AMERICIUM

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

H

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

14

15

16

17

He

Li

Be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

?

?

?

 

?

 

 ?

 

 

 

 

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

 

 

 

 

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

 

Am, atomnr. 95, molvekt for de viktigste isotopene 241,05686 og 243,06139 g, elektronkonfigurasjon (Rn)+5f7-7s2, smeltepunkt 1173 C, kokepunkt 2607 C, tetthet 13,671 g/cm3 (ved 20 C).

Americium hører til gruppe 3 (3b) i det periodiske systemet (også kjent som 'sjeldne jord(arts)metaller'.) Det har (1981) 16 kjente isotoper og isomerer, alle radioaktive. De betastabile (d.v.s. de som hadde vært stabile hvis americium ikke hadde ligget i alfa-ustabilitetsområdet) er 241, med halveringstid på 432,6 år og 243, den lengstlevende, med 7370 år. Den eneste andre med en halveringstid som kan måles i år er americium 242m, en isomer av isotopen 242, som har en halveringstid på 16 timer og i 82,7 % av nedbrytningene omdannes ved betaemisjon til curium 242 og i 17,3 % med elektroninnfangning til plutonium 242.

Denne isomere Am242m er en eksitert tilstand av Am 242-kjernen som befinner seg på et litt høyere energinivå og kan gå ned til grunntilstanden ved å gi fra seg den ekstra energien i et gammakvant. Dette skjer også i 99,55 % av tilfellene, men i 0,45 % avgir den en alfapartikkel og går over til neptunium 238. Og dessuten er det en sjanse på 0,0000000148 % for at den vil desintegrere ved spontanfisjon. Ingen andre isotoper har et så komplisert nedbrytningsskjema som americium 242. I tillegg har begge isomerene et slikt tverrsnitt for fisjon ved innfangning av termiske nøytroner at de vanlige reaktorbrennstoffene plutonium 239 og uran 233 og 235 blir bare smågutter i forhold. Den metastabile Am 242m er den hvasseste, med 6600 barn, det høyeste av alle kjente. Til sammenliging har Pu 239 742,5. En kritisk masse av Am 242m kan beregnes til å være bare 23 gram, mot flere kg for plutonium og uran, og altså har man muligheten til å lage en atombombe i lommeformat. Å få til så mye Am 242m er riktignok et problem, for det må lages ved nøytronbestråling av Am 241, og når det suger til seg så mange nøytroner selv også (totalt 8000 barn for absorpsjon og fisjon) går mye av det nylagede tapt under prosessen. Med 2 kg Am 241 og ett års bestråling med en fluks på 1x1013 nøytroner/cm3/sek (kortere tid ved høyere fluks) skulle det likevel gå. Så var det isotopseparasjonen da. Den kompliseres særlig av det at Am 242m har en isomer med samme massetall som seg selv. Men det skulle vel gå? Ting har gått før...

HISTORIE
Stille er det i skogen. Dagen er varm. En steikende solskive står og dirrer på den blå himmelen og sender loddrette stråler ned mellom de lysegrønne, lette, skyliknende greinene på høye, ranke bartrær som står i grupper og uregelmessige rader i det flate lendet. Mellom bartrærne vokser klynger av bregner, høye og lave, og her og der et annet tre, palmeliknende vekster med grove, ru stammer og høye kroner av tykke, finnete blad og kongleliknende blomsterstender. Andre trær, tette og frodige, med masser av små, lappflikete blad, og atter andre, lavere vekster med en klumpete rotstamme nede ved bakken og fra toppen lange, slanke, finnete blad med store, skinnende gule blomster mellom bladene. Bakken mellom trær, busker og bregner dekkes av mørk, grønnligbrun mose med myriader av desimeterhøye grønne sporofytter stikkende opp.

Ja, det er stille, og ikke et vindpust svaler den trykkende heten. Men helt lydløst er det ikke. En stor, svart bille sitter på et finnete blad, åpner dekkskallene og flyr durende avsted. Kort etter summer en skvadron øyenstikkere forbi på jakt etter bytte. Nede mellom bregnebladene rasler det og et kort øyeblikk stikker en spiss, hårete snute ut. Så høres skritt. Et hundstort, grønn- og brunflekkete dyr kommer gående på alle fire, seende seg vaktsomt omkring. Det seige, nuppete, hårløse skinnet har to kammer av forbeininger langsetter hver side av ryggen og videre nedover den lange, kjøttfulle halen. Hodet henger lavt, sitter direkte på kroppen uten nakke og har en kjeve med lange rader av små, spisse tenner. Dyret snuser på en bregneplante og begynner å beite med vrikkende, rivende bevegelser av hodet og de hvasse kjevene.

Nye skritt høres. Skridende fram bak et av de høye bartrærne kommer et annet dyr til syne. Det er halvannen meter høyt og går oppreist på et par kraftige, strutseliknende baklemmer. Det hårløse skinnet er brungult med et mønster av forgrenete, langsgående, grønnbrune striper og flekker. Kroppen, som er ganske bred nederst, smalner av oppover, og et par spinkle armer med gripeklør henger nedover langs sidene. På toppen troner et hode med skarpe ørneøyne og en kjeve med lange, dolkformede tenner. Bak henger en lang, kjøttfull hale og balanserer. Nykommeren har fått øye på bregneeteren. Blikket er sultent, og den snur seg mot det mulige byttet - men før den rekker å gå til angrep, skjer det noe.

