Els empèdocles moderns – Chieng-Shiung Wu (1942) i l’element 61 (Pm) – prometi (nilhexuni, Nhu)

D’acord amb la ciència moderna, el foc ha passat d’ésser un element, una arrel, un arcà, a ser un tipus específic de procés oxidatiu. Concretament és el procés químic exotèrmic de combustió d’un material que allibera ràpidament calor, llum i diversos productes de combustió. La flama, l’emissió de llum visible, seria un aspecte del foc. També la ciència moderna ha trobat i datat els primers fòssils d’un incendi “forestal”, a partir de les restes més antigues de carbó, en el període Silurià (Glasspool et al., 2004), fa 444-416 milions d’anys. Possiblement ja abans s’havien conjugat els dos components que permeten el foc: el combustible (les primeres plantes terrestres serien de l’Ordovicià Mitjà, de fa uns 470 milions d’anys, com afirmen Wellman & Gray, 2000) i el comburent (uns nivells atmosfèrics d’oxigen superiors al 13%). L’anomenada “descoberta del foc” o, més precisament, la descoberta de les formes de controlar el foc, de mantindre’l i, més encara, de generar-lo, és matèria de debat entre els paleoantropòlegs. Hi ha indicis de cocció d’aliments fa 1,9 milions d’anys i, en qualsevol cas, sembla que el control del foc ja era ben difós fa 1 milió d’anys, per sofisticar-se de manera particular fa 50-100 milers d’anys. La “descoberta del foc”, doncs, hauria estat ell mateix un procés. En el Rigveda, se’ns explica el mite de com adquiriren els Bhrigus o Bhargavas el coneixement del foc, quan Mātariśvan (el qui creix dins la mare), és a dir Agni (=igni, el foc de sacrifici) els lliurà la Pramantha, és a dir l’instrument “robat” per fer foc. Si el mot Pramantha assenyala qui fa l’acció d’expropiar, és possible que tingui a veure amb Προμηθεύς, encara que Prometeu en grec, també vol dir “predicció” o “previsió”. Segons Hesíode, Prometeu era fill de Jàpet i Clímene, i tingué repetides topades amb el seu cosí, Zeus, en els que Prometeu apareix com a defensor dels interessos humans contra els divins. Prometeu, efectivament, roba el foc a Zeus i el lliura als humans, però ho fa com a resposta a la decisió prèvia de Zeus d’amagar el foc. En d’altres tradicions, particularment les pitagòriques, Prometeu és el creador de la raça humana, el nexe entre els titans i els mortals. Els tràgics atenesos se centraren en el mite del Prometeu Encadenat, és a dir en el Prometeu castigat per Zeus per haver lliurat el foc als humans, i com Heracles l’alliberà de les cadenes. En el pensament cristià, Prometeu ha estat comparat de vegades amb la Serp, que si bé ofereix el fruit de l’Arbre del Coneixement a Eva i a Adam, ho fa amb el preu de la “pèrdua de la innocència”. Els crudívors moderns mengen exclusivament menjars crus, com si volguessin revertir la “traïció prometeica”. Prometeu, contràriament, també és vist en clau positiva, com un element d’alliberament. En un famós passatge del “Manifest Comunista” llegim que “als temps en què la lluita de classes s’acosta al moment decisiu, el procés de dissolució a l’interior de la classe dominant, a l’interior de tota la vella societat, pren un caràcter tan violent, tan viu, que una petita part de la classe dominant se’n desprèn i s’uneix a la classe proletària, a la classe que porta el futur a les mans”. Al capdavall, el nucli de la teoria revolucionària és produïda per aquesta “petita part de la classe dominant” i “lliurada” a la classe en si, al partit revolucionari. “Prometeo” fou títol de diverses publicacions revolucionàries com la que arrenca el novembre del 1943 com a òrgan del Partito Comunista Internazionalista (PCInt). La contradicció entre els motius de Prometeu, entre la revenja neotitànica i el compromís filantròpic, i el fet d’arrossegar en aquesta lluita aquells als quals ha il•luminat, expressa la contradicció real dels moviments emancipadors dels nostres dies. Nosaltres, en tot cas, arribem al nombre 61 de la nostra sèrie.

“Prometheus bringt der Menschheit das Feuer” (1817), de Heinrich Füger (1751-1818). Prometeu, ens explica Hesíode, retorna a la humanitat el foc, el qual els havia estat arrabassat per Zeus. Zeus havia pres aquesta decisió per un canvi ritual en els sacrificis, que els humans havien fet assessorats per Prometeu, i que reduïa en bona mesura l’aportació destinada a les divinitats. Prometeu, després de robar el foc, serà condemnat per Zeus a ser encadenat en una roca. Una àliga se’n menjarà el fetge cada dia, mentre que durant la nit l’òrgan li serà regenerat. En forma d’Heracles, home-déu, la humanitat retornarà a Prometeu la llibertat

Wu Chieng-Shiung i la descoberta del prometi

La doctora Wu en la Columbia University (1958)

