Els empèdocles moderns – Ralph A. James (1940) i l’element 95 (Am) – americi (nilennipenti, Nep)

El primer text conegut on apareix el corònim Amèrica data del 25 d’abril del 1507 i consisteix en un planisferi construït a Saint-Dié-des-Vosges per Martin Waldseemüller (Martinus Hylacomylus). En el llibre que acompanyava aquest planisferi, “Cosmographiae Introductio”, hom justificava el nom d’Amèrica: “no sé amb quin dret ningú objectaria denominar aquesta part del món en homenatge a Americus, que la va descobrir i que és un hom d’intel•ligència; Amèrica, la Terra d’Amèricus, ja que tan Europa com Àsia van rebre el nom de dones”. L’autor d’aquest text fou probablement Matthias Ringmann, i també en el propi mapa apareixen referències a Americo Vespucci, col•locat al mateix nivell de Claudi Ptolomeu. El mapa reconeix com a descobridor d’aquesta terra a “Columbus”, però seguidament esmenta “Vesputius” com el primer en adonar-se del caràcter diferenciat de continent (“pars”). Vespucci, efectivament, havia visitat en els seus viatges terres molt més australs que no pas les visitades per Colom en els seus. Però sembla que Waldseemüller i Ringmann van fer el pas de registrar el nou continent esperonats per una lletra apòcrifa de Vespucci on descriu una extensa exploració feta entre 1497 i 1498. El cas és que les exploracions ulteriors confirmaren clarament que les terres explorades per Colom no eren pas l’extrem d’Àsia sinó un nou continent, i el nom d’Amèrica acabà per prendre, sobretot després que en fes ús Gerard Mercator en el 1538. El mapa de Mercator ja deixava clar que Amèrica era conformada per dues masses continentals, unides per un Istme. A Espanya hom continuà afavorint el nom d’Índia o Índies. També altres potències colonials retingueren el nom d’Índies, distingint entre les Índies Orientals (l’extrem d’Àsia i illes adjacents) i les Índies Occidentals (el Nou Món). El terme “Mundus Novus”, de fet, havia estat utilitzat per Vespucci en el 1503. Un altre tractament, que ja trobem en el mapa de Waldseemüller és l’oposició entre l’Hemisferi Occidental (America) i l’Hemisferi Oriental (Europa, Affrica, Asia). El nom d’Amèrica adquirí ús oficial el 1777, quan la Confederació formada per les Tretze Colònies revoltades contra el rei d’Anglaterra assumí el nom de “The United States of America”. Val a dir que per a aquesta confederació hom també utilitzà, en contextos més poètics, el nom de “Colúmbia” i, en efecte, en crear-se el 1790 un districte federal, aquest va rebre el nom de “District of Columbia” (D.C.). En el 1819, Nova Granada i Veneçuela s’uniren en una “República de Colombia”, amb la voluntat de ser el nucli de la unió de totes les antigues colònies espanyoles del Nou Món. El projecte no va prendre, però Colòmbia és encara el nom oficial d’una República que inclou els territoris neogranadins. “The United States of America” es va fer seu el nom d’Amèrica, i així “America” s’identifica amb aquesta federació, especialment en llengua anglesa. Per referir-se a tot el conjunt, de vegades s’utilitza l’expressió d’Amèriques i l’adjectiu de “panamericà”. “Amèriques” homenatja un expedicionari europeu; “Nou Món” també té regust colonitzador; i “Hemisferi Occidental” té un gust certament arbitrari (ja que pressuposa el concepte de meridià universal). Així doncs, hom ha volgut cercar recentment alternatives indígenes com ara “Abya Yala”, que en llengua kuna vol dir “terra madura”.

La Cosmografia Universal (1507), de Martin Waldseemüller. En la part superior, apareixen retratat Claudi Ptomoleu, el cosmògraf del Vell Món, i Americo Vespucci, com a cosmògraf del Nou Món. La massa continental de l’Hemisferi Occidental rep el conseqüència el nom d’America.

Ralph A. James i la descoberta de l’americi

Ralph Arthur James va nàixer a Salt Lake City (Utah) el 23 de setembre del 1920. Químic de formació, com molts altres joves graduats de la seva generació fou cridat als projectes de recerca que havien de servir a l’esforç bèl•lic, una vegada que els Estats Units havien entrat amb guerra amb el Japó i Alemanya.

