Америций

АМЕРИЦИЙ (от Америка, по месту открытия; лат. Americium) Am, искусств. радиоактивный хим. элемент III гр. периодич. системы; ат.н. 95; относится к актиноидам. Стабильных изотопов не имеет. Получены 13 изотопов с мас.ч. 237-246, в т.ч. ядерные изомеры изотопов ²⁴²Ат и ²⁴⁴Ат. Наиб. долгоживущие изотопы ²⁴¹Ат(Т_1/2 432 года) и ²⁴³Ат(Т_1/2 7370 лет) -излучателиизлучение сопровождаетсяизлучением). Конфигурация внеш. электронных оболочек атома 5f6s²6p⁶7s²; степень окисления от +2 до +7 (наиболее характерна +3); энергия ионизации Am° -> Am⁺ 6,0 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0-1,2; атомный радиус 0,174нм; ионные радиусы Ат³⁺, Ат⁴⁺, Ат⁵⁺ и Ат⁶⁺ соотв. 0,0962, 0,0888, 0,0860 и 0,0800 нм.

А. - серебристо-белый металл, светящийся в темноте под действием собственногоизлучения. При обычной т-ре и давлении меньше 5 ГПа устойчива модификация с двойной гексаген, решеткой типаLa (а = 0,3468 нм, с = = 1,1241 нм, z = 4, пространств. группа R6₃/mmc). Выше 600°С устойчива модификация с кубич. гранецентриров. решеткой (а = 0,4894 нм). При давл. 11-14 ГПа и нормальной т-ре получены две др. модификации. Т. пл. 1173°С, т. кип. 2607°С; рентгеноструктурная плотн. 13,67 г/см³ (20 °С); С_p° 25,85 Дж/(моль*К);Н⁰_пл 1437 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 54,84 Дж/(моль*К); ур-ние температурной зависимости давления пара в интервале т-р 830-1180°С: Igp(Ha) = 13,7319 - 16961 /Т - l,2381gT.

По хим. св-вам А. во многом подобен лантаноидам. Окисляется кислородом, давая при его недостатке оксид АтО. Взаимод. с разб. к-тами, образуя соли Am³⁺. Энергично реагирует с газообразным Н₂ уже при 50°С, давая гидрид AmH_2,7±0,3; известны также дигидрид АmН₂ и тригидрид АтН₃.

При прокаливании на воздухе Am(NO₃)₃, Am(OH)₃ или Ат₂(С₂О₄)₃ образуется диоксид АтО₂ - черные кристаллы с кубич. решеткой. При восстановлении диоксида водородом получают сесквиоксид Ат₂О₃ - коричневые кристаллы; при 600°С образуется модификация Ат₂О₃ с кубич. решеткой (а = 0,1103 нм), при 800°С - с гексагональной (а = 0,3817 нм, с = 0,5971 нм). Существует непрерывный ряд нестехиометрич. оксидов состава от АтО_2-х до AmO_1,5+х. Известен гидроксид Ат(ОН)₃, а также Ат(ОН)₄, получаемый при действии Н₂О₂ на соли Am³⁺ в водных р-рах NH₃ либо окислением Ат(ОН)₃ гипохлоритом Na или Н₂О₂ в щелочной среде. При взаимод. АтО₂ со смесью H₂S и CS₂ при 1400-1500°С образуется сесквисульфид Am₂S₃.

С галогенами А. дает тригалогениды; известны также AmF₄, AmF₅ и AmF₆. Трифторид AmF₃ - розовые кристаллы с гексаген. решеткой типа LaF₃ (а = 0,4067 нм, с = 0,7225 нм); т. пл. 1393°С; плохо раств. в воде и орг. р-рителях; получают действием газообразного HF на АтО₂ при 150°С или осаждением фтористоводородной к-той из водного р-ра солей А. в виде гидрата с послед. обезвоживанием при 85 °С. Тетрафторид AmF₄ - коричневые кристаллы с моноклинной решеткой типа UF₄ (а = 0,1249. нм, b = 0,1047 нм, с = 0,8190 нм); выше 635 °С разлагается до AmF₃; получают фторированием AmF₃ или АтО₂ элементным фтором при 400-500°С. Трихлорид АтС1₃- розовые кристаллы с гексаген. решеткой (а = — 0,738 нм, с = 0,425 нм); получают взаимод. АтО₂ с СС1₄ при 800°С или с НС1 при 250-300°С. Трибромид AmBr₃ (белые кристаллы) и трииодид AmI₃ (желтые кристаллы) получают взаимод. АтО₂ соотв. с А1Вr₃ или АlI₃ при 500°С.