Wu Chien-Shiung (Wú Jiànxióng, 吳健雄) va nàixer a Liuhe (Taicang, Jiangsu) el 31 de maig del 1912, l’Any Primer de la República Xinesa. Era la segona de les criatures del matrimoni format per Fan Fu Hua i Wu Zhong-Yi, que encara tindrien una tercera. El germà gran, un noi, li havia tocat el nom de Chien-Ying, mentre al germà petit, també noi, li havia correspost el nom de Chien-Hao. La noia va rebre el nom de Chien-Shiung. Aquests noms els haurien rebut amb independència del seu gènere. Wu Zhong-Yi es preocupà indistintament de promoure l’educació dels seus tres fills. La casa era plena de llibres, de revistes i de diaris. Chien-Shiung era, per dir-ho així, la preferida del pare.

Wu Chien-Shiung assistí a l’escola Ming De, de Liuhe. En concloure els estudis bàsics, el 1923, a 11 anys, deixà la llar familiar per ingressar en l’Escola Normal n.2, de Suzhou (Jiangsu). Era una escola de noies, dividida en dos ensenyaments, un de magisteri i un de preparatori per a l’educació superior. Wu havia superat amb escreix l’exam d’ingrés (la novena posició d’un total de 10.000 sol•licituds). Això li suposà una matrícula gratuïta.

Completà els estudis secundaris a 17 anys, el 1929. Fou la primera de la classe i, sense cap obstacle, fou admesa en la Universitat Central Nacional de Nanjing (Jiangsu). Abans de res, va haver de formar-se com a mestre d’escola, cosa que va fer amb una estada a l’Escola Pública de Xina, de Shanghai, sota la direcció de Hu Shih (1891-1962). El 1930 començà estudis de matemàtiques a Nanjing, però aviat es transferiria a física. Wu Chien-Shiung s’implicà en el moviment estudiantil i en les reivindicacions nacionals contra l’expansionisme japonès. Participà en una acampada davant del Palau Presidencial de Nanjing, que exigia una posició més ferma al Guomindang davant de l’amenaça nipona, i en aquest sentit fou una de les delegades rebudes pel president del govern, Chiang Kai-shek.

El 1934 deixà la Universitat de Najing, per ampliar estudis de física a la Universitat de Zhejiang, a Hangzhou. Obtingué una plaça d’ajudant a la Universitat, però la deixà quan n’aconseguí una plaça d’investigadora en l’Institut de Física de l’Acadèmia Central de Recera, l’anomenada Academia Sinica. Començà a treballar en la tesi doctoral, sota la direcció de Gu Jing-Wei. Gu s’havia doctorat no feia pas gaire a la Universitat de Michigan, i recomanà a Wu de fer el doctorat en aquell mateix centre. Wu Chieng-Shiung, gràcies al suport financer del seu oncle patern, Wu Zhou-Zhi, va sol•licitar l’ingrés a la Universitat de Michigan, la qual l’acceptà. Una antiga companya del districte de Taicang, la química Dong Ruo-Fen, també havia estat acceptada per una universitat nord-americana, i totes dues prepararen el viatge. S’embarcaren en l’SS President Hoover l’agost del 1936, acomiadant-se dels seus familiars per una bona temporada.

L’SS President Hoover desembarcà a San Francisco. Wu Chieng-Shiung va fer una visita a la Universitat de Califòrnia, a Berkeley. Allà fou rebuda pel físic Luke Chia-Liu Yuan (nét de Yuan Shikai, el conegut president-emperador dels primers anys convulsos de la República), amb el qual s’acabaria prometent. A Berkeley li oferiren d’estudiar sota la direcció del prestigiós Ernest O. Lawrence, l’inventor de l’accelerador de partícules (ciclotró). Wu Chieng-Shiung renuncià a continuar el viatge cap a Michigan i romangué a Berkeley.

Emilio Gino Segrè (1905-1989)

Els esdeveniments a Xina, amb una situació pre-bèl•lica esperonada per l’expansionisme nipó, tallaven progressivament l’opció de retorn. No era una situació gaire diferent de la viscuda per alguns dels seus col•legues. La historiadora Ursula Schaefer ja havia renunciat de tornar a l’Alemanya nazificada, i el físic Emilio Segrè veuria igualment tallada tota perspectiva professional a la Itàlia feixista i antisemita. Segrè esdevingué a efectes pràctics el supervisor de la tesi de Wu, per bé que nominalment la responsabilitat darrera era de Lawrence. Inicialment, Wu estudià la “bremsstrahlung”, la radiació electromagnètica produïda per la deceleració d’una partícula carregada (normalment, un electró) per l’acció d’una altra (normalment, un nucli atòmic). El seu model era fòsfor-32, un radioisòtop emissor de radiació beta (radiació electrònica).

Seguidament, Wu estudià la producció de radioisòtops de xenó en els ciclotrons del Radiation Laboratory, a partir de la fissió nuclear d’urani. Amb aquests treballs relacionats va poder completar la tesi doctoral el juny del 1940. Continuà el post-doctorat en el Laboratori de Radiació.