De har hørt den før, den dype rumlingen nede i jorda. De vet ikke hva den er og hva den betyr, og det gjør dem redde. Og nå er bulderet høyere og nærmere enn det noengang har vært tidligere. Plutselig sprekker bakken opp mellom de to fiendene og ild og glødende stein spruter opp gjennom sprekken. I vill panikk tar de flukten og legger metere mellom seg og det uforståelige fenomenet så fort beina klarer å bære dem. Og sprekken vider seg ut og mer ild og mer glødende stein spruter ut og renner i elver utover lendet mens trær og bregner og mose tar fyr og sprer en rasende skogbrann til hver av sidene. Snart er utbruddet over, og det første regnskyllet slukker brannen. Men det er bare begynnelsen. Bregneeteren og den kjøttsultne tobeinte finner seg hver sine maker på sine tilfluktsteder og vet ikke at et verdenshav med stunder skal skille deres etterkommere.

Og millionene av år rullet. Torden- og svaneøgler og deres like vokste opp og tyranniserte hverandre. Så var deres tid omme og sabelkatter og beltedyr tro fram i deres sted. Trær og enger bugnet av fargestrålende blomster og bøffelhorder tordnet over gresslettene.

Og den røde mann kom mellom to istider og han slo seg ned og levde sammen med bøflene og ørnene og grevlingene og ørretene og hakkespettene. Så kom den hvite mann, og han hersket over den røde mann og den svarte mann og over bøflene og ørnene og grevlingene og ørretene og hakkespettene. Slik var hans ånd.

Den hvite mann er en mann som bygger. Det han bygger, kaller han hus. Det som er i huset kaller han inne mens det som ikke er i det kaller han ute. Den hvite mann er fortapt uten et hus. Har han ikke et sted hvor han kan være inne, er han ingenting. Han bygger varme og frost og væte, luft, jord og lys ute. Han bygger dyr, planter, fisk, fugl og reptiler ute. Han bygger sjel og vokster og fri, skapende tanke ute. Han bygger seg vekk fra alt han er skapt til å takle. Han bygger seg vekk fra seg selv. Den hvite mann sliter og strever og samler og kaller ting sine, for han vet at det er mange slike som ham og hvis han deler på det han har samlet blir det så lite og han vet at ting han samler betyr lykke - jo mer han har av dem jo lykkeligere vil han bli. Den hvite mann gjerder også inn stykker av jord som han kaller sine. Han graver i jorda og haler opp steiner som han kaller rikdommer og han skjærer gresset som vokser på den og eter frøene som sitter på gresset for han vet at jorda ikke er hans mor og at steinene ikke er knoklene hennes og at gresset ikke er håret hennes. Den hvite mann dreper med et smil på leppene, for han vet at ørnen eller ørreten ikke er hans bror som han må være rasende på for å kunne drepe.

En dag er det sommer, det er 1944, og i en tid da den hvite mann er fullt opptatt med å drepe sitter en av dem, som attpå til har på seg en hvit frakk, på et sted med mange lukter og arbeider med noe som ikke er dreping. Ikke direkte. Men fordi han fire år før fant noe som så ut til å skulle bli veldig effektivt å drepe med, gir den store hvite far i Washington ham ekstra mye av de tingene som er til for å gjøre seg lykkelig med, slik at han kanskje kan gjøre flere slike funn.

Det første transuranet, neptunium, ble oppdaget av McMillan og Abelson i 1940 og det neste, plutonium, av Glenn T. Seaborg og hans gruppe senere samme år. Til deres overraskelse viste ikke disse nye stoffene slektskap med h.h.v. rhenium og osmium, slik det kunne se ut til etter det periodiske systemet å dømme som verserte da, men derimot liknet de uran. Det var derfor letingen etter slike rhenium- og osmiumliknende stoffer som hadde pågått siden 1934, til da hadde vært resultatløs. Man antok nå at også de neste grunnstoffene liknet uran og hadde et oksydasjonstrinn +6 som kunne utnyttes i separasjonen, men de neste fire årenes leting etter nye uranliknende stoffer var like resultatløs, og sommeren 1944 hadde nye idéer kommet inn i bildet.

Norskamerikaneren Fredrik William Houlder Zachariasen (født i Langesund 1906), en pionér i strukturbestemmelse ved røntgendiffraksjonsanalyse, hadde kommet med i plutoniumforskningen fra 1943. Han hadde lagt merke til at radien på de fireverdige ionene til thorium, uran, neptunium og plutonium minket gradvis i den rekkefølgen slik de treverdige til lantanidene gjør, og han foreslo i et notat 24/6 1944 at disse grunnstoffene var en parallell til lantanidene og ville kalle dem "thoridene" etter thorium. Seaborg fikk kloa i dette skriftet, studerte det periodiske systemet med Bohrs og Paulis idéer om atomoppbygningen i tankene og foreslo 14/7 navnet "actinidene". Actinium var likt lantan i kjemien, og hva om de neste 14 grunnstoffene var i ferd med å fylle et f-skall av elektronorbitaler, slik man hadde begynt å forstå at lantanidene gjorde? I såfall ville de neste grunnstoffene, nr. 95 og 96, antakelig likne lantanidene og ha +3 som det viktigste oksydasjonstallet.

Samme måned, allerede før Seaborgs forslag ble pennført, ble et plutonium 239-target bombardert med 32 MeV alfapartikler i 60-tommers-syklotronen ved California-universitetet i Berkeley. Targetet ble fløyet til National Metallurgical Laboratory (nå Argonne National Laboratory) i Chicago for å behandles kjemisk etter de nye retningslinjene, og 14/7 ble en alfastrålende aktivitet funnet i den fraseparerte fraksjonen. Dette viste seg å stamme fra en isotop av grunnstoff 96, nå kjent som curium.