Glenn T. Seaborg

Ralph A. James s’afegí al grup de recerca de Glenn T. Seaborg, en el Laboratori de Metal•lúrgia de la Universitat de Xicago. Aquest grup de recerca era vinculat a l’anomenat Projecte Manhattan, que cercava el desenvolupament d’artefactes explosius basats en l’energia nuclear de fissió. En el Laboratori de Metal•lúrgia especialment sobre l’obtenció i tractament de plutoni, un metall transurànid sintetitzat pel grup de Seaborg l’hivern del 1940-41, l’existència del qual es mantenia en secret.

Albert Ghiorso

El mateix Seaborg havia suposat que el plutoni, l’element 94, podia ser ben bé l’últim element possible de la taula periòdica. Però aquesta idea hom ja l’havia expressada en referència a l’urani, l’element 92. De la mateixa manera, que hom havia pogut sintetitzar els dos primers elements transurànids a partir d’urani, semblava que valia la pena investigar si era possible la síntesi d’elements transplutònids.

La recerca no era una mera curiositat científica. Alguns dels isòtops dels elements transplutònids podia tindre interès com a material físsil en aplicacions militars i civils de l’energia nuclear, ni que fos a mitjà o llarg termini.

Aquesta recerca l’encapçalà Glenn T. Seaborg, que comptà amb la col•laboració d’Albert Ghiorso i Ralph A. James. De nou, s’era conscient que la recerca es feia sota control militar, i que només en un futur es podria fer pública. La intenció de Seaborg era la de patentar els procediments de síntesi d’aquests elements.

De primer, es treballà en la síntesi de l’element 96. Per fer-ho, bombardaven dianes de plutoni amb partícules alfa en el ciclotró de 60 polsades del Laboratori de Radiació a Berkeley, mentre que al Laboratori Metal•lúrgic de Chicago es ferien els treballs d’identificació química.

Les dianes de plutoni eren preparades de la manera següent. Una solució de nitrat de plutoni (239PuNo3) era abocada damunt d’una làmina de platí de 0,5 cm2. Es deixava evaporar la solució, i el residu era sotmès a anellament, amb la transformació en diòxid de plutoni, deixant-lo preparat per a la irradiació en el ciclotró.

A Chicago, les dianes eren dissoltes en àcid nítric, i després precipitades amb l’addició d’una solució amònica concentrada. El residu era dissolt després en àcid perclòric, i la separació es feia per bescanvi iònic. Hom trobà indicis positius de la síntesi de l’element 96 en 1944.

Entre el final del 1944 i el començament del 1945, treballaren en la síntesi i identificació de l’element 95. En aquesta feina se’ls hi afegí Leon O. Morgan, conegut com “Tom”. En aquest cas, les dianes de plutoni eren bombardades amb neutrons. Els resultats foren també positius.

Era molt probable que no fos la primera vegada que s’havia sintetitzat l’element 95. En experiments anteriors, el plutoni havia estat exposat a fluxos de neutrons. El grup de Seaborg, però, no creia les afirmacions d’Otto Hahn, Lise Meitner i Fritz Strassmann, segons les quals, aquest grup entre 1934 i 1938 hauria trobat traces d’elements transurànids, inclòs l’element 95. Segons Hahn, l’element 95 era l’eka-iridi, és a dir el representant per al període 7 del grup del cobalt. Fet i fet, el desembre del 1938, Hahn havia suggerit que els indicis suposats d’elements transurànids podrien correspondre’s en realitat a elements molt més lleugers, producte de la fissió de l’urani.

Mostra d’hidròxid d’americi, sintetitzat al Radiation Laboratory de Berkeley el 1944

La feina d’aïllament dels elements 95 i 96 no fou gens senzilla. Seaborg ja era conscient que els elements actínids eren més comparables als metalls de terres rares que no pas als metalls de transició. La dificultat va fer que inicialment hom proposés per aquests elements els nom de “pandemonium” i “delírium”.

De l’element 95, aconseguiren la síntesi de quatre isòtops. L’isòtop 241 era el resultat directe de bombardar plutoni amb neutrons. L’isòtop 242 sorgia del bombardament de l’isòtop 241 amb neutrons. A diferència de l’isòtop 241, l’isòtop 242 era de curta semivida (17 hores). Mitjançant altres procediments sintetitzaren els isòtops 239 i 238.