El que havia començat pràcticament com unes guerres localitzades, bé a la Xina o bé a Espanya, havia esdevingut ja una guerra mundial, a la qual els mateixos Estats Units s’hi havia vist arrossegats. Els xinesos i, particularment, els xinesos nacionalistes, eren els principals aliats dels Estats Units a Àsia en la lluita comuna contra l’Imperi Japonès. Els obstacles que Wu havia patit per ser dona i asiàtica no desaparegueren, però anaven afluixant-se, especialment si atenem a la rellevància pràctica (bèl•lica) que podien adquirir els físics nuclears com Wu o com el seu promès, Yuan. Tots dos es casaren el 30 de maig del 1942, en una cerimònia que es va fer a casa de Robert Milikan, el president de Caltech i cap de Yuan.

Hans Albrecht Bethe (1906-2005)

En els mesos precedents, Wu Chien-Shiung i Emilio G. Segrè, des del Radiation Laboratory de Berkeley, i Hans Albrecht Bethe, des del MIT Radiation Laboratory (de Cambridge, Massachusetts), col•laboraren en una sèrie de recerques sobre l’element 61, un dels forats pendents de la taula periòdica dels elements. Bombardaren amb neutrons mostres de didimi, és a dir de la barreja de neodimi (l’element 60) i praseodimi (l’element 59). Encara que no ho pogueren confirmar en aquell moment, és molt probable que sintetitzessin les primeres mostres conegudes d’aquest element químic número 61.

Bohuslav Brauner (1855-1935) es va formar a Heidelberg i a Manchester sota les direccions de dos pares fundadors de l’espectroscòpia química, Robert Bunsen i Henry Roscoe, respectivament. Des dels anys 1870 treballà sobre els elements de terres rares, un àmbit on sovintejaren les lluites de prioritats i descobertes controvertides. La descoberta que el didimi era, en realitat, no pas un element químic sinó una barreja de dos, fou batallada entre Carl Auer i Bohuslav Brauner fins que el segon renuncià a la prioritat, i les denominacions d’Auer de praseodimi/neodimi s’imposaren.

L’existència d’un forat en la taula periòdica entre el neodimi i el samari ja havia estat enunciada en el 1902 per Bohuslav Brauner, atenent a la relació de pesos atòmics dels diferents lantànids. Brauner suposà que devia haver un element químic de propietats intermèdies entre el neodimi i el samari. Aquest element potser seria un constituent minoritari de terres rares. En els anys següents, hom descobrí alguns elements de terres rares, però cap d’ells situava el seu pes atòmic entre els pesos atòmics del neodimi i del samari.

Henry Moseley (1887-1915)

En el 1914, Henry Moseley mostrava que els elements químics s’ordenaven en la taula periòdica no pas estrictament segons el seu pes atòmic, sinó més aviat segons el seu “nombre atòmic”. El nombre atòmic, tal com demostrà en el seus estudis amb l’espectrometria de raigs X, es relacionava amb una propietat fonamental dels àtoms. A cada nombre natural li corresponia un element de la taula periòdica. Moseley identificà, però, sis caselles buides, les corresponents als nombres atòmics de 43, 61, 72, 75, 85 i 87.

En el 1924, Luigi Rolla i Lorenzo Fernandes, de Florència, treballaven amb una mostra de monazita procedent de Brasil. N’obtingueren, per digestió nítrica, un concentrat, que fraccionaren per cristal•lització, obtenint una solució teòricament rica en nitrat de samari. En aconseguir l’espectre de raigs X de la solució identificaren uns trets que atribuïren a una barreja de samari (l’element 62) i l’hipotetitzat element 61. En el 1926, Rolla i Fernandes publicaven una monografia “sobre l’element de nombre atòmic 61”, per al qual proposaren el nom de “florenci”, que en articles posteriors rep de vegades el símbol Fl i, d’altres, el de Fr.

El juny del 1926, d’altra banda, J. A. Harris, Len F. Yntema i B. Smith Hopkins, de la Universitat d’Illinois reportaven a la revista Nature la detecció de l’element 61, per al qual proposaven el nom d’il•lini (Illinium, per Illinois), simbolitzat amb les inicials “Il”. El mes de juliol Bohuslav Brauner acceptà aquesta descoberta i el nom d’il•lini. També la donaven per bona, el mes d’agost, R. J. Meyer, G. Schumacher i A. Kotowski, a les planes de Naturwissenschaften. Es desfermà, com mig segle abans, la típica picabaralla, ara establerta en termes de “florenci o il•lini”. W. A. Noyes (1927) considerà que la prioritat la tenien els d’Illinois, ja que havien sotmès a revisió el seu article abans que els de Florència, els quals s’havien limitat, d’entrada, a dipositar un “plico suggellato”. De totes maneres, tots dos grups col•laboraren lleialment. Hopkins trameté mostres a Florència, que foren analitzades per Rolla i per C. C. Kiess. En les mostres d’Illinois trobaren línies espectrals (espectre de llum visible) corresponent al neodimi, al samari i d’altres no atribuïbles, que serien les degudes a l’element 61. Tot i així, en abril del 1927, Rolla & Fernandes titulaven el seu article com a “Florentium or Illinium?”. Unes altres anàlisis foren més dures. Consideraren que totes les línies dels materials obtinguts tant pels d’Illinois com pels toscans eren atribuïbles al didimi (praseodimi+neodimi) o a elements ja coneguts (bari, crom i platí). De mica en mica, la cosa es resolgué en un “ni florenci ni il•lini”.