For å finne nr. 95 også, begynte de å bombardere et plutoniumtarget med deuteroner, som bare inneholder et proton i motsetning til de to som alfapartiklene har. En ny separasjon ble gjort, og i den fraseparerte fraksjonen ble det i oktober funnet alfapartikler som hadde andre energier enn de fra plutonium og curium. Mot slutten av året ble begge de nye aktivitetene funnet i betydelige mengder i nøytronbestrålt plutonium fra de nye plutoniumproduksjonsreaktorene i Clinton, Tennessee og Hanford, Washington. Siden skulle det vise seg at den alfaemitteren som ble funnet ved det første forsøket, og som faktisk var det ettersøkte stoffet, nok ikke ble produsert ved den ventede deuteronreaksjonen, men hadde vært der fra begynnelsen. I likhet med alt plutonium som dannes i reaktorer, inneholdt det brukte plutoniumet en liten andel Pu 241, som har en halveringstid på 14,4 år og på de månedene den hadde eksistert hadde rukket å omdannes litt til 241-isotopen av grunnstoff 95.

Antakelsen om at de nye grunnstoffene skulle være lantanideaktige viste seg å være så sann at Seaborgs gruppe fikk et formidabelt arbeide, slik lantanidekjemikerne hadde hatt i det foregående århundret, med å separere de to fra hverandre og fra lantanidene som hadde vært brukt som bærere i fellingsreaksjonene. Nesten et år gikk, og i frustrasjonen foreslo et ikke navngitt medlem av gruppen at de nye grunnstoffene som ennå ikke hadde fått navn like gjerne kunne kalles pandemonium og delirium.

Men til slutt kunne oppdagelsen sies å være et faktum, og navnene americium og curium ble foreslått, americium ved analogi fordi grunnstoffet ble liggende rett under lantanidemetallet europium i det nyreviderte periodiske systemet. Krigen var nå over, og i november 1945 fikk Seaborg tillatelse til å offentliggjøre oppdagelsen ved det amerikanske kjemikerforbundets symposium på Northwestern University i Chicago fredag 17/11 1945.

Nå skulle det vise seg at det ikke skulle bli disse kjemikerne som først fikk vite om de to nye grunnstoffene, for lørdagen før, 10/11, var Seaborg gjest i et radioprogram, The Quiz Kids, hvor barn fikk lov til å spørre berømte vitenskapsmenn om diverse. En fremmelig liten pjokk, som dessverre ikke er navngitt i historien, hadde frekkhet nok til å spørre om det var oppdaget noen flere nye grunnstoffer i forbindelse med kjernevåpenforskningen under krigen, og Seaborg fortalte at jo, det hadde nok faktisk det. Etter brev han mottok følgende uke å dømme, hadde nok ikke lytterne til programmet vært så heldige med forsøkene på å overbevise lærerne sine om at han hadde rett.

Den første rene forbindelsen av americium, noen få milligram av trihydroksydet, ble fremstilt av B.B. Cunningham høsten 1945.

Verdensdelen Amerika fikk sitt navn av den tyske geografen Martin Waldseemüller (eller Hylacomylus som han foretrakk å kalle seg) og ble lansert første gang i hans verk "Cosmographiae Introductio" fra 1507. Dette verket fikk stor utbredelse, og navnet ble raskt akseptert av de fleste. Opprinnelsen til navnet er den italienske kjøpmann, oppdagelsesreisende og geograf Amerigo Vespucci, som reiste til den nye verden fire ganger og utga en rekke kart og reisebrev fra verdensdelen. Oppdageren selv, Columbus, visste jo klokt nok ikke at han hadde oppdaget noen ny verden, og satte ikke slike merker etter seg i geografilitteraturen.

Navnet Amerigo er en italifisert versjon av det tyske Heimrich (senere Heinrich). Det er satt sammen av Heim, 'hjem' og rich 'mektig' og betyr vel 'hjemmets hersker'. Tysk Heim stammer fra oldhøytysk heim og germansk haima-, haimi-, fra en utvidelse av den indoeuropeiske roten kei- 'ligge, leie, hjemsted, fortrolig, kjær'. Fra germansk haima-, haimi- kommer også norrønt heimr 'hjem, verden' og norsk heim og hjem, det siste gjennom dansk via eldre former hem, hiem (og formene hjemlig, hjemme, hjemmel og stedsnavnendelsen -um).

Det germanske haima- ble i oldsaksisk hem og dette ble i middelnedertysk adjektivisert til hemelik 'som hører til hjemmet' og lånt til senere norrønt som heimiligr 'fortrolig', norsk hemmelig. I germansk ble også haima- verbalisert til haimatjan 'føre hjem' dertil norrønt heimta og norsk hente.

En indoeuropeisk substantivering av verbet kei- er kei-to 'leie, seng' som i germansk ble hidhiz 'hi', norrønt hidh og norsk hi. En annen substantivering av kei- er keiuo- 'husstand', derav germansk hiwa- 'familie, husstand' som i norrønt ble til preposisjonen hjá 'hos', norsk hjå.

Fra germansk hiwa- og i norrønt i sammensetning med bæli 'oppholdssted' kom hybyli, hybæli 'hus, hjem' og norsk hybel, som også er lånt til dansk. Det germanske hiwa- går også inn i oldengelsk hiw-ræd 'husstand, familie, hoff, følge', senere hir(e)d, som i norrønt ble lånt som hirdh, norsk hird. I oldhøytysk er forøvrig det samme ordet hirat, men med betydningen 'ekteskap', derav tysk Heirat, verheiraten. En germansk utvidelse av hiwa- er hiwona- 'tjenestefolk' som i gammeldansk ble hion og som i sammensetningen tienst(e)hion gjennom tiund(e), tynd(e) sannsynligvis er opprinnelsen til tyende.

