Promethium, Pm, Ordnungszahl 61

Allgemeines

Promethium (von Prometheus, einem Titanen der griechischen Mythologie) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pm und der Ordnungszahl 61. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zÀhlt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden.
Alle Promethium-Isotope sind radioaktiv, das heißt, sĂ€mtliche Atomkerne, die 61 Protonen enthalten, sind instabil und zerfallen. Promethium und das leichtere Technetium (43) sind die einzigen Elemente mit kleinerer Ordnungszahl als Blei (82), die diese Eigenschaft besitzen.
Die erste Entdeckung wurde von den italienischen Wissenschaftlern Luigi Rolla und Lorenzo Fernandes aus Florenz veröffentlicht. Nach der Trennung eines Didym-Nitrat-Konzentrats durch fraktionierte Kristallisation aus dem brasilianischen Mineral Monazit, welches zu 70 % Dysprosium und Neodym sowie zu 30 % aus den anderen Lanthanoiden besteht, erhielten sie eine Lösung, die hauptsĂ€chlich Samarium enthielt. Diese Lösung ergab Röntgenspektren, die sie als Samarium und Element 61 interpretierten. Sie benannten das Element 61 zu Ehren ihrer Stadt Florentium. Die Ergebnisse wurden im Jahr 1926 veröffentlicht, doch die Wissenschaftler behaupteten, dass die Experimente im Jahr 1924 durchgefĂŒhrt worden seien.
Im selben Jahr 1926 veröffentlichten Smith Hopkins und Len Yntema an University of Illinois in Urbana-Champaign die Entdeckung des Elements 61. Sie nannten es nach der UniversitÀt Illinium.
Keine der beiden Entdeckungen konnte ĂŒberprĂŒft werden. So behaupteten mehrere Gruppen, das Element erzeugt zu haben, aber sie konnten ihre Entdeckungen aufgrund der Schwierigkeiten bei der Trennung von Promethium von den anderen Elementen nicht bestĂ€tigen.

Gewinnung

Es liegen keine genauen Kenntnisse zur Seperierung von Promethium vor.