Al llarg dels anys 1920 hom començà a bastir una teoria atòmica que explicava el nombre atòmic com el nombre de protons del nucli atòmic, alhora que el nombre màssic seria el resultat de la suma del nombre de protons i de neutrons. Així s’explicava també el fet que, per a molts elements, hi haguessin més d’un isòtop, caracteritzat per una massa atòmica diferent, i que la massa atòmica d’alguns elements, com la del clor, fos fraccional. En el 1934, Josef Mattauch (1895-1976) enuncià l’anomenada “norma isobàrica”, segons la qual si dos elements adjacents de la taula periòdica tenen isòtops del mateix nombre màssic, un d’aquests isòtops ha de ser radioactiu. Dit d’una altra manera, si dos nuclis atòmics tenen el mateix nombre màssic (són isobàrics), tan sols poden ser tots dos estables si els llurs nombres atòmics difereixen per més d’un. La conseqüència d’aquesta llei és que l’element 61 (com l’element 43) no podien tindre isòtops estables. Tots els isòtops de l’element 61, doncs, serien inestables o radioactius. Això explicava que no se l’hagués trobat a la natura.

En el 1934, William Libby detectà una feble emissió de radiació beta en mostres de “neodimi pur”. Libby pensà que aquesta emissió es devia al fet que el neodimi seria un element radioactiu amb una semivida de l’ordre de 1012 anys.

Pràcticament descartada la possibilitat de detectar l’element 61 en mostres naturals, quedava la possibilitat de sintetitzar-lo artificialment. Els ciclotrons oferien una energia suficient per a la transmutació química. Un grups d’investigadors encapçalat per H. B. Law, de l’Ohio State University realitzà en el 1938 un experiment nuclear fonamentat en el bombardament de didimi amb neutrons. Obtingueren diferents radioisòtops que no es corresponien ni al neodimi (element 60) ni al samari (element 62). Law et al. proposaren el nom de cicloni (“cyclonium”), atenent a l’origen ciclotrònic d’aquest nou element. No obstant, la descoberta no fou generalment acceptada, sobretot per la manca d’una anàlisi química dels materials (escassos i efímers).

La descoberta de Wu et al., en el 1942, no va rebre gaire més interès que la de Law et al. El matrimoni format per Yuan i Wu es traslladà a la Costa Est. Yuan trobà feina en la RCA Corporation, en projectes sobre radars. Wu trobà una posició en l’Smith College, centre de docència femenina superior de Northampton (Massachusetts). Aviat la deixà per anar a la Princeton University, a New Jersey, com a instructora del Departament de Física. A començament del 1944, Wu passava a la Columbia University. Mantingué vincles amb la Universitat de Berkeley i amb l’Acadèmia Nacional de Ciència de Shanghai. Participà en el desenvolupament de tècniques d’enriquiment d’urani per difusió gasosa, alhora que en la millora de comptadors Geiger per a la detecció de nivells de radiació nuclear. Seria el programa nuclear el que forçaria finalment la rendició del Japó, amb les bombes atòmiques d’Hiroshima i Nagasaki (agost del 1945).

Jacob A. Marinsky (1918-2005)

En el 1945, Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin i Charles D. Coryell analitzaven, en el marc del Projecte Manhattan, els productes de la fissió d’urani irradiat en reactor de grafit dels Laboratoris Clinton (Oak Ridge, Tennessee).

Larry E. Glendenin (1918-2008)

Entre els productes que trobaren, hi havia radioisòtops corresponent a l’element 61.

Charles D. Coryell (1912-1971)

En el 1947, Marinsky, Glendenin i Coryell publicaven la identificació química de radioisòtops de neodimi i de l’element 61 en els experiments que havien fet en el 1945.

Línies espectrals de l’element 61

La primera intenció de Marinsky et al. havia estat la de denominar l’element 61 amb el nom de “clintoni” (clintonium) en reconeixement al centre on treballaven (anomenat així per la població de Clinton, Tennessee). Grace Mary, la dona de Charles Coryell, suggerí el nom de prometeu (prometheum), en record del tità de la mitologia grega, en tant que havien arrabassat un secret a la natura. Acceptaren finalment aquesta proposta, i l’element 61 rebé oficialment el nom de prometeu, amb el símbol Pm. Eventualment, el nom seria fixat com a “promethium”, és a dir amb la terminació més típica dels elements (“-ium”). Amb les adaptacions fonètiques i gràfiques corresponents, aquesta forma seria l’adoptada per les diverses llengües. En català, “prometi”.

