PROMETHIUM

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

Bh

Sg

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

 

Pm, atomnr. 61, molvekt for den alminneligste isotopen 146,9151 g, elektronkonfigurasjon (Xe)+4f5-6s2, smeltepunkt 1168 C, kokepunkt 2460 C, tetthet 7,22 g/cm3 (25 C). Promethium hører til gruppe 3 (3b) i det periodiske systemet, også kjent som 'de sjeldne jord(arts)metallene.' Det har (1981) 28 kjente isotoper og isomerer. Alle er radioaktive. Den lengste halveringstiden har 145, med 17,7 år, deretter kommer 146 med 5,53 år, 147 med 2,62 år, 144 med 365 dager og 143 med 265 dager. Isotopen 147 produseres i ganske store mengder ved fisjon av uran og særlig plutonium og er et av de farligere fisjonsproduktene.

HISTORIE
To kjemper sto på toppen av et høyt fjell og så ned på de små vesenene som pilte rundt der nede på verden og strevde med ting. "Se på de stakkarene," sa den ene kjempen til den andre, pekende. "De fryser. Jeg tror jeg vil gi dem ild."

"NEI! Gjør endelig ikke det!" sa den andre kjempen inntrengende. "De vil bare brenne seg og ødelegge hverandre. Det ender med at de svir av hele verden. Finner du på noe slikt, svarer jeg ikke for følgene!" Med et formanende blikk snudde han seg og gikk. Den andre ble stående tankefull. "Se, stakkarene fryser," tenkte han med seg selv. "Jeg tror jeg vil hjelpe dem. Jeg tror ikke de er så dumme som min venn sier."

Noen tusen år senere drev noen dråper og piplet ut av en glassøyle fylt med Amberlite-harpiks mens en merkelig sky spredde seg over en havneby på den andre siden av kloden.

Prometheus (="den forutseende") var av titanerslekt, d.v.s. den gudeslekten som hersket i den greske verden før olympierne, som grekerne dyrket i historisk tid. Han var sønn av nymfen Klymene og titanen Eurymedon eller Iapetos (bibelens Jafet). Hans brødre var Epimetheus (den etterpåkloke), Atlas (som hersket over et stort rike utenfor Herakles' søyler) og Menoitios.

Til Panopea aller lengst vest i Boiotia, like nord for den moderne byen Levádhia og med Parnassos-fjellet rødnende i soloppgangen kom Prometheus vandrende en gang han var ensom. Han satte seg ned, tankefull, og da han fikk øye på en dam med fuktig leire - det hadde nettopp regnet - fikk han en idé. Han formet en figur av leire. I sitt eget bilde formet han den. For han var ensom, må vite. Så henvendte han seg til sin venninne Athene og sa: "Se her, jeg har laget en figur! Vil du blåse liv i den for meg?" Athene smilte. Hun ante fred og ingen fare, og gjorde som han ba om - og det første menneske våknet og åpnet øynene forundret mot verden og sa: "Se! Det er godt!"

Fordi de olympiske gudene etterhvert ble lei av spisevanene til Kronos, en av titanene, kom det til krig mellom de to gudeslektene. Atlas, Prometheus' bror kjempet på sin families side, men Prometheus selv, den forutseende, valgte den andre siden, som vant. Atlas ble dømt til å bære himmelen, en oppgave som han har løst til alles tilfredshet siden.

Prometheus, menneskenes skaper, er også deres eneste virkelige venn. Mens de olympiske gudene er uberegnelige og ofte direkte fiendtlige, som naturkreftene, tar han seg av dem og lærer dem å bygge hus, å tyde stjernene, å seile på havet, å finne helbredende urter, å bruke tall og metaller og flere andre ting som de drar nytte av og bruker flittig. Zeus liker ikke menneskemaurene hans og det de driver med der nede og etter seiren over titanene vil han helst utrydde dem, men på inntrengende bønn fra sin nye allierte Prometheus lar han det være.

