镅

人工合成的原子序数为95的锕系元素

镅

镅（Americium），锕系元素之一，化学符号是Am，在元素周期表中原子序数为95，原子量为243.06g/mol，是一种人工合成的放射性元素。金属镅呈银白色光泽，具有延性和可锻性。镅的熔点、沸点、晶体结构和密度，与稀土元素的数值相近，熔点为1173℃，沸点为2607℃。镅的化学性质活泼。[0][5]镅会释放α和γ辐射，对人体健康构成严重危害。[0]镅有19种同位素和8种核异构体，其中最常用的是镅-241。[6]广泛应用于探测器、中子源等。[7]

镅méi（Americium），锕ā系元素之一，化学符号是Am，在元素周期表中原子序数为95，原子量为243.06g/mol，是一种人工合成的放射性元素。金属镅呈银白色光泽，具有延性和可锻性。镅的熔点、沸点、晶体结构和密度，与稀土元素的数值相近，熔点为1173℃，沸点为2607℃。镅的化学性质活泼。[1][6]镅会释放α和γ辐射，对人体健康构成严重危害。[1]

镅有19种同位素和8种核异构体，其中最常用的是镅-241。[7]广泛应用于探测器、中子源等。[8]

发现历史

镅是第四个被发现的超铀元素。1944年，在美国化学家格伦·T·西博格领导下工作的一个化学家小组发现了镅。镅发现于美国，人们便根据美国的名字命名它为镅。[9]

第二次世界大战期间，化学小组的实验工作在芝加哥大学冶金实验室进行，该实验室即阿贡国家实验室。1944年，西博格、吉奥索、詹姆斯和摩根通过用中子轰击钚bù得到了镅-241。[9]反应如下：

[10]

1950年，西博格、吉奥索和斯特里特发现了寿命最长的同位素镅-243(t1/2=7400年)，它是由镅-243经过两次连续的中子俘获而生成的。[10]

物理性质

金属镅呈银白色光泽，具有延性和可锻性。镅的熔点、沸点、晶体结构和密度，与稀土元素的数值相近，熔点为1173℃，沸点为2607℃。[6]

镅有三种同素异形体。在室温下呈双六方密集堆积结构的α变体，在600℃时转为面心立方晶系的β变体，α变体的密度为13.671g/cm3。[6]

水溶液中镅有四种价态，Am(Ⅲ)、Am((IV)、Am(V)和Am(VI)，+3价和+4价的镅溶液呈红色或粉红色，+5价和+6价的镅溶液呈黄棕色。[11]

稳定性

镅在水溶液中存在+2一+7六种价态，其中+4价和+5价的Am是不稳定的，+3价的Am最稳定，+6价的镅也十分稳定，在弱酸溶液中，+6价的镅可以被还原到+5价，Am(II)仅在极谱研究中观察到。Am(IV)很不稳定，只能在饱和NH4F溶液中存在。+4价和+5价的Am在溶液中能发生歧化反应，Am(IV)在水溶液中迅速歧化为Am3+和AmO2+。由于241Am和243Am半衰期较短，因而放射性比活度较高，辐射化学效应强。[3][12]

氧化还原性质

Am是较强的氧化剂，相当于酸性溶液中MnO4-的氧化能力。AmO2+可用过硫酸盐或Ce(IV)在酸性溶液中氧化Am3+得到。241AmO22+在自身α辐射作用下很快还原为AmO2+。在95℃的碳酸盐溶液中，用次氯酸盐或过硫酸盐氧化Am3+可制得AmO2+，此时Am以复盐MAmO2CO3和M5AmO2(CO3)3析出,用酸溶解即得AmO2+溶液。241AmO2+在α辐射作用下迅速自还原生成Am3+。[3]

与单质反应

镅能在50 ℃的条件下与氢气反应生成二氢化镅。[13]

镅能与氧气在加热条件下反应生成二氧化镅。[13]

镅能与氯气反应生成三氯化镅。[13]

与化合物反应

镅能与水反应生成一氧化镅和三氧化二镅等。[13]

镅能与氢化碘反应生成三碘化镅和氢气。[13]

镅能与氨气反应生成氮化镅和氢气。[13]

同位素

镅已知有19种同位素和8种核异构体，质量数范围从223到249不等。镅的同位素中有两种寿命较长的α发射体，镅-241和镅-243，是最常见的两种同位素镅，其半衰期分别为432.2年和7370年，核异构体镅-242的半衰期为141年。其他同位素和异构体的半衰期从镅-245的0.64微秒到镅-240的50.8小时不等。与大多数锕系元素一样，奇数中子的镅同位素具有较高的核裂变率和较低的临界质量。[7]

几种常见的同位素信息如下：[7][14]

核素半衰期发现年主要衰变方式主要合成反应镅-241432.6 ± 0.6年1949年α衰变241Pu（β-衰变）镅-24216.02 ± 0.02小时1949年β衰变241Am（n,γ）镅-2437.350 ± 0.009千年1950年α衰变242Am（n,γ）