Wi Chieng-Shiung no va reclamar la prioritat per l’element 61. En el 1947 fou mare de Vicent (袁緯承). L’esclat de la guerra entre nacionalistes i comunistes a Xina impediren una visita a la Xina. En el 1949, quan el seu marit trobà feina al Brookhaven National Laboratory, es traslladaren a Long Island. En el 1954 esdevingueren ciutadans americans.

Esquema de l’experiment de Wu sobre la conservació de paritat en la interacció nuclear feble. Wu s’interessà sobre aquest problema quan era professora associada a la Colúmbia, a través de dos físics teòrics, Tsung-Dao Lee i Chen Ning Yang. Lee i Yang partien del fet que la llei de la conservació de la paritat havia estat ja demostrada en la interacció electromagnètica i en la interacció nuclear forta. En el disseny experimental, Wu comptà amb el suport del Grup de Baixes Temperatures, ja que es tractava de reduir una mostra de cobalt-60 a una temperatura de 0,003 K. La mostra de cobalt era polaritzada amb un solenoide. La interacció nuclear feble podia ser seguida a través de l’emissió de raigs gamma de la mostra i la polarització d’aquesta emissió permetria contrastar la conservació de la paritat. Com havia pensat Lee, l’experiment de Wu mostrà que per a la interacció feble no hi ha conservació de paritat. Lee i Yang reberen el Premi Nobel del 1957 per aquesta contribució

Wu es guanyaria definitivament un nom en la història de la física amb l’experiment que du el seu nom i que demostrà que la paritat no es conservada en interaccions nuclears febles. En el 1958, esdevingué professora titular a Colúmbia. Tot i que no figurà en la llista de guardonats amb el Premi Nobel de Física del 1957, sí va rebre altres homenatges. Per exemple, l’asteroide 1965 SP, descobert per l’Observatori de la Muntanya Porpra de Nanking va rebre el nom de Wu (2752 Wu Chien-Shiung): era la primera vegada que un asteroide rebia el nom d’un científic viu. En el 1965 publicà “Beta Decay”, manual clàssic sobre aquesta matèria. Durant els anys 1950 i 1960, va fer recerca experimental pionera en fenòmens d’entrellaçament quàntic (Wu & Shaknov, 1950) i sobre l’efecte Mössbauer. També participaria en recerques de biofísica molecular, com la caracterització dels canvis estructurals de l’hemoglobina S (la forma alterada d’hemoglobina responsable de l’anèmia falciforme).

En el 1962, P. B. Orr, de l’Oak Ridge National Laboratory, desenvolupà un mètode de separació per l’obtenció de prometi a partir de residus nuclears. Aquest mètode de bescanvi iònic permet l’obtenció de 10 grams de prometi. L’any següent, la purificació de fluorur de prometi (PmF3) i la reducció d’aquesta sal amb liti en un gresol de titani, permeté l’obtenció d’una quantitat suficient de prometi metàl•lic de prou puresa com per mesurar algunes característiques bàsiques d’aquest element, com ara el seu punt de fusió. Aviat, l’Oak Ridge National Laboratory va poder produir anualment 650 grams de prometi.

El prometi-147 fou utilitzat en generadors termoelèctrics de radioisòtop (l’emissió beta li permet una densitat de potència de 2 watts per gram), el primer dels quals fou dissenyat per Flicker et al. (1964). Durant la missió Apol•lo, fou utilitzat, associat amb una substància fosforescent, en senyalitzadors lluminosos dels panells de control del Mòdul Lunar i del Ròver.

Era oberta la qüestió de si hi havia presència de prometi en mostres naturals a la Terra. La radiació beta descoberta per Libby en el neodimi en el 1934, fou atribuïda a la presència de prometi (on assoliria abundància relatives de 10-20 respecte del neodimi. La possibilitat d’una formació natural de prometi-150 a partir de neodimi-150, o altres reaccions similars, seria descartada, però en dècades següents. En qualsevol cas, sí es va acceptar que la presència d’urani-238 a la natura contribuïa a l’existència de prometi en mostres de l’escorça terrestre: en el 1968, Attrep & Kuroda detectaren en pechblenda del Congo uns 4•10-15 g/kg de prometi-147.

En el 1973, Wu accedí a la càtedra Michael I. Pupin de Física, sempre a la Columbia University, posició en la qual es retiraria. El seu fill Vincent llavors començava ell mateix la seva carrera de físic nuclear (que el duria a Nou Mèxic). En els anys 1970, Wu va poder viatjar per primera vegada a la Xina continental, amb la pena de no haver pogut tornar a veure vius als pares. Ella mateixa es va morir el 16 de febrer del 1997, a 84 anys. El seu vidu, Yuan, es moriria a Beijing l’11 de febrer del 2003, a 90 anys. La filla de Vincent, néta de Wu Chieng-Shiung, és una col•laboradora habitual del New York Magazine.