El Projecte Manhattan conclogué amb l’horror de les bombes d’Hiroshima i Nagasaki, el 6 i el 9 d’agost, respectivament, del 1945. El 12 d’agost, es feien públiques, a través del report Smyth, tota una sèrie d’informacions confidencials sobre el projecte, amb la intenció d’accelerar la rendició del Japó que de fet es produí el 15 d’agost.

Si bé el report Smyth havia comunicat la descoberta de l’element 94 (plutoni), feta quatre anys, no informava sobre la síntesi d’elements més pesants. El 6 de novembre del 1945, Glenn T. Seaborg era entrevistat pel programa radiofònic “Quiz Kids”, i un dels joves oïdors li demanà telefònicament s’hi havia descobert durant la guerra cap element transurànid més enllà del neptuni i del plutoni. Seaborg els digué que, efectivament, havien descobert dos transurànids més. La setmana següent, el dia 11, Seaborg en féu la presentació oficial en una trobada de l’American Chemical Society.

Els elements encara romanien sense nom. En una reunió del Grup d’Isòtops Pesant al Laboratori Metal•lúrgic de Chicago, el 5 de març del 1946 Seaborg suggerí de denominar-los d’acord amb els seus homòlegs lantànids. L’homòleg lantànid de l’element 95 era l’europi (Eu), de manera que Seaborg proposa denominar-lo “americium” i simbolitzar-lo amb les inicial “Am”.

El 23 d’agost del 1946, Glenn T. Seaborg, exclusivament amb el seu nom, una patent sobre “l’element 95 i el mètode de produir el dit element”.

En el decurs dels elements sobre la síntesi dels elements transplutònids, James s’havia mogut entre Chicago i Berkeley. En concloure’ls, quedà vinculat al Laboratori de Radiació.

Comptat i debatut, la quantitat d’americi generada no passava d’uns pocs mil•ligrams. Edgar F. Westrum Jr i LeRoy Eyring sintetitzaren en 1951, entre 40 i 200 μg d’americi metàl•lic, a partir de la reducció de AmF3 amb bari en el buit a temperatures de 1400 K. Eren les primeres quantitats significatives d’americi elemental, i amb elles hom va poder determinar algunes propietats bàsiques. Paral•lelament, hom coneixia amb més detall la química d’aquest element, i Werner & Perlman (1951) en descrivien l’estat pentavalent.

Corbes d’elució de tres lantànids (terbi, gadolini, europi) i tres actínids (berqueli, curi, americi) obtingudes en experiments de Thompson, Ghiorso i Seaborg del 1950. Destaca la correspondència dels gràfics de cada parell d’elements, corresponents als grups f9, f7 i f8.

En el 1952, James, Ghiorso i Donald Orth estudiaren la captura electrònica i l’alfa-desintegració del neptuni-235. Ralph A. James les reaccions induïdes amb protons del niobi-93 (1954) i del tori (amb Howard A. Tewes, 1952). Amb Bruno Linder, en el 1959, estudià les seccions transversals de reaccions nuclears de diferents isòmers nuclears. Amb Carleton D. Bingham, els isòmers nuclears del neodimi-141 i del samari-143 (1960).

Assaig atmosfèric del dispositiu termonuclear conegut com a Ivy Mike, realitzat l’1 de novembre del 1952 damunt de l’atol Enewetak (Illes Marshall). Fou la primera explosió termonuclear a gran escala, és a dir una bomba que combinava el procés de fissió nuclear amb el de fusió (bomba d’hidrogen). El dispositiu sencer era de 82 tones. En mostres de la precipitació resultant, hom detectà la presència d’americi (Fields et al., 1956)

En el 1964, James participà en recerques del Radiation Laboratory sobre l’estimació de radiació rebuda per part de la població com a conseqüència d’assajos nuclears, centrada especialment sobre els efectes del radioiode en la tiroides.

James deixà Berkeley per Livermore, on s’havia establert una branca del Laboratori de Radiació, ara anomenat Laboratori Lawrence. També treballà a la Universitat de Califònia en Los Angeles. En el 1971, el Laboratori de Livermore s’independitzà plenament. Ralph A. James hi romangué vinculat fins a la seva mort, el 23 de febrer del 1973, a l’edat de 52 anys.