En annen germansk avledning til hiwa- er hiu-r(i)a- 'vennlig, behagelig', som i oldsaksisk ble hiuri og negert til unhiuri 'uvennlig' og i middelhøytysk un(ge)hure 'uvennlig, overmåte stor', lånt til dansk og norsk som uhyre (adj. og subst.) og uhyrlig.

Tysk rich eller reich stammer fra oldhøytysk rihhi, av germansk rikia-, som enten er et tidlig lån fra keltisk rigio- 'mektig' eller en avledning til germansk rik- 'hersker, øvrighet', som er lånt fra keltisk rig-s 'konge'. Dette ordet, som opptrer i keltiske navn som Dumnorix, Ambiorix, Vercingetorix (og Asterix) stammer fra indoeuropeisk reg-s 'konge', fra reg- 'rett, styre rett, styre, rekke'.

Fra germansk rikia- kommer også norrønt ríkr 'mektig, fornem' og norsk rik. Samme opprinnelse har norrønt rikuligr og norsk rikelig, norrønt ríkdomr og norsk rikdom, norrønt ríki og norsk rike. Forstavelsen riks- er lånt fra tysk i sammensetninger med Reich.

Til middelnedertysk kom det germanske ordet bl.a. i verbalformen beriken, 'gjøre (seg) rik', som ble lånt til dansk som berige og videre til norsk som berike.

Også germanerne brukte rikia- i personnavn allerede fra gammel tid, f.eks. i Alarik og Theoderik, men også i nyere, som f.eks. Heimrich, Friedrich - dansk Henrik, Frederik. Denne endelsen -rik ble også brukt til å danne kallenavn, som skiderik o.l. og i nedertysk på hanfugler, f.eks. anderik, som ble lånt til dansk og norsk som andrik. Navnet Theoderik ble i middelnedertysk til Diderik, og dette navnet ble i tyvenes slangspråk brukt på et verktøy til å pirke opp låser. I nyere nedertysk ble ordet forkortet til dirk og bl.a. lånt til norsk i den formen.

Fra indoeuropeisk reg- kom germansk rókian 'rette sin oppmerksomhet mot', derav urnordisk rookian og substantivet rókithó- 'forsorg', norrønt roekt og norsk røkt. Avledninger til norrønt roekt er roekta, norsk røkte og vanroekt, norsk vanrøkt. Germansk rókian kom også til middelnedertysk og ble substantivert til rooke 'omsorg, oppmerksomhet', som i sammensetningen rookeloos 'sorgløs, likegyldig, frekk, fordervet' ble lånt til eldre dansk røggeløs, dansk og norsk ryggesløs.

Indoeuropeisk reg- kom til latin som regula 'lineal, rettesnor' (derav våre ord regel og regulere), regere 'rette ut, styre' (derav regjere), regio 'retning, linje, strøk, egn' (derav region, regional). Det indoeuropeiske reg-s kom til latin som rex og til oldindisk som raj-, derav sanskrit raja.

I indoeuropeisk ble reg- substantivert til reg-to-, senere rekto- 'rett', derav germansk rehta-, i norrønt som adjektivet réttr og i norsk tilsvarende som rett. Norrøne avledninger er uppréttr hvorav norsk opprett og réttleidha, norsk rettlede. Mange nyere avledninger som urett, rette 'rettside'. Rette i uttrykket med rette er en gammel dativform, norrønt medh réttu.

Germansk rehta- ble i tysk Recht, som er lånt til norsk i former som berettige (fra berechtigen), retthaveri (Rechthaberei), retthaversk (rechthaberisch), rettmessig (rechtmässig) og rettroende, som er lånt til yngre norrønt og oversatt til rétt-trúandi fra rechtgläubig. I middelnedertysk ble rehta- til recht, brukt i sammensetningene rechtverdigh 'i samsvar med rettens fordringer', lånt til nyere norrønt som réttferdhugr, derav norsk rettferdig, rechtgang 'rettergang' lånt til eldre dansk som rætgang, derav dansk og norsk rettergang (påvirket av dansk retterting), vorunrechten, lånt til dansk og norsk som forurette, rechticheit 'rettighet', lånt til dansk og norsk som rettighet, richtich, lånt til dansk som rigtig og norsk som riktig og endelig richtsnoor 'målesnor for murere', lånt til norsk og dansk som rettesnor.

I germansk ble rehta- verbalisert til rehtian 'gjøre rett', derav norrønt rétta og norsk rette.

I latin ble indoeuropeisk rek-to- til rectum, som er lånt til norsk som rektum.

En annen indoeuropeisk substantivering av reg- er rektu-, hvorav germansk rehtu-, norrønt réttr og norsk rett. Etter påvirkning fra middelnedertysk richte også brukt om mat. En gammel genitivform er bevart i uttrykk som til rette og i rette. Førstnevnte er brukt i tilrettelegge og sistnevnte i dansk irettesætte, som er lånt til norsk irettesette. En norrøn avledning av réttr er réttiligr, norsk rettelig.

En annen indoeuropeisk utvidelse av reg- er rogó-s 'opprett' til germansk rakaz, norrønt rakr 'rett' og norsk rak. Også rakle kommer fra norrønt rakr. Fra germansk rakaz kommer også det norrøne verbet raka 'sammenføye, barbere', norsk rake.

I germansk fikk rakaz en verbalform rakjan 'gjøre rett', hvorav norrønt rekja 'utfolde, utvikle, brette ut' og norsk rekke. I norrønt ble rekja substantivert til rok 'utvikling, grunn, forløp, skjebne' og brukt i sammensetningen ragnarokk.