Cowley et al. (2004) refermaren observacions anteriors, segons les quals hi havia presència de prometi en els espectres dels estels atípics HD 101065 i HD 965.

Belli et al. (2007), en la Laboratori Nazionali del Gran Sasso, demostraren experimentalment la desintegració alfa d’europi-151, amb producció de prometi-147, que constituiria una font addicional de prometi en l’escorça terrestre.

El prometi: isòtops i abundància

La massa atòmica del prometi s’expressa habitualment en 145 uma, és a dir d’acord amb la massa atòmica del seu isòtop més estable. Un llistat complet d’isòtops faria:
– prometi-126 (126Pm; 125,95752 uma). Nucli format per 61 protons i 65 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,5 s.
– prometi-127 (127Pm; 126,95163 uma). Nucli format per 61 protons i 66 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida d’1 s.
– prometi-128 (128Pm; 127,94842 uma). Nucli format per 61 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,0 s. Decau bé a neodimi-128 (amb emissió d’un positró) o a neodimi-127 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– prometi-129 (129Pm; 128,94316 uma). Nucli format per 61 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3 s. Decau a neodimi-129, amb emissió d’un positró.
– prometi-130 (130Pm; 129,94045 uma). Nucli format per 61 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,6 s. Decau a neodimi-130 (amb emissió d’un positró)o, rarament, a praseodimi-139 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– prometi-131 (131Pm; 130,93587 uma). Nucli format per 61 protons i 70 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,3 s. Decau a praseodimi-130 (amb emissió d’un protó i d’un positró) o a neodimi-131 (amb emissió d’un positró).
– prometi-132 (132Pm; 131,93375 uma). Nucli format per 61 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,2 s. Decau a neodimi-132 (amb emissió d’un positró) o, molt rarament (0,00005%), a praseodimi-131 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– prometi-133 (133Pm; 132,92978 uma). Nucli format per 61 protons i 72 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 15 s. Decau a neodimi-133, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (133mPm) a 130,4 keV, que té una semivida de 10 s, i que decau bé a l’estat basal bé directament a neodimi-133.
– prometi-134 (134Pm; 133,92835 uma). Nucli format per 61 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 22 s. Decau a neodimi-134, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (134mPm), que té una semivida de 5 s, i que decau a l’estat basal.
– prometi-135 (135Pm; 134,92488 uma). Nucli format per 61 protons i 74 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 49 s. Decau a neodimi-135, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (135m