El 30 d’agost del 1976, el tècnic de la Hanford Plutonium Finishing Plant (Washington), Harold R. McCluskey, de 64 anys, afegia àcid nítric a una columna de separació d’americi per bescanvi iònic situada en l’interior d’una caixa de guants. La reacció provocà una explosió, que trenca el vidre de la caixa. McCluskey fou situat en aïllament en el Dipositiu de Descontaminació d’Emergència i el doctor Bryce Breitenstein el tractà amb un agent quelant (DTPA). Les anàlisis mostraven que McCluskey havia estat exposat a una concentració d’americi-241 500 vegades superior als nivells recomanats. La premsa l’arribà a assenyalar com “l’Home Atòmic”. Cinc mesos després, els seus nivells corporals de radiació s’havien reduït en un 80%, i pogué abandonar la quarantena. De retorn a casa, patí rebuig de part de veïns, de manera que el ministre de la seva església va haver de convèncer els seus feligresos que McCluskey ja no suposava cap perill. McCluskey acompanyà a Breitenstein en algunes conferències sobre el seu cas, bo i insistint sempre que el que havia passat era purament un accident industrial. McCluskey es va morir el 17 d’agost del 1987, a conseqüència d’una malaltia coronària, no relacionada amb l’exposició.

En el 1994, David Charles Hahn, llavors de 17 anys, tingué la pensada de construir un reactor nuclear casolà. Per fer-ho aplegar americi de detectors de fum, però també tori de mantes incandescents, radi de busques de rellotge, triti de visors de fusell, etc. En veure que l’acumulació d’aquest material havia assolit nivells notables de radioactivitat (1000 vegades superiors a la radiació basal), començà a desmantellar el seu experiment, però topà amb la policia, i el juny del 1995, l’EPA declarà la llar familiar un lloc que calia netejar.