Germansk rakaz ble i middelnedertysk til raken 'strekke seg ut (til)', senere raaken 'treffe, nå', som ble lånt til sent norrønt som ráka, norsk råke.

En germansk nasalert sideform av rakaz er ranka- 'utstrakt', hvorav norrønt rakkr 'rett oppstående' og norsk rank. Det samme ordet ble i middelnedertysk også til rank og substantivert til ranke 'tynn, slyngende stengel' som i den formen ble lånt til dansk og norsk.

GEOLOGI
Americium produseres i stjerneeksplosjoner og andre grunnstoffdannende prosesser i universet i mengder som i forhold til en jordisk geologi antakelig ville tilsvare slike velkjente stoffer som sølv, kvikksølv og jod. Men halveringstidene er så korte at det vil være borte lenge før noen planetdannelse er aktuelt. Riktignok er americium 243 et nedbrytningsprodukt av curium 247, som holder det gående en stund, og i løpet av denne tiden vil det finnes litt americium i likevekt med curium, tilsvarende 0,046 % av den sakte synkende curiummengden. Hvis kosmologenes antakelse om at Jorden ble til 100 millioner år etter siste grunnstoffdanning er riktig, vil det ha vært ca. 0,000000001 % Am 243 i den ved fødselen. I løpet av de første halvannen milliard årene svinner det hen til ingenting.

Men americium er ikke totalt fraværende fra jordskorpen. Det produseres kontinuerlig ved at uran 238 tar opp et naturlig forekommende nøytron og går over til 239 som med forholdsvis korte mellomrom avgir to betapartikler og blir plutonium 239. Hvis det ikke nedbrytes i ventetiden tar det så opp suksessivt to nye nøytroner og blir plutonium 241, som så avgir en betapartikkel og blir americium 241. Slike naturlige nøytroner kommer fra spontanfisjon av uran 238, med noe tilskudd fra nøytronindusert fisjon av U 235 og fra alfapartiklers interaksjoner med lette atomkjerner i omgivelsene. Det kan regnes ut at det til enhver tid befinner seg drøyt en milliard atomer americium i jordskorpen. D.v.s. et halvt picogram (1x10-12 gram) og det utgjør prosentvis 2x10-36 % av jordskorpens masse, slik at americium ligger på 95. plass og er nest sist i hyppighet av alle grunnstoffer som kan sies å forekomme i naturen. Men ingen har hittil kunnet påvise americium i noen naturlige forekomster, og heller ikke vil noen noengang gjøre det, for selv ikke i et tonn bekblende er det mer enn en sjanse på 100000 for at det skal befinne seg et atom americium 241.

Men foruten naturen har vi også idag kultur, og en del av denne kulturen består i å produsere tidligere ukjente radioaktive stoffer i atomreaktorer. Reaksjonsgangen er den samme med suksessiv nøytroninnfangning og betautsendelse som i naturen, men man opererer med mye høyere nøytrontettheter, og utbyttet blir betydelig høyere. Det er isotopen 241 som det produseres mest av ved vanlige kraftproduserende reaktorer, men i spesielle forskningsinstallasjoner som går i lengre tid med svært høy nøytronfluks overtar 243 dominansen. Anslått mengde produsert americium fra 1944 til idag (2000) er ca. 1000 tonn, med 241-isotopen som den klart dominerende. Regner man menneskenes virkefelt, som vi kanskje kan kalle teknosfæren, for å høre med til jordskorpen blir den virkelige hyppigheten 5x10-15 %, noe som plasserer americium på 90.-plass, også foran radon, promethium, neptunium, francium og astat.

KJEMI
Americium er et mykt, seigt og smibart metall med en sølvaktig glans som er hvitere og sølvaktigere enn for naboene plutonium og neptunium. Det har en moderat god magnetiserbarhet på +1000 cgs-enheter, bedre enn palladium og litt dårligere enn jern(II)sulfid. Det er en relativt dårlig elektrisk leder med en resistivitet på 71 mikrohm-cm ved romtemperatur, ganske typisk for de sjeldne jordartsmetallene, med cerium litt over og praseodym litt under. Den lineære varmeutvidelseskoeffisienten er 7,5x10-6 pr. grad, noe som er uvanlig lite og kan sammenliknes med slike stoffer som niob og vanadium. Americiummetall er en supraleder under 0,79 K.

Americiums allotropi er ikke fullstendig kjent, men ved romtemperatur vet man at det har en heksagonal tettpakningsstruktur som strekker seg opp til iallfall 658 C. Mellom 793 og 1050 C er strukturen kubisk flatesentrert, og opp til smeltepunktet eksisterer en annen struktur som ikke er kjent. Flere andre modifikasjoner, bl.a. uranets vanlige rombiske, kan fås under høye trykkforhold.

Americium er reaktivt, men ikke som europium mer reaktivt enn naboene, heller motsatt. Det dekkes sakte av et oksydlag i luft, løses raskt i saltsyre, men er uløselig i flytende ammoniakk. Ved oppvarming reagerer det villig med halogener, med hydrogen, oksygen, nitrogen, karbon, bor, antimon og danner legeringer og intermetalliske forbindelser med en rekke metaller. Det er mulig å lage americiumforbindelser i alle oksydasjonstrinn fra +2 til +7, og dette er jo noe av en rekord, men stabiliteten til de fleste er ganske marginal.