"Du, Athene?" sa Prometheus en dag til sin gamle venninne. "Ja, hva er det?" svarte hun, undrende over denne titanen som sto der og så litt ned i bakken. "Altså - ville det gjort noe om jeg kom opp på det fjellet deres og besøkte dere en dag, jeg mener.. siden jeg hjalp dere med den krigen og greier?" "Næmen Prometheus, jøssda, klart du kan det!" svarte Athene. "Kom når som helst, du." Og Prometheus kom og ble vel mottatt oppe på Olympen. Der gikk han omkring og nippet nektar og pratet tilforlatelig med gudene og skulte litt rundt seg mens han ventet på tolvslaget. Og da Helios galopperte forbi med solvognen skyndte han seg og stakk en fakkel borttil den mens ingen så på. Han skjulte en glo inne i en fennikelstilk, og så sa han høflig takk for seg og smuglet stilken med ned til jorda, hvor han ga menneskene ilden.

Zeus ble rasende for dette. Han befalte Kratos (styrken) og Bia (kraften) å gripe Prometheus og lenke ham naken til en klippe i Kaukasusfjellene, hvor en sulten gribb skulle hakke løs på leveren hans om dagene mens frosten bet like hardt om nettene, da leveren helet igjen. Slik sitter han den dag idag, og noen ganger da gribben hakker ekstra hardt, kan man merke ristingen i fjellene og titanens dype, rungende stønn.

Oppdagelsen av cerium i 1803, det første av lantanidegrunnstoffene, var startskuddet til et langvarig og møysommelig detektivarbeide som i løpet av de neste hundre år avdekket alle lantanidene samt yttrium og scandium. Mange trodde at serien måtte være komplett da lutetium ble oppdaget i 1907. Men Henry Moseleys arbeid som i 1913 konkluderte med at atomnummeret var identisk med kjerneladningen og ikke bare et sekvensnummer avslørte at det var et som manglet mellom neodym og samarium. Så man gikk til arbeid igjen og prøvde å finne grunnstoff 61 med de samme metodene som hadde gitt verden de andre lantanidene.

Men ingen fikk noe å rapportere før i 1926, da en amerikansk gruppe ved universitetet i Illinois hevdet at de hadde funnet ukjente spektrallinjer i et fraksjonert neodym-samariumkonsentrat fra monazittsand, tilskrev dem grunnstoff 61 og foreslo navnet illinium med Il som kjemisk tegn. Øyeblikkelig kom det en utfordring fra en gruppe ved det kongelige universitetet i Firenze som viste fram en forseglet pakke de hadde deponert ved Accademia dei Lincei i 1924, og som inneholdt beskrivelsen av et konsentrat de mente inneholdt grunnstoff 61. De hadde pakket den vekk i påvente av å kunne slå fast påvisningen absolutt, men ble nå utålmodige og foreslo navnet florentium på grunnstoffet. Ingen av disse to gruppenes arbeid kunne verifiseres.

I 1941 bombarderte en gruppe ved Ohio State University i USA en Nd-Sm-blanding med forskjellige prosjektiler fra en syklotron og fikk et radioaktivt produkt som de trodde måtte inneholde grunnstoff 61. I rapporten brukte de det kjemiske tegnet Il på det, men foreslo siden navnet cyclonium. Dessverre hadde de ikke kraftig nok syklotron til å få mengder som var registrerbare med datidens metoder, og oppdagelsen ble underkjent, men det er siden blitt påvist at de hadde rett.

Så, fredssommeren 1945 tok J.A. Marinsky, L.E. Glendenin og C.D. Coryell ved Clinton-laboratoriet ved Oak Ridge i Tennessee, USA, en institusjon som hadde spilt en viktig rolle under utviklingen av atombomben, med seg et kvantum fisjonsprodukter fra uranreaktoren på stedet, kjørte det gjennom en ionebytterkolonne og fant et elusjonsbånd mellom neodym og samarium som ikke kunne være annet enn grunnstoff 61.