Pm) a 50 keV, que té una semivida de 40 s, i que decau a neodimi-135.
– prometi-136 (136Pm; 135,92357 uma). Nucli format per 61 protons i 75 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 107 s. Decau a neodimi-136, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (136mPm) a 130 keV, que té una semivida de 47 s, i que decau a neodimi-136.
– prometi-137 (137Pm; 136,920479 uma). Nucli format per 61 protons i 76 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 100 s. Decau a neodimi-137, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (137mPm) a 150 keV, que té una semivida de 140 s, i que decau a neodimi-137.
– prometi-138 (138Pm; 137,919548 uma). Nucli format per 61 protons i 77 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10 s. Decau a neodimi-138, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (138mPm) a 30 keV, que té una semivida de 194 s i que decau a neodimi-138.
– prometi-139 (139Pm; 138,916804 uma). Nucli format per 61 protons i 78 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 249 s (4 minuts). Decau a neodimi-139, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (139mPm) a 188,7 keV, que té una semivida de 0,18 s, i que decau bé a l’estat basal (99,83%) bé directament a neodimi-139 (0,17%).
– prometi-140 (140Pm; 139,91604 uma). Nucli format per 61 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,2 s. Decau a neodimi-140, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (140mPm) a 420 keV, que té una semivida de 357 s, i que decau a neodimi-140.
– prometi-141 (141Pm; 140,913555 uma). Nucli format per 61 protons i 80 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1254 s (21 minuts). Decau a neodimi-141, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 628,40 keV (141m1Pm; que té una semivida de 6,3•10-7 s) i un altre a 2530,9 keV (141m2Pm; que té una semivida de poc més de 2•10-6 s).
– prometi-142 (142Pm; 141,912874 uma). Nucli format per 61 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 40,5 s. Decau a neodimi-142, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (142mPm) a 883,17 keV, que té una semivida de 0,002 s, i que decau a l’estat basal.
– prometi-143 (143Pm; 142,910933 uma). Nucli format per 61 protons i 82 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,29•107 s (265 dies). Decau a neodimi-143, amb emissió d’un positró.
– prometi-144 (144Pm; 143,912591 uma). Nucli format per 61 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,14•107 s (363 dies). Decau a neodimi-144, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 840,90 keV (144m1Pm; que té una semivida de 7,8•10-7 s) i un altre a 8595,8 keV (144m2Pm; que té una semivida de 2,7•10-6 s).
– prometi-145 (145Pm; 144,912749 uma). Nucli format per 61 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,59•108 s (18 anys). Decau normalment a neodimi-145 (per captura electrònica) o, alternativament (0,00000028%), a praseodimiu-141 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). L’activitat específica és de 35 TBq/g.
– prometi-146 (146Pm; 145,914696 uma). Nucli format per 61 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,75•108 s (6 anys). Decau majoritàriament (66%) a neodimi-146 (per captura electrònica) o, alternativament (34%), a samari-146 (amb emissió d’un electró).
– prometi-147 (147Pm; 146,9151385 uma). Nucli format per 61 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,2788•107 s (3 anys). Decau a samari-147, amb emissió d’un electró. És present en forma de traça en mostres naturals, ja que és producte de la fissió de radioisòtops més pesants (a través del neodimi-147). Ha estat emprat, des del 1964, en alguns generadors termoelèctrics de radioisòtops.
– prometi-148 (148Pm; 147,917475 uma). Nucli format per 61 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,638•105 s (5 dies). Decau a samari-148, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (148mPm) a 137,9 keV, que té una semivida de 3,567•106 s, i que decau bé a l’estat basal (5%) bé directament a samari-148 (95%).
– prometi-149 (149Pm; 148,918334 uma). Nucli format per 61 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,911•105 s (53 hores). Decau a samari-149, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants. Posseeix un estat metastable (149mPm) a 240,214 keV, que té una semivida de 3,5•10-5 s.
– prometi-150 (150Pm; 149,920984 uma). Nucli format per 61 protons i 89 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9650 s (3 hores). Decau a samari-150, amb emissió d’un electró.
– prometi-151 (151Pm; 150,921207 uma). Nucli format per 61 protons i 90 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,022•105 s (28 hores). Decau a samari-151, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants.
– prometi-152 (152Pm; 151,923497 uma). Nucli format per 61 protons i 91 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 247 s (4 minuts). Decau a samari-152, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastables, un a 140 keV (152m1Pm; que té una semivida de 451 s) i un altre a 250 keV (152m2Pm; que té una semivida de 828 s).
– prometi-153 (153Pm; 152,924117 uma). Nucli format per 61 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 315 s (5 minuts). Decau a samari-153, amb emissió d’un electró.
– prometi-154 (154Pm; 153,92646 uma). Nucli format per 61 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 104 s. Decau a samari-154, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (154mPm) a 120 keV, que té una semivida de 161 s, i que decau a samari-154.
– prometi-155 (155Pm; 154,92810 uma). Nucli format per 61 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 41,5 s. Decau a samari-155, amb emissió d’un electró.
– prometi-156 (156Pm; 155,93106 uma). Nucli format per 61 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 26,7 s. Decau a samari-156, amb emissió d’un electró.
– prometi-157 (157Pm; 156,93304 uma). Nucli format per 61 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10,56 s. Decau a samari-157, amb emissió d’un electró.
– prometi-158 (158Pm; 157,93656 uma). Nucli format per 61 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,8 s. Decau a samari-158, amb emissió d’un electró.
– prometi-159 (159Pm; 158,93897 uma). Nucli format per 61 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,47 s. Decau a samari-159, amb emissió d’un electró.
– prometi-160 (160Pm; 159,94299 uma). Nucli format per 61 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2 s. Decau a samari-160, amb emissió d’un electró.
– prometi-161 (161Pm; 160,94586 uma). Nucli format per 61 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,7 s. Decau a samari-161, amb emissió d’un electró.
– prometi-162 (162Pm; 161,95029 uma). Nucli format per 61 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,5 s. Decau a samari-162, amb emissió d’un electró.
– prometi-163 (163Pm; 162,95368 uma). Nucli format per 61 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,2 s.

L’àtom neutre de prometi conté 61 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f55s25p66s2. En conseqüència, és un element del període 6 i del bloc f, definit doncs com a lantànid (“metall de terra rara”), i dins d’aquests és inclòs en el subgrup del ceri (o “lantànids lleugers”). Hom podria definir un grup f5 integrat pel prometi i el neptuni. L’estat d’oxidació més habitual del prometi és +3 (Pm3+, per cessió dels dos electrons 6s i un electró de 4f). El radi atòmic és de 1,83•10-10 m, és a dir lleugerament superior al neodimi, cosa que constitueix l’única excepció coneguda a la norma de la contracció progressiva del volum atòmic, dins de cada període, d’acord amb el nombre atòmic.

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el prometi elemental es presenta en forma de sòlid. Són dos els al•lòtrops principals de prometi sòlid:
– alfa-prometi (α-Pm), amb una estructura cristal•lina hexagonal doble estretament empacada. És la forma estable en condicions estàndards (densitat de 7260 kg•m-3). Té una duresa de 63 kg/mm2.
– beta-prometi (β-Pm), amb una estructura cristal•lina cúbica centrada en el cos. A pressió estàndard, l’α-Pm transiciona a β-Pm a 1160 K. La densitat del β-Pm en condicions estàndards és de 6990 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el prometi elemental fon a 1315 K i bull a 3273 K.