L’americi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard de l’americi és de 243 uma, en correspondència a l’isòtop de semivida més llarga (243Am). El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– americi-229 (229Am). Nucli format per 95 protons i 134 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,7 s. Decau a neptuni-225, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou observat per primera vegada per Devaraja et al. (2015).
– americi-231 (231Am; 231,04556 uma). Nucli format per 95 protons i 136 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s. Decau normalment a plutoni-231 (amb emissió d’un positró) o, rarament, a neptuni-227 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– americi-232 (232Am; 232,04659 uma). Nucli format per 95 protons i 137 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 79 s. Decau normalment (98%) a plutoni-232 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a neptuni-228 (2%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o bé entre en fissió espontània (0,069%; amb emissió d’un positró i de diversos productes).
– americi-233 (233Am; 233,04635 uma). Nucli format per 95 protons i 138 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 190 s (3 minuts). Decau bé a plutoni-233 (amb emissió d’un positró) o a neptuni-229 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– americi-234 (234Am; 234,04781uma). Nucli format per 95 protons i 139 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 139 s. Decau normalment (99,95%) a plutoni-234 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a neptuni-230 (0,04%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o entra en fissió espontània (0,0066%; amb emissió d’un positró i de diversos productes).
– americi-235 (235Am; 235,04795 uma). Nucli format per 95 protons i 140 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 590 s (10 minuts). Decau a plutoni-235 (amb emissió d’un positró) o, rarament, a neptuni-231 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– americi-236 (236Am; 236,04958 uma). Nucli format per 95 protons i 141 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 220 s (4 minuts). Decau bé a plutoni-236 (amb emissió d’un positró) o a neptuni-232 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– americi-237 (237Am; 237,05000 uma). Nucli format per 95 protons i 142 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4400 s (73 minuts). Decau normalment (99,97%) a plutoni-237 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,025%), a neptuni-233 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– americi-238 (238Am; 238,05198 uma). Nucli format per 95 protons i 143 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5900 s (98 minuts). Decau normalment a plutó-238 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,0001%), a neptuni-234 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (238mAm) a 2500 keV, que té una semivida de 3,5•10-5 s.
– americi-239 (239Am; 239,0530245 uma). Nucli format per 95 protons i 144 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,28•104 s (12 hores) Decau normalment (99,99%) a plutoni-239 (per captura electrònica) o, alternativament (0,01%), a neptuni-235 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (239mAm) a 2500 keV, que té una semivida de 1,63•10-7 s.
– americi-240 (240Am; 240,055300 uma). Nucli format per 95 protons i 145 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,83•105 s (51 hores). Decau normalment a plutoni-240 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,00019%), a neptuni-236 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– americi-241 (241Am; 241,0568291 uma). Nucli format per 95 protons i 146 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,364•1010 s (432 anys). Decau normalment a neptuni-237 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a tal•li-207 (0,00000000074%; amb emissió d’un nucli de silici-34) o entra en fissió espontània (0,00000000043%; amb emissió de diversos productes). És l’isòtop d’americi més freqüent en residus nuclears. Posseeix un estat metastable (241mAm) a 2200 keV, que té una semivida de 1,2•10-6 s.
– americi-242 (242Am; 242,0595492 uma). Nucli format per 95 protons i 147 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,767•104 s (16 hores). Decau majoritàriament (82,7%) a curi-242 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (17,3%), a plutoni-242 (per captura electrònica). Posseeix dos estats metastables, un a 48,6 keV (242m1Am; que té una semivida de 4,45•109 s, i que decau a l’estat basal (99,54%) o directament a neptuni-238 (0,46%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o entra en fissió espontània (0,000000015%; amb emissió de diversos productes)) i un altre a 2200 keV (242m2Am; que té una semivida de 0,014 s). L’isòmer 242m1Am presenta una massa crítica físsil relativament baixa.
– americi-243 (243Am; 243,0613811 uma). Nucli format per 95 protons i 148 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,326•1011 s (7370 anys). Decau normalment a neptuni-239 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,0000000037%), entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes). És un dels isòtops més freqüents.
– americi-244 (244Am; 244,0642848 uma). Nucli format per 95 protons i 149 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,64•104 s (10 hores). Decau normalment a curi-244 (amb emissió d’un electró). Posseeix un estat metastable (244mAm) a 86,1 keV, que té una semivida de 1600 s. Decau normalment (99,96%) a curi-244 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,0361%), a plutoni-244 (per captura electrònica).
– americi-245 (245Am; 245,066452 uma). Nucli format per 95 protons i 150 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7380 s (2 hores). Decau a curi-245 (amb emissió d’un electró).
– americi-246 (246Am; 246,069775 uma). Nucli format per 95 protons i 151 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2300 s (39 minuts). Decau a curi-246, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastables, un a 30 keV (246m1Am; que té una semivida de 1500 s, i que decau a l’estat basal (0,01%) o directament a curi-246 (99,99%)) i un altre a 2000 keV (246m2Am; que té una semivida de 7,3•10-5 s).
– americi-247 (247Am; 247,07209 uma). Nucli format per 95 protons i 152 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1380 s (23 minuts). Decau a curi-247, amb emissió d’un electró.
– americi-248 (248Am; 248,07575 uma). Nucli format per 95 protons i 153 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 200 s. Decau a curi-248, amb emissió d’un electró.
– americi-249 (249Am; 249,07848 uma). Nucli format per 95 protons i 154 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 60 s. Decau a curi-249, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre d’americi conté 95 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f76s26p67s2. És classificat entre els actínids, és a dir entre els elements del període 7 del bloc f. Se’l pot considerar dins del grup f7, el lantànid del qual seria l’europi. És comptat entre els metalls radioactius sintètics. L’estat d’oxidació més habitual és +3, encara que també el podem trobar amb +8, +7, +6, +5, +4, +2 i 0. El radi atòmic és de 1,73•10-10 m.

Micrografia d’una petita peça metàl•lica d’americi-241

En condicions estàndards de pressió i temperatura, l’americi es presenta com un sòlid metàl•lic de llustre blanc argentí. Se n’han descrit diversos al•lòtrops:
– alfa-americi (α-Am; fase I): és l’al•lòtrop estable en condicions estàndards. Cristal•litza en un sistema hexagonal, amb una densitat de 12000 kg•m-3. Sotmès a una pressió de 5 GPa transiciona a β-Am.
– beta-americi (β-Am; fase II). Cristal•litza en un sistema cúbic centrat en les cares. Sotmès a una pressió de 23 GPa transiciona a γ-Am.
– gamma-americi (γ-Am; fase III). Cristal•litza en un sistema ortoròmbic.