Det var søndag, og det var vår, en mild Tennessee-vår. Det var 1947, og mange ville kjerne-branner hadde allerede brent. Paret Coryell satt ute i haven med venner og koste seg med kaffe og hjemmebakte kaker mens de pratet om forskjellig. Fru Coryell så tankefull ut der hun sto bak stolen til ektemannen og lente seg på ryggstøet. "Men Charles," utbrøt hun med ett, "skal dere ikke ha noe navn på det nye grunnstoffet deres?" "Vel, Grace," svarte han, uten å snu seg, "det er jo bare et kunstig grunnstoff. Vi har ikke *oppdaget* det." "Hvis dere vil høre litt på meg," fortsatte hun innsmigrende mens hun lente seg over ham og pirket borti ham med pekefingeren, "så har jeg et forslag." Han løftet hodet og så henne inn i øynene. "Hva er så det forslaget?" Hun reiste seg og så opp mot himmelen, hvor skyene var i ferd med å trekke sammen. "Jeg ville kalle det prometheum, etter titanen som ga menneskene ilden, og stolte på at de ville kontrollere den."

Navneforslaget ble fremmet i en artikkel i 1948. Det ble godtatt av IUPAC året etter, men de forandret det til promethium for å få det mer i samsvar med de andre metallnavnene.

De første grammengdene av grunnstoffet ble separert i 1962 fra fisjonsprodukter av P.B. Orr ved Oak Ridge, og E.J. Wheelwright og F.P. Roberts ved plutoniumfabrikken Hanford i staten Washington produserte i 1966 kilogrammengder.

Metallet ble først fremstilt av F. Wiegel i München i 1963 ved å redusere fluoridet med litium i høyvakuum ved 750 C.

Promethium er ikke helt umulig å finne i naturen, iallfall ikke hvis man har litt sisu. I 1965 jobbet O. Erämetsä seg gjennom 6000(!) tonn apatitt, fikk ut 20 tonn lantanider og endte opp med en 350 milligrams prøve som avga betapartikler. Litt synd for Erämetsä at med en halveringstid på 2,62 år er prøven hans tyst som døden nå.

En dag banket det på nede hos Epimetheus, Prometheus' bror. Det var Hermes som sto der ute. Han hadde med seg en gave. "Se her, denne fine kvinnen har Zeus fått laget til deg, med Hephaistos' hjelp. Hun heter Pandora." Og det var virkelig en fin kvinne som sto der. Verdens hittil vakreste, et mesterverk av gudesmeden Hephaistos, og de fire vindene hadde blåst liv i henne. Likevel hadde Epimetheus liten lyst til å ta imot henne, for hans forutseende bror hadde advart ham mot gaver fra Zeus. Men siden han ikke hadde videre lyst til å henge i Kaukasus og få leverskade turte han ikke annet enn å ta imot gaven.

Jo, Epimetheus han levde fornøyd sammen med den skjønne en tid han, inntil en dag da han fant henne grublende inne på kjøkkenet. "Jeg føler at det er noe jeg bør gjøre, men jeg vet ikke hva," sa hun. Og da Epimetheus så ned, så han at hun hadde noe i hendene. "Hva har du der?" spurte han. Det var en krukke. Ikke en eske, men en krukke. Og Pandora åpnet lokket på den krukken og dermed skaffet hun Zeus hevn over menneskene, for i krukken hadde han lagret alt det som siden har plaget dem: alderdom, arbeid, sykdom, galskap, laster og lidenskaper. Ut av krukken fløy de og stakk Epimetheus og Pandora sviende over hele kroppen før de fløy videre ned til oss. Og hadde ikke Prometheus vært så forutseende at han hadde puttet litt falsk håp oppi den også så hadde vel alle menneskene tatt livet av seg med det samme.

