Promethium

Eigenschaften
[Xe] 4f5 6s2 61 Pm Periodensystem
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 Erdhülle	1,5 · 10−15 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse	(147Pm) 146,9151 u
Atomradius (berechnet)	185 (205) pm
Kovalenter Radius	199 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f5 6s2
1. Ionisierungsenergie	540 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1050 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2150 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand	fest
Dichte	7,2 g/cm3[1] (25 °C)[3]
Schmelzpunkt	1373 K (1100 °C)
Siedepunkt	3273 K (3000 °C)
Molares Volumen	20,10 · 10−6[1] m3/mol
Verdampfungswärme	290 kJ/mol
Schmelzwärme	7,7 kJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit	1,33 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	15 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände	3
Normalpotential	−2,423 V (Pm3+ + 3 e− → Pm)[1]
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE (MeV) ZP 143Pm {syn.} 265 d ε 1,041 143Nd 144Pm {syn.} 363 d ε 2,332 144Nd 145Pm {syn.} 17,7 a ε 2,322 145Nd α 0,163 141Pr 146Pm {syn.} 5,53 a ε 1,472 146Nd β− 1,542 146Sm 147Pm in Spuren 2,6234 a β− 0,224 147Sm 148Pm {syn.} 5,370 d β− 2,468 148Sm 149Pm {syn.} 53,08 h β− 1,071 149Sm
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [4] keine Einstufung verfügbar R- und S-Sätze R: siehe oben S: siehe oben
weitere Sicherheitshinweise
Radioaktivität
Radioaktives Element
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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 zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden.

Alle Promethium-Isotope sind radioaktiv, das heißt, sämtliche 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.

Geschichte

Fehlgeschlagene Entdeckungen

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 hauptsächlich 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 durchgeführt worden seien.^{[5][6][7][8][9][10]}

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 Universität Illinium.^[11][12][13]

Keine der beiden Entdeckungen konnte überprüft 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 bestätigen.

Nachweis durch Marinsky, Glendenin und Coryell

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.^[14][15] Da sie in großem Maße mit militärischen Forschungen während des Zweiten Weltkriegs befasst waren, wurde ihre Entdeckung erst 1947 veröffentlicht. Den Namen Promethium wählten 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 Wettrüsten 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 Brennstoffabfällen von Kernreaktoren zu erhalten.^[16][17] 1963 konnte Fritz Weigel erstmals metallisches Promethium durch Erhitzen von Promethium(III)-fluorid (PmF₃) mit Lithium im Tantal-Tiegel herstellen.^[18]

Vorkommen

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.^[19] Das gleichmäßige Vorkommen von Promethium in der Erdkruste beträgt etwa 560 g durch Uranspaltung und etwa 12 g durch Alphazerfall von ¹⁵¹Eu.^[20]

• Spontanspaltung von Uran:

${}^{238}_{\ 92} {\rm U} \xrightarrow {sf} {} ^{147}_{\ 57} {\rm La} + {} ^{89}_{35} {\rm Br} + 2 {} ^{1}_{0} {\rm n}$

$\mathrm{^{147}_{\ 57}La\ \xrightarrow [{4,015} \ {\ s}]{\beta^{-}} \ ^{147}_{\ 58}Ce\ \xrightarrow [{56,4} \ {\ s}]{\beta^{-}} \ ^{147}_{\ 59}Pr\ \xrightarrow [{13,4} \ {\ min}]{\beta^{-}} \ ^{147}_{\ 60}Nd\ \xrightarrow [{10,98} \ {\ d}]{\beta^{-}} \ ^{147}_{\ 61}Pm\ \xrightarrow [{2,6234} \ {\ a}]{\beta^-} \ ^{147}_{\ 62}Sm\ \xrightarrow [{1,06} \ \cdot \ {10^{11}} {\ a}]{\alpha} \ ^{143}_{\ 60}Nd }$

• Alphazerfall von ¹⁵¹Eu

$\mathrm{^{151}_{\ 63}Eu\ \xrightarrow [{5} \ \cdot \ {10^{18}} {\ a}]{\alpha} \ ^{147}_{\ 61}Pm\ \xrightarrow [{2,6234} \ {\ a}]{\beta^-} \ ^{147}_{\ 62}Sm\ \xrightarrow [{1,06} \ \cdot \ {10^{11}} {\ a}]{\alpha} \ ^{143}_{\ 60}Nd }$

Auch wurde Promethium im Emissionsspektrum des Sterns GY Andromedae nachgewiesen;^[21] und möglicherweise in HD 101065 (Przybylski's star) und HD 965.^[22]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Da das Isotop ¹⁴⁷Pm künstlich als Spaltprodukt in wägbaren 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.