氧化物

镅能生成三种氧化物，AmO、Am2O3和AmO2。金属镅与化学计量的氧一起加热得到一氧化物AmO。在空气中灼烧AmⅣ的硝酸盐、草酸盐或氢氧化物，得到AmO2，AmO2可溶于盐酸并生成AmCl3。高于1000℃时，二氧化镅失去氧而转变为Am2O3。[15]

卤化物

镅的卤化物有AmF3、AmCl3、AmF4、AmBr3、AmI3，混合卤化物有NaAmF4、LiAmF5、Rb2AmF6、CsNaAmF6和CsAmO2Cl4等。[15]

氟化物

氟化氢和氢气混合在650℃下与二氧化镅作用，生成三氟fú化镅。用氢氟酸可从Am3+的水溶液沉淀出水合三氟化镅。在干燥时，三氟化镅水合物部分转为氟氧化物。[15]

在500℃时氟与镅的化合物作用，可制备四氟化镅。四氟化镅在水作用下可以还原为三氟化镅。[15]

氯化物

用四氯化碳在800℃下氯化二氧化镅或用氯化氢与二氧化镅作用可生成三氯化镅。三氯化镅还可在溶液中由盐酸作用于氢氧化镅或金属镅来制备。三氯化镅在水蒸气作用下发生水解。[15]

氢化物

镅与氢相互作用，生成镅的氢化物，其组成有AmH2、AmH3、Am4H3。[15]

硼化物和硅化物

金属镅和硼真空加热可生成四方型的AmB4。铀yóu、镎ná、钚均可形成二硼化物，而镅则不能。AmO2和B2O3进行固态反应可得斜方晶型AmBO3，它呈浅粉红色，可溶于浓的无机酸中，具有LaBO3和NdBO3低温变体的霰石结构。[16]

AmSiO4可由Am(OH)4与过量的SiO2生成，它呈褐色，具有锆石的结构，将其加热可以分解为AmO2和SiO2。[17]

有机化合物

AmCl3与熔融的Be(C5H5)2可以反应生成颜色鲜艳的三环戊二烯合镅(Ⅲ)，Am(C5H5)3化合物的红外光谱表明有对称的C5H5五元环的典型谱带。[18]在Am(VI)的酸性溶液中加入醋酸钠可以生成醋酸镅(VI)钠的沉淀NaAmO2(OOCCH3)3，它是呈柠檬黄色的立方型晶体。将氨一滴滴地加入含有稍过量乙酰丙酮的Am3+溶液中，析出苍玫瑰红色沉淀Am(C5H7O2)3·H2O。[19]

固体结构

镅和镧lán、镨pǔ、钕nǚ一样呈六方双密堆积结构(空间群P63/mmc；a=3.4681Å，c=11.241Å，ζ=13.671g/cm3)。配位数为12时的原子半径1.730Å，1079℃以上有第二种面心立方晶系的变体(β-Am)，其a=4.894Å。[20]

几种镅化合物的晶格常数如下：[21]

化合物晶格对称性空间群颜色晶格常数同构化合物
a(Å)b(Å)c(Å)β(Å)
AmH3六方P3cl-6.68-6.75--
AmO2立方Fm3m深褐色5.377----
AmB4四方（P4/mbm）-7.105-4.006--
AmF4单斜C2/c灰褐色12.5610.588.25125.9-
AmCl3六方P63/m粉红色7.382-4.214--
AmBr3·6H2O单斜P2/n浅棕色9.9556.7388.16692.75-
Li4AmO3四方I4/m棕黑色6.666-4.410-Np，Pu
Na2AmO3单斜C2/c棕黑色5.9210.2611.23100.11Te，Ti，Sn
AmSiO4四方I41/amd深棕色6.87-6.20-Zr，Th，U，Pu

制备方法

镅的化学研究和应用主要集中在镅- 241和镅-243的生产和利用上。[22]

239Pu制241Am

239Pu经中子照射生成241Pu，后者经β衰变(t1/2=14.0±0.3年)生成241Am。10克241Pu样品经过10年后，约生成4克241Am。这一反应的核转化过程如下：[22]

Pu-239制备Am-241的核转化过程
Pu-239制备Am-241的核转化过程

242Pu制243Am

243Am是由242Pu经热中子照射生成的，首先242Pu经中子照射生成243Pu，后者经β衰变(t1/2=5小时)生成243Am，其核反应如下：[22]

Pu-242制Am-243的核转化过程
Pu-242制Am-243的核转化过程

还原镅化合物

金属镅可通过还原镅化合物制备，通常由以下四种方法制备。

用金属钡bèi（或锂）对AmF3的蒸汽相进行还原：[23]

用金属镧还原AmO2：[23]

在还原钢弹中用金属钙对AmF4进行还原：[23]

将Pt5Am进行热分解：[23]