Som takk for Prometheus sine tjenester overfor menneskene feiret bl.a. atenerne ham hvert år ved prometheia med et fakkelløp som startet ved alteret i Akademiets lund. Og hver prometheia satt Zeus oppe på sitt fjell og knurret ned mot løperne og sa: "Bare vent. Det blir nok jeg som får rett. Bare vent." Og han ventet.

Det greske navnet Prometheus er kanskje en forvanskning av sanskrit pramantha, et navn på hakekorset eller swastika, som symboliserer en ildpinne som man dreier rundt for å skaffe ild ved friksjonen. I eposet Bhagavata Purana, opptrer brødrene Pramanthu og Manthu, som kan være prototypene til Prometheus og Epimetheus. Ved Thurii fantes det en Zeusavbildning som kaltes Zeus Prometheus og som holdt en slik ildpinne. Om den lilleasiatiske helten Palamedes fra Karia fortelles det også at han har lært menneskene deres kunster, så han kan være identisk med Prometheus. Og det kan hende at Pandora, som i Hesiods beretning har en skurkerolle er den opprinnelige kunnskapsskjenkeren, siden navnet hennes betyr 'den altskjenkende.'

Prometheús som et rent gresk ord kan tolkes som en sammensetning av pró 'foran' og mêthos 'tanke.' Pró kommer av indoeuropeisk pro-, por- 'forover, foran' som gjennom en rekke forskjellige baner har gitt opphav til en mengde norske ord, f.eks. frem, fremmed, fra, from, frue, frøken, hustru, jomfru, mange ord på for-, frokost, fort(=raskt), og gjennom latin provins, vindus- og vannpost. Den opptrer også i grunnstoffnavnene dysprosium og protactinium. Av en indoeuropeisk utvidelse prouon kommer germansk frawan- eller fraujan- som på urnordisk er gudenavnet FraujaR 'Frøy' som i norrøn tid heter Freyr og har en kvinnelig motsvarighet Freyja.

Mêthos har en mer opprinnelig form i dorisk mâthos, fra indoeuropeisk má-dh-, eldre men-dh-, som stammer fra men- 'tenke, være åndelig beveget.' Også dette ordet har gitt opphav til en rekke norske. Gjennom gresk har vi automat, mani og amnesti. Gjennom latin mental, mente, kommentar, monitor, monument, monster og derav gjennom fransk mønster. Gjennom forskjellige germanske språk har vi lånt mane, formane og mynte (i 'være myntet på'). Våre egne varianter er mon, montro, monne, monn, minne, minnes og avledninger av disse.

GEOLOGI
Promethium produseres i stjerneeksplosjoner og andre grunnstoffdannende prosesser i universet, i omtrent samme mengde som europium, terbium og de andre odde lantanidene, men siden det bare har radioaktive isotoper med korte levetider hadde alt det opprinnelige promethium forlengst forsvunnet da Jorda begynte å fortette seg.

Spekteret av promethium er faktisk funnet i en stjerne, HD465 i Andromeda (altså ikke galaksen, men stjernebildet.) Hvis observasjonen er riktig må det foregå en kontinuerlig produksjon av stoffet i store mengder og helst ganske nær stjernens overflate, for å motveie den raske nedbrytingen.

Naturlig promethium finnes også på Jorda. Det produseres kontinuerlig i to prosesser som begge er tilknyttet spontan spalting av uran. Denne spaltingen gir dels Pm 147 som fisjonsprodukt og dels avgir den nøytroner som kan fanges inn av neodym 146 som deretter går over i Pm 147 ved naturlige radioaktive prosesser. Hvis det regnes at jordskorpen utgjør 2x1019 tonn befinner det seg etter vanlige estimater 5,4x1013 tonn uran der. Av dette spaltes årlig ca. 540 gram, hvorav 1,4 % eller ca. 7,6 gram er promethium 147. Radioaktiv likevekt oppstår når det pr. tidsenhet nedbrytes like mye som det dannes, og siden mengden som nedbrytes er proporsjonal med mengden som finnes kan denne regnes ut til 7,6 g/år dividert med nedbrytningskonstanten til Pm 147, som er 0,265 pr. år. Resultatet: 29 gram.