Els compostos de prometi tendeixen a ser de color rosa o vermell. Podem esmentar:
– òxids: Pm2O3, que pot presentar-se en al•lòtrops cúbic (6770 kg•m-3), monoclínic (7400 kg•m-3; transició a 1070 K) i hexagonal (7530 kg•m-3; transició a 2020 K); transició a .
– Pm(OH)3. Es pot aconseguir amb la neutralització amònica de solucions aquoses àcides de Pm3+, ja que l’hidròxid, insoluble, precipita en forma de sediment de color bru clar.
– halurs: PmF3 (sòlid de color porpre-rosa; cristalls hexagonals), PmCl3 (sòlid de color lavanda; cristalls hexagonals), PmBr3 (sòlid de color vermell; cristalls ortoròmbics), PmI3 (sòlid de color vermell).
– Pm(NO3)3, sòlid cristal•lí de color rosa, soluble en aigua.
– Pm2(SO4)3, del qual la forma octahidratada presenta una densitat en condicions estàndards de 2860 kg•m-3.

L’abundància del prometi en l’univers és particularment condicionada pel fet de no disposar d’isòtops mínimament estables. Així, tot i produït en estels madurs i en supernoves, tan sols se l’ha detectat espectroscòpicament en estels peculiars (tipus Ap o Bp), que presenten una sobreabundor de lantànids. De tots els elements químics que hem vist fins ara, el prometi és el més inestable i, comprensiblement, també és el menys abundant en termes atòmics. Per trobar elements menys abundants que el prometi hem de pujar a la taula periòdica fins a la casella 85 (l’astat).

En la Terra, el prometi és pràcticament negligible. La principal font natural de prometi és la fissió espontània d’urani-238. Així, una bona part es trobaria associat a minerals d’urani, com ara la pechbenda. Ara bé, fins i tot en la pechblenda la quantitat de prometi és ben limitada, de l’ordre d’1 ppt (10-18). La quantitat global de prometi de tota l’escorça terrestre generat a partir de la fissió d’urani-238 seria d’uns 560 grams: al capdavall el prometi no és més que un producte transitori de la desintegració de 238U. Una altra font natural de prometi-147 és l’europi-151: aquest procés originaria en tota l’escorça terrestre uns 12 grams de prometi, una part d’ells associats infinitesimalment a minerals de terres rares.

Pechblenda

Amb aquestes xifres litosfèriques, s’entén com de negligible és la presència de prometi en la hidrosfera, atmosfera i biosfera.

El prometi-147 i els seus compostos suposarien, en tot cas, un risc radiològic, particularment per emissions de raigs X. Cal prendre les precaucions típiques per aquesta mena de materials. En cas d’exposició, és possible que els ions Pm3+, com fan alguns altres lantànids, tingui un tropisme similar als cations Ca2+, i pugui acumular-se en teixit ossi.

Aplicacions del prometi

La major part del prometi (147Pm) obtingut amb finalitats industrials o de recerca s’obté a partir del bombardeig termal de neutrons d’urani-235, amb un rendiment del 2,6%. També es pot obtindre prometi-147 amb el bombardeig d’urani-238 amb neutrons accelerats, o amb el bombardeig de carbur d’urani (UCx) amb protons accelerats. Una altra font és el bombardeig termal de neodimi-146 amb neutrons (que produeix neodimi-147, que ràpidament decau a prometi-147).

Entre els anys 1960 i 1970, l’Oak Ridge National Laboratory produïa centenars de grams de prometi cada any, però a començament dels anys 1980 ho va deixar de fet. La major part de la producció actual de prometi-147 (de l’ordre de grams) es fa a Rússia.

La major part d’aquesta exigua producció de prometi es destina a la recerca. No obstant, podem esmentar algunes aplicacions industrials:
– en pintura lluminosa. La combinació d’un compost de prometi-147 amb una substància fosforescent, fa que la radiació beta emesa pel prometi alimenti la luminiscència de la substància. A partir dels anys 1960, el prometi-147 començà a desplaçar en aquesta aplicació el radioisòtop utilitzat històricament, el radi-226. En moltes aplicacions, no obstant, hom s’estima més l’ús del triti (3H) que no del 147Pm com a font d’emissions beta.
– en bateries atòmiques, en les quals el prometi-147 és emprat com a font de radiacions i col•locat entre dues plaques semiconductores. La vida útil de les bateries o generadors de prometi supera els cinc anys.
– sondes per a la mesura de densitat o gruix de materials. La font de prometi és resseguida per la seva emissió de raigs X, mentre se la fa passar per una mostra.

Entre les aplicacions actualment en desenvolupament podem esmentar la de fer-les en fonts portàtils de raigs X.

Pintura luminescent feta a base de sulfur de zinc (ZnS) i clorur de prometi (PmCl3, fonamentalment de prometi-147). La radiació beta emesa pel prometi-147 excita els àtoms de zinc, traduint-se en llum. Pintures com aquesta eren utilitzades en rellotgeria per fer que busques o senyals de l’esfera del rellotge fossin visibles en la foscor.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: