Прометий (Pm)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
[145]Электронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f5Температура плавления
1041,85 °CТемпература кипения
2999,85 °CПлотность
7260 kg/m³Степени окисления
+2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
Нет данныхЭнергия ионизации (1-я)
5,58187 eVГод открытия
1902Атомный радиус
185 pmПодробные сведения
Прометий — радиоактивный лантаноид и единственный редкоземельный элемент, не имеющий стабильного изотопа. В химическом отношении он ведёт себя как типичный трёхвалентный лантаноид, образуя соединения Pm³⁺, сходные с соединениями неодима и самария. В природе прометий существует лишь в ничтожных, кратковременных количествах, образующихся при делении урана и в редких процессах распада. Пригодные к использованию количества получали главным образом из продуктов деления ядерных реакторов или путём нейтронного облучения неодима.
Это мягкий бета-излучатель; хотя гамма-лучи не испускаются, может генерироваться рентгеновское излучение, когда бета-частицы сталкиваются с элементами с высоким атомным номером, поэтому при обращении с ним необходимо соблюдать большую осторожность. Соли прометия люминесцируют в темноте бледно-голубым или зеленоватым свечением вследствие их высокой радиоактивности. Ионообменные методы позволили получить около 10 г прометия из отходов переработки ядерного реакторного топлива в начале 1963 года. О свойствах металлического прометия пока известно немного. Существуют две аллотропические модификации.
Существование прометия было предсказано чешским химиком Богуславом Браунером в 1902 году. Несколько групп заявляли о получении этого элемента, но не могли подтвердить свои открытия из-за трудности отделения прометия от других элементов. Доказательство существования прометия было получено Джейкобом А. Марински, Лоуренсом Е. Гленденином и Чарльзом Д. Кориеллом в 1944 году. Будучи слишком заняты исследованиями, связанными с обороной, во время Второй мировой войны, они заявили о своём открытии лишь в 1946 году. Они обнаружили прометий при анализе продуктов деления урана, образовавшихся в ядерном реакторе, расположенном в Clinton Laboratories в Ок-Ридже, штат Теннесси. В настоящее время Clinton Laboratories известна как Oak Ridge National Laboratory. Сегодня прометий по-прежнему выделяют из продуктов деления урана. Его также можно получить, бомбардируя неодим-146 нейтронами. Неодим-146 превращается в неодим-147 при захвате нейтрона. Неодим-147 с периодом полураспада 11 дней распадается в прометий-147 через бета-распад. Прометий не встречается в природе на Земле, хотя он был обнаружен в спектре звезды в созвездии Андромеды.
Наиболее стабильный изотоп прометия, прометий-145, имеет период полураспада 17,7 года. Он распадается в неодим-145 посредством электронного захвата.
Назван в честь греческого Прометея, который, согласно мифологии, похитил огонь с небес. В 1902 году Браунер предсказал существование элемента между неодимом и самарием, и это было подтверждено Мозли в 1914 году. В 1941 году сотрудники Университета штата Огайо облучали неодим и празеодим нейтронами, дейтронами и альфа-частицами и получили несколько новых радиоактивностей, которые, вероятнее всего, принадлежали элементу 61. Ву и Сегре, а также Бете в 1942 году подтвердили образование; однако химическое доказательство получения элемента 61 отсутствовало из-за трудности разделения редкоземельных элементов друг от друга в то время. В 1945 году Марински, Гленденин и Кориелл впервые осуществили химическую идентификацию с использованием ионообменной хроматографии. Их работа была связана с делением урана и бомбардировкой неодима нейтронами.
Макроскопический металл прометия был получен только в небольших, высокорадиоактивных количествах. Его обычно описывают как серебристый металл-лантаноид, однако многие обычные объёмные свойства плохо охарактеризованы, поскольку самооблучение, тепловыделение и дефицитность ограничивают прямые измерения.
Прометий имел ограниченное практическое применение, почти полностью зависящее от конкретного изотопа. ¹⁴⁷Pm, бета-излучатель, ранее использовался в светящихся красках и малых ядерных батареях, где его излучение могло поглощаться и преобразовываться в электрическую энергию. Он также применялся в толщиномерах и калибровочных источниках. Эти области применения в значительной степени были заменены или ограничены, поскольку доступны более безопасные, дешёвые или долговечные альтернативы. Сегодня прометий используется главным образом для исследований, приготовления источников и специализированных радиохимических исследований.
