Promethium

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Eigenschaften
[Xe] 4f5 6s2 61 Pm Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Promethium, Pm, 61
Serie	Lanthanoide
Gruppe, Periode, Block	La, 6, f
Aussehen	metallisch
CAS-Nummer	7440-12-2
Massenanteil an der Erdhülle	1,5 · 10−15 ppm[1]
Atomar
Atommasse	(147Pm) 146,9151 u
Kovalenter Radius	164 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f5 6s2
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 23 ,8, 2
1. Ionisierungsenergie	540 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1050 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2150 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	Hexagonal
Dichte	7,22 g/cm3[1]
Schmelzpunkt	1373 K (1100 °C)
Siedepunkt	3273 K (3000 °C)
Molares Volumen	20,10 · 10-6[1] m3/mol
Schmelzwärme	86,7 kJ/mol
Spezifische Wärmekapazität	180 J/(kg · K)
Wärmeleitfähigkeit	17,9 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	3
Normalpotential	−2,423 V (Pm3+ + 3e− → Pm)[1]
Elektronegativität	1,13 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP 143Pm {syn.} 265 d ε 1,041 143Nd 144Pm {syn.} 363 d ε 2,332 144Nd 145Pm {syn.} 17,7 a ε 2,322 145Nd α 0,163 141Pr 146Pm {syn.} 5,53 a ε 1,472 146Nd β− 1,542 146Sm 147Pm in Spuren % 2,6234 a β− 0,224 147Sm 148Pm {syn.} 5,370 d β− 2,468 148Sm 149Pm {syn.} 53,08 h β− 1,071 149Sm
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [2] keine Einstufung verfügbar R- und S-Sätze R: siehe oben S: siehe oben
weitere Sicherheitshinweise
Radioaktivität
Radioaktives Element
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Promethium (von Prometheus, einem Titanen der griechischen Mythologie) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Pm und der Ordnungszahl 61. Es gehört zu den Lanthanoiden und damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden.

Alle Promethium-Isotope sind radioaktiv, das heißt, sämtliche Atomkerne, die 61 Protonen enthalten, sind instabil und zerfallen. Promethium und das leichtere Technetium (43) sind die einzigen Elemente mit kleinerer Ordnungszahl als Bismut (83), die diese Eigenschaft besitzen.

Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Vorkommen 3 Eigenschaften 3.1 Physikalische Eigenschaften 3.2 Chemische Eigenschaften 4 Verwendung 5 Verbindungen 5.1 Oxide 5.2 Halogenide 6 Einzelnachweise 7 Literatur 8 Weblinks

[Bearbeiten] Geschichte

Die Existenz des „Elements 61“ wurde 1902 vorhergesagt. Es wurde 1945 im Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA) von Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin und Charles D. Coryell als Spaltprodukt des Urans entdeckt.^[3][4] Den Namen Promethium wählten sie in Anlehnung an den griechischen Titanen Prometheus, der den Menschen das Feuer brachte und so den Zorn der Götter erweckte. Dies war als Warnung an die Menschheit gedacht, die zu diesem Zeitpunkt mit dem nuklearen Wettrüsten begann.

1963 konnte Fritz Weigel erstmals metallisches Promethium durch Erhitzen von Promethium(III)-fluorid (PmF₃) mit Lithium im Tantal-Tiegel herstellen.^[5]

[Bearbeiten] Vorkommen

Obwohl Promethium eine kleinere Kernladungszahl als Blei besitzt, existieren fast nur künstlich hergestellte, radioaktive Isotope der Massenzahlen 141 bis 156 mit Halbwertszeiten von maximal 17,7 Jahren (für ¹⁴⁵Pm). Promethium entsteht zum Beispiel bei Kernspaltungsprozessen. Auch wurde Promethium im Emissionsspektrum des Sterns GY Andromedae nachgewiesen.^[6]

[Bearbeiten] Eigenschaften

[Bearbeiten] Physikalische Eigenschaften

Da das Isotop ¹⁴⁷Pm künstlich als Spaltprodukt in wägbaren Mengen gewonnen werden kann, ist es möglich, die Eigenschaften recht gut zu untersuchen. Als Metall ist es ein typischer Vertreter der Lanthanoide. Das silberweiße, relativ weiche Metall wird an der Luft recht rasch oxidiert und reagiert langsam mit Wasser.

[Bearbeiten] Chemische Eigenschaften

In wässriger Lösung kommt es nur als positiv dreiwertiges Ion vor. Die Lösungen sind violettstichig rosa gefärbt. Es bildet unter anderem ein schwerlösliches Fluorid, Oxalat und Carbonat.

[Bearbeiten] Verwendung

Aufgrund der kurzlebigen Isotope und der sehr geringen Verfügbarkeit findet dieses Element nur in kleinsten Mengen technische Verwendung. Die Nuklide ¹⁴⁶Pm und ¹⁴⁷Pm werden als anregender Betastrahler in Leuchtziffern von Uhren und in Kaltlichtquellen von Signalanlagen verwendet.