Chemische Eigenschaften

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 gefärbt. Es bildet unter anderem ein schwerlösliches Fluorid, Oxalat und Carbonat.

Verwendung

Aufgrund der kurzlebigen Isotope und der sehr geringen Verfügbarkeit findet dieses Element nur in kleinsten Mengen technische Verwendung. Die wichtigste Anwendung ist die als Betastrahler. Promethium wird in Radionuklidbatterien genutzt, die in der Raumfahrt, etwa als Wärme und Energiequelle in Satelliten eingesetzt werden. Das Element ist eine mögliche mobile Quelle für Röntgenstrahlung, die zur radiometrischen Dickenmessung verwendet wird.^[23][24]

Das Nuklid ¹⁴⁷Pm dient außer als Betastrahlenquelle auch als Zusatz für Leuchtfarbe, die in Leuchtziffern von Uhren eingesetzt wird.^[23]

Das Licht von Lasern, die mit Promethium dotiert sind, durchdringt Wasser. Es kann daher für die Kommunitation von Satelliten mit U-Booten verwendet werden.^[25]

Verbindungen

Oxide

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 beträgt 2130 °C.^[26][27]

Halogenide

Sämtliche Halogenide von Fluor bis Iod sind für die Oxidationsstufe +3 bekannt.

Promethium(III)-fluorid (PmF₃) ist in Wasser schwerlöslich; man erhält es aus einer salpetersauren Pm³⁺-Lösung durch Zugabe von HF-Lösung, der Niederschlag besitzt eine blassrosa Farbe.^[28] Der Schmelzpunkt der wasserfreien Verbindung beträgt 1338 °C.^[29] Wird PmF₃·x H₂O erhitzt, dann entsteht Promethium(III)-oxifluorid (PmOF), das violettrosa gefärbt ist.^[30][31]

Promethium(III)-chlorid (PmCl₃) ist violett und hat einen Schmelzpunkt von 655 °C.^[29] Wird PmCl₃ in Gegenwart von H₂O erhitzt, so erhält man das blassrosa gefärbte Promethium(III)-oxichlorid (PmOCl).^[32][33]

Promethium(III)-bromid (PmBr₃) entsteht aus Pm₂O₃ durch Erhitzen im trockenen HBr-Strom.^[34][35] Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 660 °C.^[29]

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 gewünschte Produkt.^[36][37] Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 695 °C.^[29]

weitere Verbindungen

Promethium(III)-hydroxid (Pm(OH)₃) erhält man aus einer salzsauren Pm³⁺-Lösung durch Einleiten von NH₃. Seine Farbe ist violettrosa.^[38]