Men denne uranspaltingen avgir altså nøytroner, og det kan regnes ut at fluksen av nøytroner som stammer fra denne spaltingen utgjør ca. 2 pr. sekund gjennom en kvadratcentimeter, uansett hvor du befinner deg på Jorda. I jordskorpa befinner det seg 8,30x1014 tonn neodym etter vanlige estimater, og av dette er 17,19 %, eller 1,427x1014 tonn Nd 146. Denne nukliden innfanger termiske nøytroner (som disse kan regnes som) med et tverrsnitt på 1,4 barn, eller 1,4x10-24 kvadratcentimeter. Etter vanlig utregning blir årsproduksjonen av Pm 147 ifølge dette 2 x 31556952 (antall sekunder i et år) x 1,427x1014 x 1,4x10-24 x (147/146) = ca. 13 kg, og likevektsmengden etter samme beregning som sist ca. 50 kg. Atskillig mer promethium produseres altså på denne måten, og naturlig promethium utgjør følgelig ca. 2x10-19 % av jordskorpen, noe som plasserer grunnstoffet på 92.-plass av de 96 grunnstoffene som overhodet kan sies å forekomme på Jorda.

Men det er ikke bare naturlig produksjon av promethium som skjer idag, og Pm 147 er et hyppig produkt ikke bare av spontan fisjon av uran, men også av den kunstige. Årlig omsettes idag (1995) ca. 700 tonn spaltbart materiale i forskjellige reaktorer og prøvesprengninger rundt om i verden. 1,4 % eller altså ca. 10 tonn av dette blir til promethium, og dette tilsvarer en likevektsmengde på ca. 38 tonn promethium. Altså blir det virkelige innholdet av promethium i jordskorpen medregnet biosfæren som menneskelivet er en del av (eller skal vi kanskje si teknosfæren?) nærmere 38x100/2x1019 = 2x10-16 %.

Ingen andre isotoper enn 147 produseres ved naturlige eller alminnelige kunstige prosesser i mengder som er merkbare.

KJEMI
Promethium er et sølvhvitt, mykt metall som er omtrent like reaktivt som magnesium. Metallet krystalliserer heksagonalt, leder strøm bedre enn magnesium, men dårligere enn aluminium, og varme ganske dårlig til metall å være, 0,179 W/cm/K ved 25 C.

Alle kjente forbindelser er treverdige og har rosa, rosafiolette eller dypt, vakkert røde farver. På grunn av radioaktiviteten lyser de i mørket med en mystisk blekblå til grønnlig farve.

Analyse:

Analyse på promethium er vanskelig p.g.a. de små mengdene det vanligvis er snakk om og fordi den vanligste isotopen 147 ikke har gammastråling eller andre strålingstyper med unike kjennetegn. Den beste metoden er nok den som Coryell & Co. brukte, med eluering gjennom ionebytterkolonne og måling av betastrålingsmengde i fraksjonen mellom neodym og samarium. Vanlig atomspektroskopi er også anvendelig når prøven inneholder tilstrekkelige mengder av stoffet.

Fremstilling:

Anskaff et stykke brukt brenselelement fra en atomreaktor og kok det med sterk svovelsyre til det meste er løst, gjerne i flere timer. Den resulterende blandingen kjøles ved tilsetning av rikelig kaldt vann og filtreres. Filtratet tilsettes rikelig oksalsyre, og bunnfallet som nå danner seg inneholder oksalat av lantanider og noen få andre urenheter. Når det er filtrert fra kan de forskjellige lantanidene separeres fra hverandre med ionebytting. En kolonne fylles med EDTA og en sitratløsning av lantanideblandingen skylles gjennom. Er størrelsen på EDTA-kornene og diameteren på kolonnen kjent, kan ankomsten av de forskjellige lantanidene fra bunnen av kolonnen beregnes. Promethiumsitratet overføres til oksyd, f.eks. ved felling med oksalsyre og gløding, og oksydet overføres til fluorid ved oppvarming med flussyre til 700 C. Metallet fremstilles av fluoridet ved å oppvarmes med et alkali- eller jordalkalimetall uten lufttilgang.