Прометий можно было бы использовать для изготовления ядерной батареи. Такой тип батареи использовал бы бета-частицы, испускаемые при распаде прометия, чтобы заставлять люминофор излучать свет. Затем этот свет преобразовывался бы в электричество устройством, подобным солнечному элементу. Ожидается, что такой тип батареи сможет обеспечивать энергией в течение пяти лет.
Прометий также можно было бы использовать как переносной источник рентгеновского излучения, в радиоизотопных термоэлектрических генераторах для выработки электричества для космических зондов и спутников, как источник радиоактивности для толщиномеров и для изготовления лазеров, которые можно использовать для связи с погружёнными подводными лодками.
Этот элемент применяется как источник бета-излучения для толщиномеров, и его можно поглощать люминофором для получения света. Свет, полученный таким образом, может использоваться для знаков или сигналов, требующих надёжной работы; его можно использовать как ядерную батарею, улавливая свет фотоэлементами, которые преобразуют его в электрический ток. Такая батарея с использованием 147Pm будет иметь срок службы около 5 лет. Прометий перспективен как переносной источник рентгеновского излучения, и он может стать полезным как источник тепла для обеспечения вспомогательной энергии космических зондов и спутников. Получено более 30 соединений прометия. Большинство из них окрашены.
Изотопы в промышленности
Бета-излучающий изотоп 147Pm (с периодом полураспада 2,68 года) используется в ядерной топливной промышленности для измерения толщины внутреннего поверхностного слоя графита в оболочечной трубке, в которой размещается топливный стержень ядерного реактора (Fig. IUPAC.61.1). Графит служит защитным слоем, предотвращающим механический контакт между топливным стержнем и оболочкой из Zircaloy (трубкой, удерживающей топливный стержень), а также диффузионным барьером для продуктов деления. При нанесении слоя 147Pm вдоль внутренней поверхности оболочки перед графитом длительный период полураспада 147Pm и постоянная эмиссия β-частиц обеспечивают надежный и простой метод измерения толщины графита вдоль внутренней поверхности трубки (так называемый метод обратного рассеяния β-излучения) [432] J. K. Shultis, R. E. Faw. Fundamentals of Nuclear Science and Engineering, Marcel Dekker, Inc., New York (2002)., [433] M. Kumar, J. Udhayakumar, J. Nuwad, R. Shukla, C. G. S. Pillai, A. Dash, M. Venkatesh. Appl. Radiat. Isot.69, 580 (2011)., [434] R. P. Taleyarkhan. Atoms for Peace: an International Journal.2, 381 (2009)..
Свойство β-распада 147Pm делает этот радиоизотоп идеальным кандидатом для ядерных батарей (beta voltaics). Для космических и морских миссий необходимы долговременные источники питания для удаленных и иногда агрессивных условий окружающей среды, и ядерные батареи могут уникально выполнять эту роль. Ядерная батарея, использующая beta voltaics, может иметь плотность энергии (количество энергии на единицу массы) около тысячи ватт·часов на килограмм при КПД 21 %, что значительно превышает показатели лучших химических батарей [435] G. N. Yakubova. “Nuclear batteries with tritium and promethium-147 radioactive sources”, Ph.D dissertation, Nuclear, Plasma, and Radiological Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois, USA (2010). http://hdl.handle.net/2142/16849..
Химия прометия определяется степенью окисления +3 в водных растворах и твердых веществах. К репрезентативным соединениям относятся хлорид прометия(III) PmCl₃, оксид прометия(III) Pm₂O₃, гидроксид прометия(III) Pm(OH)₃ и нитрат прометия(III) Pm(NO₃)₃. Ион Pm³⁺ в растворе обычно имеет розовую или красноватую окраску, а его химия параллельна химии соседних лантанидов с постепенными изменениями ионного радиуса. Устойчивая химия +2 или +4 не имеет значения при обычных условиях.
See more information at the Promethium compound page.