Außerdem wird die Betastrahlung des Promethiums zur radiometrischen Dickenmessung und Füllstandsmessung herangezogen.

In der Raumfahrt werden kleine Radionuklidbatterien mit Promethium verwendet.

[Bearbeiten] Verbindungen

[Bearbeiten] Oxide

Promethium(III)-oxid (Pm₂O₃) besitzt drei verschiedene Modifikationen: eine hexagonale A-Form (violettbraun), eine monokline B-Form (violettrosa) und eine kubische C-Form (korallenrot). Der Schmelzpunkt beträgt 2130 °C.^[7][8]

[Bearbeiten] Halogenide

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

• Promethium(III)-fluorid (PmF₃) ist in Wasser schwerlöslich; man erhält es aus einer salpetersauren Pm³⁺-Lösung durch Zugabe von HF-Lösung, der Niederschlag besitzt eine blassrosa Farbe.^[9] Der Schmelzpunkt der wasserfreien Verbindung beträgt 1338 °C.^[10] Wird PmF₃·x H₂O erhitzt, dann entsteht Promethium(III)-oxifluorid (PmOF), das violettrosa gefärbt ist.^[11][12]

• Promethium(III)-chlorid (PmCl₃) ist violett und hat einen Schmelzpunkt von 655 °C.^[10] Wird PmCl₃ in Gegenwart von H₂O erhitzt, so erhält man das blassrosa gefärbte Promethium(III)-oxichlorid (PmOCl).^[13][14]

• Promethium(III)-bromid (PmBr₃) entsteht aus Pm₂O₃ durch Erhitzen im trockenen HBr-Strom.^[15][16] Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 660 °C.^[10]

• Promethium(III)-iodid (PmI₃) ist nicht aus Pm₂O₃ durch Reaktion mit HI-H₂-Gemischen darstellbar, es bildet sich stattdessen Promethium(III)-oxiiodid (PmOI). Durch Reaktion von Pm₂O₃ mit geschmolzenem AlI₃ bei 500 °C entsteht das gewünschte Produkt.^[17][18] Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 695 °C.^[10]

[Bearbeiten] Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d} Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, S. 487–491.
2. ↑ In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
3. ↑ Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Charles D. Coryell: "The Chemical Identification of Radioisotopes of Neodymium and of Element 61", in: J. Am. Chem. Soc. 1947, 69 (11), 2781–2785; doi:10.1021/ja01203a059.
4. ↑ : Discovery of Promethium. In: ORNL Review. 36, Nr. 1, 2003.
5. ↑ Fritz Weigel: "Darstellung von metallischem Promethium", in: Angewandte Chemie 1963, 75 (10), 451–451; doi:10.1002/ange.19630751009.
6. ↑ M. F. Aller: "Promethium in the star HR 465", in: Sky & Telescope 1971, 41, 220–222.
7. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 591–594.
8. ↑ Gmelin, 39 C 1, S. 312–313.
9. ↑ Gmelin, 39 C 3, S. 194.
10. ↑ ^{a b c d} Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1942.
11. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 588.
12. ↑ Gmelin, 39 C 3, S. 257.
13. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 588–589.
14. ↑ Gmelin, 39 C 5, S. 31.
15. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 590.
16. ↑ Gmelin, 39 C 6, S. 61–62.
17. ↑ Weigel: "Chemie des Promethiums", S. 591.
18. ↑ Gmelin, 39 C 6, S. 192.

[Bearbeiten] Literatur

• Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 39:
  • Teil B 1, S. 1–16, 119, 144–145, 158, 184
  • Teil B 2, S. 46, 94–96, 149, 215
  • Teil B 3, S. 69, 74–75
  • Teil B 5, S. 131–145
  • Teil B 6, S. 131–133, 156, 160
  • Teil B 7, S. 193
  • Teil C 1, S. 312–313
  • Teil C 2, S. 56–57, 261
  • Teil C 3, S. 194, 257
  • Teil C 5, S. 31
  • Teil C 6, S. 61–62, 192
• Fritz Weigel: "Chemie des Promethiums", in: Fortschr. Chem. Forsch. 1969, 12 (4), 539–621; Link.
• Römpp Lexikon Chemie, Band 5, 1996, 10. Auflage, S. 3566–3567.
• David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86. Auflage. Taylor & Francis, 2005, ISBN 978-0-8493-0486-6. , S. 4-29.
• Comprehensive Inorganic Chemistry, The Lanthanides, S. 42–44.
• Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9.
• Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
• James E. Huheey: Anorganische Chemie, 1. Auflage, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6.

[Bearbeiten] Weblinks

• Periodensystem für den Schulgebrauch - Promethium (Namensgebung, Entdeckung)