Besonderheiten

Promethium wurde 1945 im Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA) von Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin und Charles D. Coryell als Spaltprodukt des Urans entdeckt.Da sie in großem Maße mit militĂ€rischen Forschungen wĂ€hrend des Zweiten Weltkriegs befasst waren, wurde ihre Entdeckung erst 1947 veröffentlicht. Den Namen Promethium wĂ€hlten sie in Anlehnung an den griechischen Titanen Prometheus, der den Menschen das Feuer brachte und so den Zorn der Götter erweckte. Dies war als Warnung an die Menschheit gedacht, die zu diesem Zeitpunkt mit dem nuklearen WettrĂŒsten begann. Der Name wurde von Grace Mary Coryell, Charles Coryells Frau, vorgeschlagen.
Im Jahr 1963 wurden Ionenaustausch-Methoden im ORNL verwendet, um etwa 10 Gramm Promethium aus den BrennstoffabfÀllen von Kernreaktoren zu erhalten.1963 konnte Fritz Weigel erstmals metallisches Promethium durch Erhitzen von Promethium(III)-fluorid (PmF3) mit Lithium im Tantal-Tiegel herstellen.
In der Natur findet sich Promethium zumeist als Produkt der Spontanspaltung von Uran sowie durch Alphazerfall des Europiumisotops 151Eu. In Spuren findet es sich in Pechblende in einer Konzentration von (4±1)·10−15 Gramm 147Pm pro kg. Das gleichmĂ€ĂŸige Vorkommen von Promethium in der Erdkruste betrĂ€gt etwa 560 g durch Uranspaltung und etwa 12 g durch Alphazerfall von 151Eu.Auch wurde Promethium im Emissionsspektrum des Sterns GY Andromedae nachgewiesen; und möglicherweise in HD 101065 (Przybylski’s star) und HD 965.
Da das Isotop 147Pm kĂŒnstlich als Spaltprodukt in wĂ€gbaren Mengen gewonnen werden kann, ist es möglich, die Eigenschaften recht gut zu untersuchen. Als Metall ist es ein typischer Vertreter der Lanthanoide. Das silberweiße, relativ weiche Metall wird an der Luft recht rasch oxidiert und reagiert langsam mit Wasser.
Promethium kommt in seinen Verbindungen ausschließlich in der Oxidationsstufe +3 vor ([Xe] 4f4). Es gibt dabei die beiden 6s-Elektronen und ein 4f-Elektron ab. Die Lösungen sind violettstichig rosa gefĂ€rbt. Es bildet unter anderem ein schwerlösliches Fluorid, Oxalat und Carbonat. Promethium(III)-oxid (Pm2O3) besitzt drei verschiedene Modifikationen: eine hexagonale A-Form (violettbraun), eine monokline B-Form (violettrosa) und eine kubische C-Form (korallenrot). Der Schmelzpunkt betrĂ€gt 2130 °C
SĂ€mtliche Halogenide von Fluor bis Iod sind fĂŒr die Oxidationsstufe +3 bekannt.
Promethium(III)-fluorid (PmF3) ist in Wasser schwerlöslich; man erhÀlt es aus einer salpetersauren Pm3+-Lösung durch Zugabe von HF-Lösung, der Niederschlag besitzt eine blassrosa Farbe. Der Schmelzpunkt der wasserfreien Verbindung betrÀgt 1338 °C. Wird PmF3·x H2O erhitzt, dann entsteht Promethium(III)-oxifluorid (PmOF), das violettrosa gefÀrbt ist.
Promethium(III)-chlorid (PmCl3) ist violett und hat einen Schmelzpunkt von 655 °C. Wird PmCl3 in Gegenwart von H2O erhitzt, so erhÀlt man das blassrosa gefÀrbte Promethium(III)-oxichlorid (PmOCl).
Promethium(III)-bromid (PmBr3) entsteht aus Pm2O3 durch Erhitzen im trockenen HBr-Strom. Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 660 °C.
Promethium(III)-iodid (PmI3) ist nicht aus Pm2O3 durch Reaktion mit HI-H2-Gemischen darstellbar, es bildet sich stattdessen Promethium(III)-oxiiodid (PmOI). Durch Reaktion von Pm2O3 mit geschmolzenem AlI3 bei 500 °C entsteht das gewĂŒnschte Produkt. Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 695 °C.
Promethium(III)-hydroxid (Pm(OH)3) erhÀlt man aus einer salzsauren Pm3+-Lösung durch Einleiten von NH3. Seine Farbe ist violettrosa.
Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische GefĂ€hrlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenĂŒber den auf der RadioaktivitĂ€t beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafĂŒr relevante Stoffmenge handelt.

Verwendung

Aufgrund der kurzlebigen Isotope und der sehr geringen VerfĂŒgbarkeit findet dieses Element nur in kleinsten Mengen technische Verwendung. Die Nuklide 146Pm und 147Pm werden als anregender Betastrahler in Leuchtziffern von Uhren und in Kaltlichtquellen von Signalanlagen verwendet.
Außerdem wird die Betastrahlung des Promethiums zur radiometrischen Dickenmessung und FĂŒllstandsmessung herangezogen.
In der Raumfahrt werden kleine Radionuklidbatterien mit Promethium verwendet.

Allgemein
Name, Symbol

Ordnungszahl

Promethium, Pm, 61
Serie Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block La, 6, f
Aussehen metallisch
CAS-Nummer 7440-12-2
Massenanteil an der ErdhĂŒlle 1,1 ppm
Atomar
Atommasse 164,93032 u
Atomradius 175 pm
Kovalenter Radius 192 pm
Elektronenkonf. [Xe] 4f(11) 6s2
1. Ionisierungsenergie 581,0 KJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1170 KJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2204 KJ/mol
Physikalisch
Aggregatszustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 8,78 g/cm3 (25 °C)
Magnetismus paramagnetisch (χm = 0,049)
Schmelzpunkt 1734 K (1431 C)
Siedepunkt 2993 K (2720 C)
Molares Volumen 18,74 * 10(-6)m(3)/mol
VerdampfungswÀrme 265 KJ/mol
SchmelzwÀrme 17,0 KJ/mol
Elektrische LeitfÀhigkeit 1,23*10(6) A/(V*m)
WÀrmeleitfÀhigkeit 16 W/(m*K)
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