Все изотопы прометия радиоактивны, а опасность в значительной степени зависит от изотопа, активности, химической формы и условий герметизации. ¹⁴⁷Pm испускает бета-частицы с небольшой проникающей способностью, но он опасен при вдыхании, проглатывании или при нахождении вблизи тканей; экранирование также может приводить к образованию тормозного рентгеновского излучения. Растворимые соли прометия следует рассматривать одновременно как радиоактивные материалы и как химически токсичные соединения лантанидов тяжелых металлов. Обращение требует радиационного контроля, а не только обычных лабораторных мер предосторожности.
Прометий не имеет стабильного природного резервуара. Природные атомы образуются в следовых количествах при спонтанном делении урана и в результате редких ядерных реакций, а затем распадаются. Антропогенный прометий может присутствовать в отработавшем ядерном топливе и высокоактивных отходах. В окружающей среде Pm³⁺, как ожидается, будет связываться с минералами, оксидами и органическим веществом подобно другим трехвалентным лантаноидам, однако полевое поведение изучается редко, поскольку концентрации чрезвычайно низки и доминируют радиационные ограничения.
Прометий не обращается как обычный товарный металл. Исторически ¹⁴⁷Pm выделяли из смесей продуктов деления при переработке ядерного топлива, где он присутствует среди множества химически сходных лантаноидов. Разделение требует радиохимических установок, экранирования, контроля изотопов и многократных стадий ионного обмена или экстракции растворителем. Небольшие количества также можно получать нейтронным облучением обогащённых мишеней неодима. Спрос ограничен, и замещение тритием, стабильными люминофорами, обычной электроникой или другими радиоизотопами сократило большинство коммерческих применений.
Поиски этого элемента на Земле оказались безуспешными, и теперь представляется, что прометий полностью отсутствует в земной коре. Однако прометий был обнаружен в спектре звезды HR465 в Андромеде. Этот элемент, по-видимому, образуется в последнее время вблизи поверхности звезды, поскольку ни один известный изотоп прометия не имеет периода полураспада более 17,7 года. В настоящее время известны семнадцать изотопов прометия с атомными массами от 134 до 155. Наиболее практически полезен прометий-147 с периодом полураспада 2,6 года. Прометий-145 имеет наибольшую продолжительность жизни и удельную активность 940 Ки/г.
Прометий не является устойчивым космическим или планетным элементом, поскольку все его изотопы радиоактивны и геологически краткоживущи. Он может образовываться в процессах нуклеосинтеза, создающих нейтронно-избыточные ядра, и при ядерном делении, но весь первичный прометий давно распался. Его присутствие в звёздах иногда рассматривают как свидетельство недавнего нуклеосинтеза или необычной интерпретации спектра, а не как устойчивое содержание элемента.
- Прометий был идентифицирован в продуктах деления ещё до того, как его удалось выделить в видимых количествах.
- Его название отсылает к Прометею, отражая связь с ядерной энергетикой.
- ¹⁴⁷Pm распадается в самарий-147 путем бета-излучения.
- Прометий заполняет единственный разрыв среди естественно упорядоченных лантаноидов, не имея стабильного изотопа.
