Prothemium, het element

Promethium (figuur uit de Griekse mythologie), is een kunstmatig radioactief zeldzaam (aard)metaal dat voor het eerst is geïsoleerd in 1945 door scheiding van splijtingsproducten van uranium in een kernreactor. Door de schaarste en zoeken van de juiste technologie is een bruikbaar monster voor het bepalen van de eigenschappen van het element pas gemaakt in 1963. Alle isotopen van promethium zijn radioactief.

Plaats van promethium in het periodieksysteem

Promethium, een scheikundig element met het symbool Pm en atoomnummer 61. Het is een lanthanide die zouten vormt met andere elementen. Promethium heeft, zoals alle elementen van de lathaniden (zeldzame aardmetalen) één oxidatietoestand namelijk 3 valentie elektronen en neigt dus tot vorming van Pm3+ ionen in verbindingen.

Algemene eigenschappen van het element

Chemische eigenschappen van het element

Fysische eigenschappen van het element

Isotopen van het element promehtium

Promethium is de enige lanthanide en één van de slechts twee elementen van de eerste 83 elementen in het periodiek systeem die geen stabiele isotopen heeft. Alle isotopen zijn radioactief. Promethium is de minst stabiele element van de eerste 84 elementen van het periodiek systeem. Volgens onderstaand tabel zien we dat de eerste vervalproducten neodymium en samarium isotopen zijn, promethium-146 vervalt echter tot beide.

De stabielste isotopen van promethium

Voorkomen van promethium

Er zijn twee bronnen voor promethium: verval van europium-151 produceert promethium-147, en de tweede bron zijn verschillende isotopen van uranium. In de aardkorst wordt promethium gevormd door spontane splijting van uranium-238. Uranium produceert circa 500 gram promethium in de aardkorst en het alfaverval van 151Eu levert ongeveer 12 g op.
In 1963 heeft men door ionenuitwisseling ongeveer 10 gram promethium afval verkregen uit de brandstof van kernreactoren, en het lukte in het zelfde jaar het element promethium te produceren door verwarmen van promethium(III)fluoride (PMF3) met lithium volgens de vergelijking: PmF3 + 3 Li → Pm + 3 LiF

De aanmaak van promethium

De productiemethoden voor isotopen variëren, alleen van promethium-147 wordt gegeven omdat het de enige isotoop is met industriële toepassingen. Promethium-147 wordt geproduceerd in relatief grote hoeveelheden door beschieting van uranium-235 met thermische neutronen in een reactor.

Een andere manier om promethium-147 geproduceerd is via neodymium-147, die vervalt tot promethium-147 met een korte halfwaardetijd. Neodymium-147 kan worden verkregen, hetzij door het bombarderen van verrijkt neodymium-146 met thermische neutronen of door het bombarderen van een uraniumcarbide met energetische protonen in een deeltjesversneller.

Eigenschappen van prothemium

De atoomstraal van het element promethium is de derde grootste onder alle lanthaniden. Promethium heeft bij lagere temperatuur een dubbele hexagonale dichte (dhcp) structuur. Bij verwarming tot 890 oC wordt deze zogenaamde alfa-structuur omgezet in een beta-structuur dat is een Kubisch ruimtelijk gecenterd rooster (KRC). De isotoop 147Pm wordt synthetisch aangemaakt, dat maakt het mogelijk het materiaal te bestuderen.

Chemische eigenschappen

Het metaal wordt snel geoxideerd in lucht en reageert langzaam met water. Promethium komt in zijn verbindingen alleen in de oxidatietoestand +3 voor.

De belangrijke verbindingen van promethium met de halogenen

Toepassingen van promethium

• Toepassingen alleen voor chemische verbindingen van promethium-147, die worden gebruikt in lichtgevende verf, atoombatterijen en diktemeting, hoewel promethium-145 meest stabiele isotoop is. Omdat promethium schaars is, wordt het gesynthetiseerd door bombarderen van uranium-235 met thermische neutronen om promethium-147 te produceren.
• Promethium(III) chloride wordt gebruikt als lichtbron voor signalen in een elektronische choke
• Meest promethium wordt alleen gebruikt voor onderzoeksdoeleinden, met uitzondering van promethium-147, die wordt gebruikt buiten de laboratoria. Het wordt geleverd als oxide of chloride. Deze isotoop zendt geen gammastralen uit en de straling heeft een geringe indringdiepte en een relatief lange halfwaardetijd.
• Sommige verkeerslichten gebruiken een lichtgevende verf met een fosfor die de betastraling van promethium-147 absorbeert en die vervolgens licht uitstraalt. De lichtemissie is stabiel gedurende enkele jaren.
• In atomaire batterijen, worden de beta-deeltjes uitgestoten door promethium-147 omgezet in elektrische stroom door daartussen een kleine Pm bron tussen twee halfgeleiders platen. Deze batterijen hebben een gebruiksduur van ongeveer vijf jaar. De eerste promethium-batterijsystemen werd geassembleerd in 1964 en genereerde "enkele milliwatt vermogen van een volume van ongeveer 2 kubieke centimeter.
• Promethium wordt gebruikt om de dikte van materiaal te meten door het evalueren van de hoeveelheid straling van promethium bron die door het monster passeert.
• Promethium heeft mogelijk een toepassing in draagbare X-straalbronnen, en als betastraler voor verwarming of als stroombron in ruimtesondes en satellieten.
• 147Pm wordt gebruikt, behalve als bron van betastraling, ook als toevoeging voor lichtgevende cijfers.

Gezondheid en Milieu

Het element speelt, zoals andere lanthaniden, geen biologische rol. Promethium-147 kan X-stralen uitzenden tijdens bèta-verval, die gevaarlijk zijn voor levensvormen. Interacties met kleine hoeveelheden promethium-147 zijn niet gevaarlijk als de in het vakgebied bekende voorzorgsmaatregelen worden genomen.

Verzegelde promethium-147 is niet gevaarlijk. Indien de verpakking is beschadigd kan promethium gevaarlijk zijn. Bij radioactieve besmetting moet het besmette gebied worden gewassen, promethium is vooral van invloed op de huid.Het gebied moet geëvacueerd worden.

Veiligheid

Er is geen geen chemisch gevaar van promethium bekend buiten de radioactiviteit.Chemische gevaar speelt een ondergeschikte rol ten opzichte van de risico's van radioactiviteit. De radioactiviteit geldt alleen als gevaarlijk als het om meer gaat dan sporen van promethium.