Det viktigste oksydasjonstallet er +3, og americium er således det første av actinidene som mest likner lantanidene i kjemien. Siden americium i likhet med europium har et halvfylt f-skall + 2 s-elektroner i det ytterste skallet kunne man vente at det lett ville danne toverdige forbindelser, men selv om det i motsetning til for neptunium og plutonium er mulig, er det vanskelig, og stabiliteten er dårlig. Americium(II)ioner har vært observert i vannløsning, men oksyderes meget raskt av vannet. +3 er det stabile oksydasjonstallet i vannløsning, men det har en sterk tilbøyelighet til hydrolyse over pH 0,5-1. Americium(IV) er ustabilt i vann, hydrolyserer sterkt og disproporsjonerer raskt til 3-, 5- og 6-verdig, men kan stabiliseres med høye konsentrasjoner av forskjellige kompleksdannere som ammoniumfluorid, fosforsyre og heteropolywolframater som K7PW11O39 og K10P2W17O61. Løsninger av americium(V) og (VI) kan lages med litt kraftige oksydasjonsmidler som oson, peroksydisulfat eller hypokloritt. I sur løsning dannes bare det seksverdige, men i alkalisk løsning dannes begge. Femverdig americium (americyl) har en tendens til å disproporsjonere til tre- og seksverdig, og hydrolyserer lite. Det seksverdige americylet hydrolyserer mer, men holder seg stabil i sure løsninger og reduseres ikke av andre grunner enn de strålingskjemiske. Am(VII)løsninger har vært fremstilt ved å gammabestråle en Am(VI)løsning som er mettet med lystgass slik at lystgassen spaltes og det oppstår frie oksygenatomer.

Av ioneslagene er Am3+ rosaoransje, Am4+ rosa, americylionene AmO2+ og AmO22+ h.h.v. gulbrune og lysegule og det syvverdige, som kanskje kan ha formen AmO53-, grønt. Americiumionene har som de til europium ikke så sterke farger som de foregående fordi det ikke er rom for så mange elektronoverganger i det tilnærmet halvfylte f-skallet.

P.g.a. strålingskjemiske effekter vil americiumløsninger av høyere oksydasjonstall enn +3 ha en tendens til å reduseres til treverdig etter relativt kort tid.

Av americium(III)forbindelsene er kloridet og bromidet lett løselige i vann. Acetatet og jodidet noe tyngre. Sulfatet er tungt løselig i varmt vann, lettere i kaldt. Hydroksydet, fluoridet, karbonatet, oksalatet og fosfatet er uløselige. Bunnfallene av slike forbindelser etter felling fra vannløsning er oftest hydratiserte, og vannfrie stoffer kan bare med en viss vanskelighet lages av dem uten at de hydrolyseres.

De binære americiumforbindelsene har for det meste svært høye smeltepunkter, oppimot og tildels over 2000 C. Halogenidene ligger noe lavere, og særlig fluoridene i de høyere oksydasjonstrinnene.

Americium danner intermetalliske forbindelser med beryllium og alle jern- og platinametallene. Disse forbindelsene har legeringskarakter og metallisk glans og ledningsevne. Platina kan opptas i større mengder enn de andre platinametallene, og forbindelsen Pt5Am gir et usedvanlig rent americium ved termisk spalting. Forbindelsen med jern, Fe2Am, er ferromagnetisk, men ikke de tilsvarende med Co og Ni.

Boridene, AmB4 og AmB6 og aluminidet, AmAl2 har samme intermetalliske karakter og fås som de andre intermetalliske ved sammensmelting av bestanddelene. På tilsvarende måte kan et karbid, Am2C3, og silicidene Am5Si3, AmSi, Am3Si5 og Am2Si3 dannes. Disse er også metalliknende, men mer reaktive overfor luft og vann. Liknende egenskaper har nitridet, AmN, fosfidet, AmP, arsenidet, AmAs, antimonidene AmSb, AmSb2 og Am4Sb3 samt vismutidet, AmBi, som dannes av bestanddelene eller av americium(III)hydrid + den andre bestanddelen ved oppvarming.

Når americium brenner i luft dannes dioksydet, AmO2. Det er ikke blitt levert noen overbevisende dokumentasjon på et monoksyd, AmO, men et seskvioksyd, Am2O3, kan dannes ved å redusere dioksydet med hydrogen ved 600 C. Det oksyderes raskt i luft, også ved romtemperatur.

Trihydroksydet Am(OH)3 felles fra Am(III) løsninger ved tilsetning av base. Etter sigende kan det oksyderes til et tetrahydroksyd, Am(OH)4 med natriumhypokloritt. En rekke dobbeltoksyder kan dannes med americiumoksyd og andre oksyder + evt. et oksydasjonsmiddel. Særlig interessante er blandingsoksydene med curium hvor forskjellige Am/Cm-forhold gir oksyder med O/metallforhold fra 1,5 via 1,685 og 1,833 til 2. Forbindelsene med scandium, zirkonium, hafnium og thorium er også rene blandingsoksyder og delvis også de med niob, tantal, og titan mens de med vanadium, molybden og andre mer elektronegative grunnstoffer er mer saltliknende og kan kalles vanadat, molybdat o.s.v. I forbindelsene med alkalimetallene og de tyngre jordalkalimetallene er forskjellen i elektronegativitet så stor den andre veien at vi får americationer som er mer eller mindre identifiserbare krystallografisk. De kan dannes i forskjellige oksydasjonstrinn av americium, f.eks. treverdig BaAm2O4, fireverdig Na2AmO3, femverdig Li7AmO6 og seksverdig K2AmO4.

Americium danner også monosulfidet AmS, seskvisulfidet Am2S3 og et sulfid som nesten er et disulfid, AmS1,9. Ved kontakt med vann kan det dannes forskjellige oksysulfider. Selenidene er AmSe, blandingsforbindelsen Am3Se4 og den ikke helt støkiometriske AmSe2-x. Disse fremstilles av trihydrid pluss selen og varme. Samme fremgangsmåte gjelder for telluridene AmTe, Am3Te4, Am2Te3, AmTe2 og det formelt seksverdige AmTe3. Det finnes også et ikkestøkiometrisk tellurid, AmTe1,73, med en lagvis krystallstruktur som har vært gjenstand for en omfattende studie.