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d} Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 487–491.
2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Promethium) entnommen.
3. ↑ N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
4. ↑ In Bezug auf seine Gefährlichkeit wurde das Element von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
5. ↑ Luigi Rolla, Lorenzo Fernandes: "Über das Element der Atomnummer 61", in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1926, 157 (1), S. 371–381; doi:10.1002/zaac.19261570129.
6. ↑ Luigi Rolla: "Florentium or Illinium?", in: Nature, 1927, 119, S. 637–638; doi:10.1038/119637a0.
7. ↑ W. A. Noyes: "Florentium or Illinium?", in: Nature, 1927, 120, S. 14; doi:10.1038/120014c0.
8. ↑ Luigi Rolla: "Über das Element der Atomnummer 61 (Florentium)", in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1927, 160, S. 190–192; doi:10.1002/zaac.19271600119.
9. ↑ Luigi Rolla: "Florentium", in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1927, 163, S. 40–42; doi:10.1002/zaac.19271630104.
10. ↑ Luigi Rolla: "Florentium. II", in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1928, 169, S. 319–320; doi:10.1002/zaac.19281690128.
11. ↑ J. A. Harris: "The Element of Atomic Number 61; Illinium", in: Nature, 1926, 117, S. 792–793; doi:10.1038/117792a0.
12. ↑ Bohuslav Brauner: "The New Element of Atomic Number 61: Illinium", in: Nature, 1926, 118, S. 84–85; doi:10.1038/118084b0.
13. ↑ R. J. Meyer: "Über das Element 61 (Illinium)", in: Naturwissenschaften, 1926, 14, S. 771–772; doi:10.1007/BF01490264.
14. ↑ Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Charles D. Coryell: "The Chemical Identification of Radioisotopes of Neodymium and of Element 61", in: J. Am. Chem. Soc., 1947, 69 (11), S. 2781–2785; doi:10.1021/ja01203a059.
15. ↑ Oak Ridge National Laboratory: "Discovery of Promethium", in: ORNL Review, 2003, 36 (1), eingesehen am 17. September 2006.
16. ↑ Chung-Sin Lee: "Chemical Study on the Separation and Purification of Promethium-147", in: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Articles, 1989, 130, S. 21; doi:10.1007/BF02037697.
17. ↑ Ion Exchange Purification of Promethium-147 and its Separation from Americium-241, with Diethylenetriaminepenta-acetic acid as the Eluant. Abgerufen am 31. Januar 2011.
18. ↑ Fritz Weigel: "Darstellung von metallischem Promethium", in: Angewandte Chemie, 1963, 75 (10), S. 451–451; doi:10.1002/ange.19630751009.
19. ↑ Moses Attrep, Jr., P. K. Kuroda: "Promethium in Pitchblende", in: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1968, 30 (3), S. 699–703; doi:10.1016/0022-1902(68)80427-0.
20. ↑ P. Belli, R. Bernabei, F. Cappella, R. Cerulli, C. J. Dai, F. A. Danevich, A. d’Angelo, A. Incicchitti, V. V. Kobychev, S. S. Nagorny, S. Nisi, F. Nozzoli, D. Prosperi, V. I. Tretyak, S. S. Yurchenko: "Search for α Decay of Natural Europium", in: Nuclear Physics A, 2007, 789, S. 15–29; doi:10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001.
21. ↑ M. F. Aller: "Promethium in the star HR 465", in: Sky & Telescope, 1971, 41, S. 220–222.
22. ↑ C. R. Cowley, W. P. Bidelman, S. Hubrig, G. Mathys, D. J. Bord: "On the possible presence of promethium in the spectra of HD 101065 (Przybylski's star) und HD 965", in: Astronomy & Astrophysics, 2004, 419, S. 1087–1093; doi:10.1051/0004-6361:20035726.
23. ↑ ^{a b} Robert E. Krebs: The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. 2. Auflage. Greenwood Publishing Group, 2006, ISBN 978-0-3133-3438-2, S. 286 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
24. ↑ Thieme Chemistry (Hrsg.): Eintrag zu Promethium im Römpp Online. Version 3.14. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2011, abgerufen am 15. August 2011.
25. ↑ Leland Johnson, Daniel Schaffer: Oak Ridge National Laboratory: the first fifty years. Univ. of Tennessee Press, 1994, S. 229 (Eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche.
26. ↑ Weigel: Chemie des Promethiums, S. 591–594.
27. ↑ Gmelin, 39 C 1, S. 312–313.
28. ↑ Gmelin, 39 C 3, S. 194.
29. ↑ ^{a b c d} Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1942.
30. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 588.
31. ↑ Gmelin, 39 C 3, S. 257.
32. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 588–589.
33. ↑ Gmelin, 39 C 5, S. 31.
34. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 590.
35. ↑ Gmelin, 39 C 6, S. 61–62.
36. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 591.
37. ↑ Gmelin, 39 C 6, S. 192.
38. ↑ Gmelin, 39 C 2, S. 56–57.

Literatur

• Fritz Weigel: "Chemie des Promethiums", in: Fortschr. Chem. Forsch., 1969, 12 (4), S. 539–621; doi:10.1007/BFb0051097.
• Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 39:
  • Teil B 1, S. 1–16, 119, 144–145, 158, 184
  • Teil B 2, S. 46, 94–96, 149, 215
  • Teil B 3, S. 69, 74–75
  • Teil B 5, S. 131–145
  • Teil B 6, S. 131–133, 156, 160
  • Teil B 7, S. 193
  • Teil C 1, S. 312–313
  • Teil C 2, S. 56–57, 261
  • Teil C 3, S. 194, 257
  • Teil C 4 b, S. 181–183
  • Teil C 5, S. 31
  • Teil C 6, S. 61–62, 192
• Römpp Lexikon Chemie, Band 5, 1996, 10. Auflage, S. 3566–3567.
• CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, Taylor & Francis, Boca Raton 2009, ISBN 978-1-4200-9084-0, Section 4, The Elements, p. 4-28.
• Comprehensive Inorganic Chemistry, The Lanthanides, S. 42–44.
• James E. Huheey: Anorganische Chemie, 1. Auflage, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6, S. 873–900.

Weblinks

 Wiktionary: Promethium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Promethium – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Periodensystem für den Schulgebrauch – Promethium (Namensgebung, Entdeckung)
• Elementymology & Elements Multidict by Peter van der Krogt
• Generalic, Eni. "Promethium." EniG. Periodensystem der Elemente. 31. März 2008. KTF-Split

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