm phân rã chủ yếu sau nó là các đồng vị của samari (Sm).

Độ ổn định của các đồng vị prometi

Ngoài tecneti, prometi là nguyên tố còn lại với số nguyên tử nhỏ hơn 83 mà không có đồng vị ổn định nào, nó là hiệu ứng hiếm xảy ra của mô hình giọt lỏng và độ ổn định của các đồng vị của các nguyên tố láng giềng.

Phòng ngừa

Khi tiếp xúc với prometi cần hết sức thận trọng do độ phóng xạ cao của nó. Trong thực tế, prometi có thể bức xạ các tia X trong quá trình phân rã beta của nó. Nó có chu kỳ bán rã nhỏ hơn của Pu²³⁹ (2,41×10⁴ năm) khoảng 1.350 lần và vì thế độc tính sinh học của nó cũng tương ứng là cao hơn. Prometi không đóng một vai trò sinh học nào đã biết.

Tham khảo

1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Lưu trữ 2012-01-12 tại Wayback Machine, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
2. “Discovery of Promethium”. ORNL Review. 36 (1). 2003. Bản gốc lưu trữ ngày 22 tháng 6 năm 2011. Truy cập ngày 17 tháng 9 năm 2006.
3. Moses, Jr. Attrep & P. K. Kuroda (1968). “Promethium in pitchblende”. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 30 (3): 699–703. doi:10.1016/0022-1902(68)80427-0.Quản lý CS1: sử dụng tham số tác giả (liên kết)
4. P. Belli, R. Bernabei, F. Cappella, R. Cerulli, C. J. Dai, F. A. Danevich, A. d’Angelo, A. Incicchitti, V. V. Kobychev, S. S. Nagorny, S. Nisi, F. Nozzoli, D. Prosperi, V. I. Tretyak, S. S. Yurchenko (2007). “Search for α decay of natural Europium”. Nuclear Physics A. 789: 15–29. doi:10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
5. C. R. Cowley, W. P. Bidelman, S. Hubrig, G. Mathys, and D. J. Bord (2004). “On the possible presence of promethium in the spectra of HD 101065 (Przybylski's star) and HD 965”. Astronomy & Astrophysics. 419: 1087–1093. doi:10.1051/0004-6361:20035726.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
6. “On the possible presence of promethium in the spectra of HD 101065 (Przybylski's star) and HD 965” (PDF). Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 5 tháng 9 năm 2008. Truy cập ngày 28 tháng 11 năm 2008.

Liên kết ngoài

• Phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ Los Alamos – Prometi Lưu trữ 2010-11-27 tại Wayback Machine
• WebElements.com – Prometi
• It's Elemental – Promethium