- Химическое разделение прометия затруднено, поскольку соседние лантаноиды имеют очень сходную химию, подобную Pm³⁺.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 185 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 199 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 236 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 7260 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1041,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 2999,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Теплопроводность
- 17,9 Вт/(м·К) Сравнить Теплопроводность у всех элементов →
Химические свойства
- Сродство к электрону
- 0,129 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 5,58187 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 10,938038 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 22,440077 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 41,170142 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 61,700212 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f5
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,07980515 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 3,005649 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 3,161113 eV
- Теплота атомизации
- 3,161113 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 61 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 84 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 40 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Массовое число (наиболее стабильный изотоп)
- 145
- Наиболее стабильный изотоп
- Pm-145
- Год открытия
- 1902
Распространённость
Нет данных
Кристаллическая структура
Нет данных
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 23, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-12-2 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 6H°5/2
- InChI
- InChI=1S/Pm
- Ключ InChI
- VQMWBBYLQSCNPO-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Pm: 4f⁵ 6s²[Xe] 4f⁵ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f⁵ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 160 Радиоактивный | 159,9431 ± 0,00032 | Нет данных | 725 мс |
| 162 Радиоактивный | 161,95022 ± 0,00043 | Нет данных | 630 мс |
| 126 Радиоактивный | 125,95792 ± 0,00054 | Нет данных | 500 мс |
| 144 Радиоактивный | 143,9125964 ± 0,0000034 | Нет данных | 363 сутки |
| 164 Радиоактивный | 163,958819 ± 0,000429 | Нет данных | 300 мс |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1016,9 °C ниже температуры плавления (1041,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 61. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Pm I | 0 | 229 | 0 | 16 |
| Pm II | +1 | 195 | 0 | 9 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Pm I | 0 | 222 |
| Pm II | +1 | 182 |
| Pm III | +2 | 2 |
| Pm IV | +3 | 12 |
| Pm V | +4 | 2 |
| Pm VI | +5 | 2 |
| Pm VII | +6 | 2 |
| Pm VIII | +7 | 2 |
| Pm IX | +8 | 2 |
| Pm X | +9 | 2 |
Данные о кристаллической структуре отсутствуют
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 97 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 109.3 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 114.39999999999999 пм |
Соединения
Изотопы (5)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 160 Радиоактивный | 159,9431 ± 0,00032 | Нет данных | 725 мс | β- =100%β-n ? | |
| 162 Радиоактивный | 161,95022 ± 0,00043 | Нет данных | 630 мс | β- =100%β-n ? | |
| 126 Радиоактивный | 125,95792 ± 0,00054 | Нет данных | 500 мс | β+ ?β+p ? | |
| 144 Радиоактивный | 143,9125964 ± 0,0000034 | Нет данных | 363 сутки | ε =100%e+<8e-5% | |
| 164 Радиоактивный | 163,958819 ± 0,000429 | Нет данных | 300 мс | β- ?β-n ? |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 173 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 135 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- UFF
- 354,7 pm
- MM3
- 272 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 283 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 21
- Pettifor
- 29
- Glawe
- 28
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 5
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 200 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 3340 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 20,25 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1315,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,2042 |
| 2 | p | 4,2562 |
| 2 | s | 16,0296 |
| 3 | d | 13,9018 |
| 3 | p | 19,4461 |
| 3 | s | 19,8154 |
| 4 | d | 33,26 |
| 4 | f | 37,866 |
| 4 | p | 30,3768 |
| 4 | s | 29,3604 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (3)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 111 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 123,3 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 128,4 | from r^3 vs V plots, |
Типы распада изотопов (60)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 126 | B+ | — |
| 126 | B+p | — |
| 127 | B+ | — |
| 127 | p | — |
| 128 | B+ | 100% |
| 128 | B+p | — |
| 128 | p | 0% |
| 129 | B+ | 100% |
| 129 | B+p | — |
| 129 | p | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (508)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,21641 |
| 10,1617 | — | 0,22429 |
| 10,3261 | — | 0,23246 |
| 10,4931 | — | 0,24092 |
| 10,6628 | — | 0,2497 |
| 10,8353 | — | 0,25879 |
| 11,0106 | — | 0,26822 |
| 11,1886 | — | 0,27798 |
| 11,3696 | — | 0,28811 |
| 11,5535 | — | 0,2986 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
Not Applicable
Источники (1)
- [5] Promethium https://education.jlab.org/itselemental/ele061.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
Not Applicable
Источники (1)
- [5] Promethium https://education.jlab.org/itselemental/ele061.html
Источники
Sources of this element.
Searches for the element on earth have been fruitless, and it now appears that promethium is completely missing from the earth's crust. Promethium, however, has been identified in the spectrum of the star HR465 in Andromeda. This element is being formed recently near the star's surface, for no known isotope of promethium has a half-life longer than 17.7 years. Seventeen isotopes of promethium, with atomic masses from 134 to 155 are now known. Promethium-147, with a half-life of 2.6 years, is the most generally useful. Promethium-145 is the longest lived, and has a specific activity of 940 Ci/g.
Источники (1)
- [6] Promethium https://periodic.lanl.gov/61.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Promethium.
The element property data was retrieved from publications.