工业领域

由于镅-241的射线基本上是单能α和γ射线，因此它特别适宜作X射线激发源用于矿样分析和X射线发生器等，γ射线用于许多工业、科学研究中尺寸、厚度、密度和射线照象等测量仪器中，例如用来测量玻璃板的厚度、测量金属的厚度、测量铝材料的厚度和测量金属丝的直径。镅-241作为低能γ源，在价格、方便性、能谱纯度和寿命等方面都超过所有的可做低能Y源用的放射性同位素。[8]

医疗领域

镅作为同位素能源在医疗中已经应用在测定骨骼中的矿物质含量和表面体积比、测定软组织中的类酯zhǐ化合物、估计局部肺的呼吸、测定人体组成、甲状腺诊断以及颅内压测定器。[8]

中子源

镅-241提供的α粒子可以用来制作中子源，在1976年之前，美国和其他国家生产的镅-241的主要销路是制造中子源，全世界回收的镅-241大部分也用来制造中子源。241Am-Be源作为超铀同位素(α，n)中子源应用于许多领域，工业上主要用于测井、测定土壤密度和水分含量、测定煤炭中的灰分和混凝土中的水泥含量以及用作中子计数器和中子源制备。[8][24]

探测器

镅-241放出的α粒子使空气电离，因此可以作为烟雾探测器，还可以应用于测定大气密度、测定行星大气密度、气相色谱的离子化检测器等。[8][24]

靶材料

镅-241的一个非常重要的用途是做反应堆靶子以制备242Cm。242Cmα衰变生成的238Pu是一个非常重要的放射性核素，它作为同位素能源已经应用在空间和医学方面。纯241Am俘获热中子生成242Cm的过程：[8]

镅-243的半衰期较长、比放较低，常用于在高中子通量反应堆中用做生产244Cm的靶材料，以及与244Cm混合，在高中子通量堆中做制造252Cf和其它超铀元素的靶材料。[8]

健康危害

镅的毒性主要来自放射性衰变过程中释放的α粒子所造成的损害，镅产生的电离辐射会导致细胞损伤，包括DNA断裂、准确或不准确的修复、细胞凋亡、基因突变、染色体改变和遗传不稳定，导致正常细胞和组织内稳态的破坏和恶性肿瘤的生长。不直接损伤DNA的电离辐射会产生活性氧中间体，直接影响p53(细胞周期调节中的重要酶)的稳定性，并在DNA复制过程中通过错配对DNA中的单个碱基和点突变产生氧化损伤。[1]

镅-241具有致癌性。放射性核素释放的α粒子，无论其来源如何，都会产生相同的二次电离模式，并对包括DNA在内的生物分子产生相同的局部损伤模式，这些影响包括DNA双链断裂、染色体畸变、基因突变和细胞转化。放射性核素释放的α粒子会引起循环淋巴细胞的染色体畸变和体内人类的基因突变，不同放射性核素衰变过程中释放的α粒子对相同组织(例如肺细胞或骨表面)的相似剂量会产生相同类型的非肿瘤效应和癌症。[1]

中毒症状

镅-241、镅-242和镅-243都属于极毒性核素。在镅的毒理学中，镅-241最重要。镅-241进入人体后，主要蓄积于肝脏和骨骼中。镅-241 急性中毒时，引起典型的急性放射病；亚急性中毒时，主要损害造血器官和肝脏而引起死亡；慢性中毒远期效应可引起肿瘤。[25]暴露于高剂量电离辐射会导致急性辐射综合征，可导致皮肤烧伤、脱发、恶心、呕吐、头晕、定向障碍、低血压、头痛、疲劳、虚弱、发烧、出生缺陷、疾病、感染和死亡。[1]

急救措施

暴露于放射性产品的大多数症状是延迟的，准确的接触史对于确定风险和治疗方式至关重要。不同的辐射剂量出现不同症状：100拉德：在几小时内出现恶心、呕吐、腹泻等肠胃症状；600拉德：坏死性胃肠炎，可导致脱水和几天内死亡；几千拉德：几分钟到几小时内出现神志不清、嗜睡、癫痫、昏迷等神经或心血管症状；严重接触后通常会出现骨髓抑制、白细胞减少和感染。[1]

暴露于放射性镅后应立即转移到通风处，保持呼吸畅通，或通过输氧协助。对于严重暴露后出现昏迷或严重呼吸窘迫的患者，首先考虑气管插管协助呼吸和眼部冲洗，通过静脉注射弥补肠胃炎造成的体液流失，同时应注意预测心律失常、休克情况和癫痫发作并及时进行治疗，还要治疗白细胞减少和由此引起的感染，免疫抑制患者需要反向隔离并进行适当的广谱抗生素治疗。在摄入或吸入某些生物活性放射性物质的某些情况下，如果在暴露前或暴露后不久给予螯áo合剂或药理阻断药物可能有用。[1]

参考资料 25

  1. Americium | Am - PubChem — PubChem
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 镅元素介绍 — 洛克化工网
  6. 参考 6
  7. Americium | Am (Element) - PubChem — PubChem
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. 参考 25
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