Algunes propietats de l’americi (resistivitat elèctrica, etc.) resulten afectades pel deteriorament de xarxa cristal•lina per la radioactivitat, especialment a temperatures baixes. L’americi és paramagnètic en un ample ventall de temperatures i pressions.

En condicions estàndards de pressió, l’americi fon a 1449 K i bulliria a 2880 K.

Exposat a l’aire, l’americi metàl•lic s’enfosqueix progressivament, ja que reacciona fàcilment amb l’oxigen. Es dissol bé en àcids (clorhídric, etc.).

Solucions d’americi (III) (esquerra) i d’americi (IV) dreta

En solució aquosa el podem trobar en diferents estats d’oxidació: Am3+ (incolor, groc, roig; pics d’absorció a 504 i 811 nm), Am4+ (groc, roig; pics d’absorció a 514 i 715 nm), AmVO2+ (groc), AmVIO22+ (bru; pics d’absorció a 666 i 992 nm), AmVIIO65- (verd fosc).

Entre els compostos químics d’americi trobem:
– òxids: AmO, Am2O3 (sòlid de color roig-bru), AmO2 (sòlid de color negre; densitat de 11680 kg•m-3).
– halurs: AmF4 (sòlid de color rosa pàlid), AmF3 (sòlid de color rosa), AmCl3 (sòlid de color rosa; 5870 kg•m-3), AmCl2 (sòlid de color negre), AmBr3 (sòlid de color groc pàlid), AmBr2 (sòlid de color negre), AmI3 (sòlid de color groc pàlid), AmI2 (sòlid de color negre).
– oxihalurs: AmOCl, AmO2F2.
– sulfur: AmS2.
– seleniürs: AmSe2, Am3Se4.
– tel•luriürs: Am2Te3, AmTe2.
– silicurs: AmSi (sòlid de color negre), AmSix (sòlid de llustre argentí).
– borurs: AmB4, AmB6.
– oxalat: Am2(C2O4)3•7H2O.
– compostos organoamericis.

Hom no ha detectat americi d’origen natural, per bé que teòricament se’n podria produir per diversos processos en certes condicions, a partir del bombardament de nuclis de plutoni amb neutrons i similars.

Si hi hagué una dotació primordial d’americi a la Terra, aquesta s’hauria perdut ben aviat, car l’isòtop més estable, l’americi-243, té una semivida de poc més de 7000 anys. És possible que en reactors nuclears naturals de fissió com el d’Oklo (actiu fa 1700 milions d’anys) es formessin algunes quantitats d’americi, avui ja extingides.

Gairebé la totalitat de l’americi present en mostres ambientals és atribuïble als assaigs d’armes nuclears fets entre 1945 i 1980 i a accidents en centrals nuclears, i així doncs és més freqüent en aquestes localitats. Hom el detecta en la trinitita, residu sòlid resultant d’explosions de bombes de plutoni. També hi ha quantitats notables en la localitat de Kalaallit Nunnaat on s’estavellà on B-52 que carregava quatre bombes d’hidrogen (1968). De mitjana, la radioactivitat del sòl atribuïble a l’americi és de l’ordre de 0,37 mBq/g. Els compostos d’americi són poc solubles, de manera que es troben fins a 2000 vegades més concentrats en l’interior de les partícules del sòl que no pas en l’aigua intersticial.

L’americi i els seus compostos són materials altament radioactius. Si bé, n’hi hauria prou amb proteccions relativament senzilles per protegir-se de l’alfa-radiació poc penetrant dels isòtops d’americi, cal comptar amb la radiació gamma que emeten els seus isòtops fills.

En cas d’ingesta accidental, tan sols s’absorbiria un 0,05% d’americi. De l’americi absorbit, però, tan sols un 10% és excretat en pocs dies, mentre s’acumula en el fetge (45%) i en els ossos (45%). La semivida biològica en els ossos és de 50 anys, mentre que en el fetge seria de 20 anys; en teixit gonadal hi romandria de manera permanent.