Det lar seg ikke å gjøre å fremstille dihalogenider av americium ved hydrogenreduksjon av trihalogenider slik som med de dels toverdige lantanidene samarium, europium og ytterbium. Men det kan gjøres ved å reagere metallet med et dihalogenid av kvikksølv. Det er mulig at det også kunne lykkes ved å reagere metallet med trihalogenidet, slik det kan gjøres med samarium, men det er ikke blitt prøvd. Bare kloridet, AmCl2, bromidet, AmBr2, og jodidet, AmI2, kan dannes. Trihalogenidene, de rosa AmF3 og AmCl3, det hvite til lysegule AmBr3 og det lysegule AmI3 kan dannes av bestanddelene ved oppvarming eller ved reaksjon mellom americiumoksyd (gjerne dioksyd) og hydrogenhalogenid. Verken med klor, brom eller jod kan noe mer enn et trihalogenid dannes. Men et tetrafluorid, det lysebrune AmF4, kan dannes av trifluorid og fluor, og et flyktig heksafluorid, AmF6, kan dannes med trifluorid og kryptondifluorid i tørr hydrogenfluoridatmosfære ved 40-60 C. Flere forskjellige komplekse klorider og fluorider har vært fremstilt, bl.a. et trifenylfosfoniumheksakloroamericat, [(C6H5)3PH]3AmCl6, men også mindre abnorme saker som CsAmCl4 og Na2AmF6. Flere oksyhalogenider, AmO2F2, AmOCl, AmOBr og AmOI er også kjent, samt komplekser som Rb2AmO2Cl4 og KAmO2F2.

Med oksoanioner danner americium vanadat, AmVO4, molybdat, Am2(MoO4)3 og en rekke molybdatkomplekser som Na5Am(MoO4)4, wolframat, Am2(WO4)3, borat, AmBO3 og aluminat, AmAlO3. Alle disse fremstilles best ved sammensmelting av oksyder. Et karbonat, Am2(CO3)3.4H2O, fremstilles av en Am(III)løsning med natriumbikarbonat og karbondioksyd. Også femverdige karbonater er kjent, men bare som alkali- og ammonium-americyl-komplekser, f.eks. K5AmO2(CO3)3. Også et germanat, AmGeO4, og et silikat, AmSiO4, har vært fremstilt. Et fosfat, AmPO4, kan felles ved å tilsette fosfat til en Am(III)løsning, da med et halvt molekyl vann, som avgis igjen ved 200 C. Flere seksverdige komplekse americylfosfater er kjent, f.eks. KAmO2PO4. Det finnes også et arsenat, AmAsO4, og tilsvarende arsenatkomplekser, f.eks. RbAmO2AsO4. Sulfatene er Am2(SO4)3 og americylsulfatet AmO2SO4. Det dannes mange sulfatkomplekser med alkalimetaller eller thallium, f.eks. TlAm(SO4)2.4H2O. Americiumionet er for stort til å kunne danne aluner. Også et xenat, Am4(XeO6)3.40H2O, har vært fremstilt. En rekke americiumsalter av organiske syrer har vært laget, bl.a. det rosa formiatet, 5(HCOO)3Am.H2O, det rosa, tungtløselige oksalatet, Am2(C2O4)3.10H2O og det sitrongule natriumamericylacetatet, NaAmO2(OOCCH3)3, som kan felles fra løsninger med høy acetatkonsentrasjon. I tillegg til de nevnte danner americium også komplekser med nitrat, nitritt, dihydrogenfosfat, trimetafosfat, hydroksyd, tiocyanat, oksalat og perklorat. Et peroksydkompleks klarer tilsynelatende å holde Am(V) stabil i en løsning. En mengde organiske forbindelser danner også komplekser med americium. Disse er så godt som alltid så hydrogenrike at forbindelser med oksydasjonstrinn over +3 ikke kan dannes.

I motsetning til europium kan americium danne et trihydrid, det svarte AmH3. Det finnes også et dihydrid, også svart, som likner de tilsvarende forbindelsene til neptunium og plutonium og lantanidene. Det kan som dem ta opp mer hydrogen i krystallgitteret og beskrives med formelen AmH2+x, hvor x er 0 til 0,7.

Videre er det fremstilt en del organometalliske forbindelser, bl.a. det saltaktige, kjøttfargede cyklopentadienamericium, Am(C5H5)3 og derivater av dette samt det mørkfiolette ftalocyaninamericium, Am(C32H16N2)2.

Analyse:

Spektroskopi er en god mulighet for americium, siden Am(III)-løsninger har skarpe og sterke absorpsjonstopper på 5025 og 8065 Å, og en særdeles skarp topp på 2367 Å. Ellers er deteksjon via strålingen en mulighet, siden alle de tre viktigste isotopene avgir alfapartikler med karakteristiske energier. Gammaenergiene er imidlertid lave og lite spesifikke. Redokstitrering er også mulig. Med et effektivt oksydasjonsmiddel som natriumhypokloritt kan en Am(III)-løsning oksyderes kvantitativt til seksverdig i surt miljø, men hvor spesifikk analysen blir avhenger av hvilke andre stoffer som er tilstede.