Demonstrasjonsforsøk:

Vis fram et promethiumbatteri eller gjenstander som er malt med selvlysende Pm-maling, hvis det kan skaffes.

Noen promethiumforbindelser:

Promethiumoksyd(promethia), et krystallinsk pulver med høyt smeltepunkt, meget tungtløselig i vann, men løses lett i syrer. Eksisterer i tre forskjellige krystallformer. Dette oksydet representerer en overgang mellom de lettere lantanide(sesqui-)oksydene som bare kan eksistere i heksagonal krystallform til de tyngre som etterhvert går over i monoklin og kubisk.

Promethiumfluorid, et rosafarget krystallinsk stoff som smelter over 1000 C og er uløselig i vann.

Promethiumbromid. Korallrøde hygroskopiske krystaller. Tungt løselig i vann. Smelter over 500 C.

 

BIOLOGI
Promethium er først og fremst farlig for organismer fordi det er et spaltningsprodukt av uran eller plutonium med høy aktivitetsgrad, men likevel relativt lang levetid. Det kommer inn i kroppen gjennom matvarer som er forurenset med promethium og lagres i overflaten av benbygningen, som det skilles ut fra igjen meget sakte. Melk og til en viss grad kjøtt er de mest utsatte næringsmidlene. Strålingen fra fisjonsproduktet Pm 147 er ikke av de aller farligste, fordi den ikke avgir noen gammastråling, men elektronene fra betastrålingen er også ioniserende, og kan dessuten gi opphav til røntgenstråler hvis det er noenlunde tunge atomkjerner i nærheten. Betastrålingen er ikke så energirik som for eksempel for Sr90 og Cs137, og når bare opp i 0,2 MeV, mot 0,5 til 1,2 for de to andre. Isotopen dør også bort mye fortere, og hvis kroppen din etter Tsjernobylulykken mottok f.eks. 10 picogram, som tilsvarer en aktivitet på 0,9 nanocurie (eller 34 desintegrasjoner pr. sekund) er det pr. idag (10/5-2000) igjen 0,25 picogram eller 0.02 nanocurie (d.v.s. 1 desintegrasjon pr. sekund) av stoffet.

UTNYTTELSE
Den viktigste anvendelse for promethium er i batterier hvor metallet innesluttes mellom to lag av en halvleder slik som silicium. Slike batterier kan produsere strøm uansett temperaturforhold i flere år, inntil for mye av promethiumet er omdannet til samarium. Promethium har også vært brukt som betakilde i tykkelsesmålere som baserer seg på at antallet betapartikler som blir absorbert er avhengig av hvor mange elektroner som står i veien for dem. Det er også foreslått å bruke promethium i selvlysende maling hvis varighet og strålefare ikke betyr noe. Men såvidt vites er ikke slik bruk blitt iverksatt ennå.

Hovedkilder:

Prof.dr.phil. Haakon Haraldsen (Asch.konv.leks.5.utg.b.15)
Therald Moeller "The Chemistry of the Lanthanides" Pergamon Press 1975
CRC Handbook of Chemistry anf Physics, 57th ed. 1976-77.
W. Seelmann-Eggebert, G. Pfennig, H. Münzel, H. Klewe-Nebenius: "Karlsruher Nuklidkarte," 5. Auflage 1981, Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut für Radiochemie.
Mary Elvira Weeks "Discovery of the Elements" Journal of Chemical Education, Easton, Pennsylvania, 1956.
Robert Graves "The Greek Myths" Penguin, Harmondsworth, Middlesex, England, 1984.

:-) LEF