Известны также оксигалогениды AmOCl и AmO₂F₂, а также комплексные фториды Rb[AmF₆] и (NH₄)₄[AmF₈].

К соед. Am(III) относятся также арсенат AmAsO₄, вана-дат AmVO₄, ниобат AmNbO₄, фосфат АтРО₄*0,5Н₂О, перксенат Ат₄ХеО₆*40Н₂О и др. Выделены кристаллич. соед. Am(V)-RbAmO₂CO₃, NH₄AmO₂CO₃ и K₅[AmO₂(CO₃)₃]. Кристаллич. соединения Ат(VI)-америцилацетат NaAmO₂(C₂H₃O₂)₃, америцилаты Li₄AmO₅ и Li₆AmO₆.

Формальные окислит, потенциалы А. (в В) в кислом р-ре:

Для ионов Am³⁺, Ат⁴⁺ , АтО⁺₂ и АтО²⁺Н⁰_обр оценивается соотв. -616,7, -406,0, -805,0, -651,9 кДж/моль. Разб. водные р-ры Am(III) имеют розовую окраску, концентрированные - желтую. В кислых р-рах соед. Am(III) образуется ион Am(VI), а не Am(V). В конц. р-рах фторидов щелочных металлов, а также в присут. Н₃РО₄, Na₄P₂O₇ или ненасыщ. гетерополианионов устойчив Am(IV). Неустойчивость Am(IV) обусловлена его диспропорционированием, самовосстановлением вследствиерадиолиза р-ров, а также восстановлением водой до Am(III).

Am(V) образуется при окислении Am(III) в р-ре К₂СО₃ гипохлоритом или пероксодисульфатом Na, О₃, а также при восстановлении Am(VI) ионами Cl^- , Br^-, NO^-₂ или Н₂О₂. В кислой среде Am(V) существует в виде иона AmO⁺₂; Am(V) диспропорционирует в конц. р-рах минеральных к-т с образованием Am(III) и Am(VI), медленно восстанавливается Н₂О₂, I^- и др. до Am(III). Под действиемизлучения ²⁴¹Аm происходит самовосстановление Am(V) до Am(III). Ион Am(VI) образуется при окислении Am(III) озоном в р-ре NaHCO₃ или щелочи, ионами S₂O₈² или Ag²⁺ в слабокислой среде либо в р-рах карбонатов щелочных металлов, при анодном окислении Am(III), а также при окислении Am(V) в горячих разб. р-рах НС1О₄ или HNO₃ действием О₃, Се⁴⁺ или Ag²⁺. В кислых р-рах Am(VI) присутствует в виде иона америцила АтО₂²⁺ . Р-ры Am(VI) светло-желтые в 1 М НС1О₄, светло-коричневые в 1 М HNO₃, желто-зеленые в 1 М HF, красно-коричневые в 1 М H₂SO₄. Ионы АтО₂²⁺ -сильные окислители, восстанавливаются N₂H₄, NH₂OH, Н₂О₂ или I до Ат³⁺ . Под действиемизлучения ²⁴¹Аm происходит самовосстановление Am(VI) до Am(V).

С металлич. Ри А. образует непрерывный ряд твердых р-ров в интервале концентраций А. 6-80% по массе.

Изотоп ²⁴¹Аm образуется в результате ядерных р-ций:

Он м. б. выделен также из отработанного ядерного топлива после его хранения в течение неск. лет (в США ежегодно извлекают ок. 4 кг). Изотоп ²⁴³Аm получают по ядерным р-циям:

Извлекают А. с помощью ионного обмена с использованием в кач-ве элюентов р-ров NH₄CNS или конц. НС1, а также экстракцией трибутилфосфатом, третичными аминами и др.

Металлич. А. получают восстановлением его фторидов или диоксида: AmF₄ - кальцием при 1500-1600°С в бомбе или тигле из MgO; AmF₃- парами Ва в танталовом тигле при 1100-1200°С в глубоком вакууме; АmО₂ - лантаном при 1500°С или торием при 1550°С.

Изотоп ²⁴¹Am - исходное в-во для получения в ядерных реакторах трансурановых элементов с высшими атомными номерами. Смесь ²⁴¹Аm с ⁹Ве- источник нейтронов в дефектоскопии.

А. высокотоксичен; ПДК для ²⁴¹Аm и ²⁴³Аm в открытых водоемах соотв. 70,3 и 81,4 Бк/л, в воздухе -1,1*10^-4 и 1,0*10^-4 Бк/л. А. синтезирован и идентифицирован в 1944 Г. Сиборгом, Л. Морганом, Р. Джеймсом и А. Гиорсо.

Лит. см. при ст. Актиноиды. Б. В. Громов.