Fremstilling:

Plutonium som produseres i reaktorer vil alltid inneholde en viss mengde av isotopen Pu 241. Hvor stor andelen er er avhengig av bestrålingstiden og hvor stor nøytronfluks reaktoren har operert under. Med en halveringstid på 14,4 år går denne isotopen over i Am 241, som forholdsvis enkelt kan skilles ut ved å løse metallet eller oksydet i saltsyre, krystallisere og smelte kloridet som dannes og så felle plutonium som oksyd ved å boble en blanding av oksygen og argon gjennom smelten.

Ellers kan americium ekstraheres fra en nitratholdig, nøytral eller svakt sur vannløsning av produkter fra et brukt brenselelement med tributylfosfat (TBP). Forskjellige ionebytterprosesser kan separere americium fra andre actinider det blir ekstrahert sammen med. For separasjon fra curium er felling av kaliumamericyl(V)karbonat, K3AmO2(CO3)2, nyttig.

Metallet fremstilles av dioksydet ved å oppvarme det med lantanmetall uten lufttilgang.

Demonstrasjonsforsøk:

Americium brukes i røykvarslere, og det kan være en idé å skru opp en røykvarsler, demontere ionisasjonskammeret og registrere strålingen fra americium med en geigerteller eller hva man måtte ha for hånden å registrere stråling med. Mengden er liten og strålingen ikke farlig, men americiumet må behandles som spesialavfall.

Noen americiumforbindelser:

Americiumdioksyd. Svarte, kubiske krystaller. Tetthet 11,68 g/cm3. Sm.p. over 2000 C. Uløselig i vann. Løselig i mineralsyrer. Øker i volum med tiden fordi strålingen skader krystallstrukturen.

Americium(III)oksyd. Rødbrune, kubiske krystaller. Sm.p. 2205 C. Løselig i mineralsyrer. Har en faseovergang mellom 460 og 650 C fra romsentrert kubisk til monoklin og en ved 8-900 C til en heksagonal form, som har en lysebrun farge. Den monokline formen skyldes kanskje forurensninger av lantanideoksyder. P.g.a. strålingen går kubisk americium(III)oksyd over til heksagonalt over en treårsperiode hvis Am-isotopen er 241. Den heksagonale formen utvider seg sakte over tid p.g.a. strålingen. Oksyderes lett i luft. Den heksagonake formen har en regulær støkiometri med et O/Am-forhold på 1,5, mens hos den kubiske kommer forholdet aldri under 1,513.

Americium(III)fluorid. Rosa, trigonale krystaller. Tetthet 9,53 g/ml. Sm.p. 1393 C. Uløselig i vann.

Americium(III)klorid. Rosa, heksagonale krystaller. Tetthet 5,87 g/ml. Sm.p. 715 C. Lett løselig i vann.


BIOLOGI
Med sin sterke alfastråling er americium en farlig strålingsgift som ikke må komme inn i kroppen. Toleransegrensen regnes for å være 20 nanogram Am 241 i kroppen, tilsvarende 50 billioner atomer. Anbefalt maksimalkonsentrasjon i vann er 1,5 Bq/ml og i luft 8x10-8 Bq i det samme volumet. For Am 241 tilsvarer disse strålingsmengdene et antall atomer pr. ml av h.h.v. 30 milliarder (12 picogram) og 1500. For Am 243 er tallene 500 milliarder (0,2 nanogram) og 25000.

Etter inntak vil americium raskt konsentrere seg i leveren hvor det innesluttes i lysosomer og har vært funnet assosiert med ferritin, et protein som vanligvis fungerer som jernlager, og med lipofuscin, et gulbrunt pigment som til vanlig samles opp i aldrende celler.

UTNYTTELSE
Americium er et "snilt" grunnstoff som i motsetning til mange andre er mer opptatt med å redde liv enn å ta dem. Hundrevis har blitt vekket fra sin intetanende slummer av en høy og skjærende lyd som betyr at strømmen av ioner som produseres i luft ved strålingen fra opptil et halvt mikrogram americium 241 reduseres fordi noen av ionene absorberes av partikler som kommer inn fra boligluften utenfor. Ioniserende røykvarslere har den fordelen sammenliknet med de optiske at de registrerer branngasser også og ikke bare røykpartiklene, men kontaminasjonsrisikoen fører til at de optiske antakelig vil bli enerådende på markedet om 5-10 år.

I medisinen har Am 241 vært brukt til å diagnostisere sykdommer i skjoldbruskkjertelen.

En blanding av Am 241 og beryllium produserer 10 millioner nøytroner pr. sekund pr. gram americium. Slike nøytronkilder brukes i stort monn til å logge oljebrønner og måle hvor mye olje som produseres pr. tidsenhet. De brukes også til å måle vanninnholdet i jord og til å holde øye med prosesser i industrien. Americium selv brukes som ionekilde ikke bare i røykdetektorer men også i forbindelse med fjerning av statisk elektrisitet. Som gammakilde brukes den i avstandsmåling, tykkelsesmålere (særlig i vindusglassindustrien), væsketetthetsmålere og drivstoffmålere i fly.

Hovedkilder:

Prof.dr.phil. Haakon Haraldsen (Asch.konv.leks.5.utg.b.1)
CRC Handbook of Chemistry and Physics, 57th ed. 1976-77.
Wallace W. Schulz og Robert A. Pennemann i "The Chemistry of the Actinide Elements" Chapman & Hall, London-New York 1986.
Glenn T. Seaborg "The Transuranium Elements" Yale University Press, New Haven, Connecticut, 1958.
"Actinides in Perspective" ed. Norman M. Edelstein, Pergamon Press, Oxford 1981.
W.Seelmann-Eggebert, G.Pfennig, H.Münzel, H.Klewe-Nebenius "Karlsruher Nuklidkarte," 5. Auflage 1981, Institut für Radiochemie, Kernforschungszentrum Karlsruhe.

:-) LEF