Aplicacions de l’americi

Isòtops presents en el combustible nuclear d’un reactor d’aigua lleugera (LWR)

En una tona de combustible nuclear gastat, hi ha uns 100 grams d’americi, bàsicament 241Am i, en menor mesura, 243Am. En el reprocessament nuclear, seria ideal de transmutar aquests isòtops, de llarga semivida, en d’altres de menys perdurables a través del bombardament amb neutrons. El desenvolupament de les tècniques de separació i transmutació d’americi, però, encara es troba en curs.

El combustible nuclear gastat és dissolt en àcid nítric, i s’hi fa una extracció d’urani i plutoni amb tributil-fosfat. El residu aquós resultant (refinat) és sotmès a una extracció de diamida, i els compostos d’americi poden ser recuperats mitjançant tècniques cromatografies i de centrifugació.

Així, l’americi bàsicament apareix com un subproducte insuficientment utilitzat del reprocessament nuclear. El cost d’americi-241 ronda els 1500 $/g, mentre que el d’americi-243 és cent vegades més elevat.

Hom pot produir també americi-241 a partir del plutoni-241 (present en el residu nuclear a concentracions del 12%), però es tracta d’un procés lent.

A partir de l’americi-241 és possible la síntesi d’americi-242 mitjançant el bombardament neutrònic en un reactor nuclear.

De l’AmF3 o d’altres compostos es pot obtindre, mitjançant reducció, americi metàl•lic. Per exemple, l’AmF3 pot ser reduït amb bari elemental, mentre que l’AmO2 es pot reduir amb lantà o tori.

L’americi és l’únic element sintètic que té una aplicació comercial ben estesa, la dels detectors de fum. El detector de fum més habitual, de fet, és el detector de fum d’americi.

Peça d’americi-241 utilitzada en un detector de fum

L’americi-241 és utilitzat en el detector de fum com a emissor de radiacions ionitzants (partícules alfa). El fum interferiria en la ionització de l’aire per part del dispositiu d’americi-241, i això es detectat elèctricament, fent sonar l’alarma corresponent. L’americi-241 supera al radi-226 (també utilitzat en aquesta explicació) ja que emet menys radiació gamma i és molt més potent (cinc vegades) en les emissions alfa. Els detectors de fum òptics són més cars i més poc precisos que els d’americi.

Detector de fum

Típicament, un detector de fum conté 0,28 μg d’americi-241 (37 kBq). Progressivament, l’americi-241 decau a neptuni-237, que s’acumula progressivament. Mentre la semivida de l’americi-241 és de 432 anys, la del neptuni-237 és de més de 2 milions d’anys. Així, després de 19 anys, de funcionament, un 3% de l’americi ha decaigut a neptuni, i després de 32 aquest proporció ja és del 5%.

L’americi-241 ha estat considerat en el disseny de generadors termoelèctrics per a cosmonaus, com a alternativa al plutoni-238. L’americi-241, amb un rendiment de 114,7 mW/g, és menys potent que el plutoni-238. L’americi-243, més potent, és però més perillós quant a les radiacions de neutrons.

L’isòmer 242m1Am ha rebut interès pel fet d’ésser físsil, amb una massa crítica relativament baixa. En el 2000, Ygal Ronen i E. Shwageraus pensaren en la possibilitat de fer servir làmines d’aquest material com a propulsor nuclear de cohets. Una bateria de 3,2 kg de 242m1Am forniria 140 kW durant 80 dies. Aquestes aplicacions, però, no seran factibles si no hi ha una reducció dels costos de producció de 242m1Am.

Les fonts de neutrons d’americi-beril•li (241AmBe) es basen en la fusió dels nuclis d’heli emesos per l’americi-241 amb el beril•li, amb formació de carboni-12 i emissió d’un neutró. Hom fa servir aquestes fonts de neutrons en dispositius de monitorització del grau d’humitat de materials (en agronomia, en construcció, etc.).

Algunes fonts de raigs gamma fan servir americi-241, en radiografia industrial i espectroscòpia de fluorescència de raigs X. Històricament, algunes d’aquestes fonts foren utilitzades en gammagrafies de glàndules tiroides.

L’americi-241 és utilitzat com a precursor d’altres isòtops d’americi (242Am, 243Am, 244Am) i d’elements transplutònics (242Cm, 244Cm, 243Bk, 247Es, 260Db, etc.).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: