Prometio

El prometio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Pm y su número atómico es 61. Algún tiempo se le denominó ilinio (por Illinois). Aunque, tras la observación de ciertas líneas espectrales, algunos científicos han reclamado haber descubierto este elemento en la naturaleza, nadie ha podido aislarlo de sustancias naturales.

neodimio ← Prometio → Samario
 
 
61		 Pm
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completa • Tabla ampliada
Información general
Nombre, símbolo, número Prometio, Pm, 61
Serie química Lantánidos
Grupo, período, bloque -, 6, f
Masa atómica 145 u
Configuración electrónica [Xe] 4f5 6s2
Dureza Mohs sin datos
Electrones por nivel 2, 8, 18, 23, 8, 2 (imagen)
Apariencia metálico
Propiedades atómicas
Radio medio 185 pm
Electronegatividad 1,13 (escala de Pauling)
Radio atómico (calc) 205 pm (radio de Bohr)
Estado(s) de oxidación 3
Óxido Levemente básico
1.ª energía de ionización 540 kJ/mol
2.ª energía de ionización 1050 kJ/mol
3.ª energía de ionización 2150 kJ/mol
4.ª energía de ionización 3970 kJ/mol
Líneas espectrales
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 7264 kg/m3
Punto de fusión 1315 K (1042 °C)
Punto de ebullición 3273 K (3000 °C)
Entalpía de fusión 86,7 kJ/mol
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
Calor específico 180 J/(K·kg)
Conductividad térmica 17,9 W/(K·m)
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del prometio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
145PmSintético17,7 aε0,163145Nd
146PmSintético5,53 aε

β-		1,472

1,542		146Nd

146Sm
147PmSintético2,6234 aβ-0,224147Sm
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

En 1902 Bohuslav Brauner sugirió que había un elemento entonces desconocido con propiedades intermedias entre las de los elementos conocidos neodimio (60) y samario (62); esto fue confirmado en 1914 por Henry Moseley, quien, habiendo medido los números atómicos de todos los elementos entonces conocidos, encontró que faltaba el número atómico 61. En 1926, dos grupos (uno italiano y otro estadounidense) afirmaron haber aislado una muestra del elemento 61; pronto se demostró que ambos "descubrimientos" eran falsos. En 1938, durante un experimento nuclear realizado en la Universidad Estatal de Ohio, se produjeron algunos nucleidos radiactivos que ciertamente no eran radioisótopos de neodimio o samario, pero faltaba una prueba química de que se produjo el elemento 61, y el descubrimiento no fue generalmente reconocido. El prometio se produjo y caracterizó por primera vez en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en 1945 mediante la separación y el análisis de los productos de fisión del combustible de uranio irradiado en un reactor de grafito. Los descubridores propusieron el nombre "prometeo" (la ortografía se cambió posteriormente), derivado de Prometeo, el titán de la mitología griega que robó el fuego del monte Olimpo y se lo llevó a los humanos, para simbolizar "tanto la audacia como la posible mal uso del intelecto de la humanidad". Sin embargo, una muestra del metal se hizo solo en 1963.

Hay dos posibles fuentes de prometio natural: desintegración alfa rara de europio-151 natural (que produce prometio-147) y fisión espontánea de uranio (varios isótopos). Existen aplicaciones prácticas solo para los compuestos químicos de prometio-147, que se utilizan en pintura luminosa, baterías atómicas y dispositivos de medición de espesor, aunque el prometio-145 es el isótopo de prometio más estable. Debido a que el prometio natural es extremadamente escaso, normalmente se sintetiza bombardeando uranio-235 (uranio enriquecido) con neutrones térmicos para producir prometio-147 como un producto de fisión.

Historia

En 1902, Brauner predijo la existencia de este elemento. Diversos grupos adujeron haberlo obtenido, pero -debido a la dificultad para separar el prometio de otros elementos- no pudieron confirmar tales descubrimientos. Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin y Charles D. Coryell, en 1944, probaron la existencia del prometio.

Demasiado ocupados con las investigaciones relacionadas con la defensa durante la segunda guerra mundial, no reivindicaron su descubrimiento hasta 1947. Lo obtuvieron analizando subproductos de la fisión del uranio generados en un reactor nuclear situado en los laboratorios Clinton, en Tennessee.[1][2]

  • Jacob A. Marinsky
    Jacob A. Marinsky
  • Lawrence E. Glendenin
    Lawrence E. Glendenin
  • Charles D. Coryell
    Charles D. Coryell

Propiedades

Propiedades físicas

Un átomo de prometio tiene 61 electrones, dispuestos en la configuración [Xe] 4f5 6s 2.[3] Al formar compuestos, el átomo pierde sus dos electrones más externos y uno de los electrones 4f, que pertenece a un subcapa abierta. El radio atómico del elemento es el segundo más grande entre todos los lantánidos, pero es solo un poco mayor que el de los elementos vecinos.[3] Es la excepción más notable a la tendencia general de la contracción de los átomos de lantánidos con el aumento de sus números atómicos.[4] Muchas propiedades del prometio dependen de su posición entre los lantánidos y son intermedias entre las del neodimio y el samario. Por ejemplo, el punto de fusión, las tres primeras energías de ionización y la energía de hidratación son mayores que las del neodimio y menores que las del samario;[3] de manera similar, la estimación del punto de ebullición, iónico ( el radio Pm3+) y el calor estándar de formación del gas monoatómico son mayores que los del samario y menores que los del neodimio.[3]

El prometio tiene una estructura doble hexagonal compacta (dhcp) y una dureza de 63 kg/mm2.[5] Este la forma alfa de baja temperatura se convierte en una fase beta, cúbica centrada en el cuerpo (bcc) al calentarse a 890 °C.[6]

Propiedades y compuestos químicos

El prometio pertenece al grupo del cerio de los lantánidos y es químicamente muy similar a los elementos vecinos.[7] Debido a su inestabilidad, los estudios químicos del prometio están incompletos. Aunque se han sintetizado algunos compuestos, no están completamente estudiados; en general, tienden a ser de color rosa o rojo.[8][9] El tratamiento de soluciones ácidas que contienen iones Pm3+ con amoníaco da como resultado un sedimento gelatinoso de hidróxido de color marrón claro, Pm(OH)3, que es insoluble en agua.[10] Cuando se disuelve en ácido clorhídrico, se produce una sal amarilla soluble en agua, PmCl3;[10] de manera similar, cuando se disuelve en ácido nítrico, resulta un nitrato, Pm(NO3)3. Este último también es bien soluble; cuando se seca, forma cristales rosados, similares a Nd(NO3)3.[10] La configuración electrónica para Pm3+ es [Xe] 4f4, y el color del ion es rosa. El símbolo del término del estado fundamental es 5I4.[11] El sulfato es ligeramente soluble, como los demás sulfatos del grupo del cerio. Se han calculado los parámetros de la celda para su octahidrato; llevan a la conclusión de que la densidad de Pm2(SO4)3·8 H2O es 2,86 g/cm3.[12] El oxalato, Pm2(C2O4)3·10 H2O, tiene la solubilidad más baja de todos los oxalatos de lantánidos.[13]

A diferencia del nitrato, el óxido de prometio es similar a la sal de samario correspondiente y no a la sal de neodimio. Tal como se sintetiza, p. al calentar el oxalato, se convierte en un polvo de color blanco o lavanda con estructura desordenada.[10] Este polvo cristaliza en una red cúbica al calentarlo a 600 °C. El recocido adicional a 800 °C y luego a 1750 °C lo transforma irreversiblemente en las fases monoclínica y hexagonal, respectivamente, y las dos últimas fases se pueden interconvertir ajustando el tiempo de recocido y temperatura.[14]

Fórmula simetría grupo espacial No símbolo Pearson a (pm) b (pm) c (pm) Z densidad,
g/cm3
α-Pm dhcp[5][6] P63/mmc 194 hP4 365 365 1165 4 7.26
β-Pm bcc[6] Fm3m 225 cF4 410 410 410 4 6.99
Pm2O3 cúbica[14] Ia3 206 cI80 1099 1099 1099 16 6.77
Pm2O3 monoclinico[14] C2/m 12 mS30 1422 365 891 6 7.40
Pm2O3 hexagonal[14] P3m1 164 hP5 380.2 380.2 595.4 1 7.53

El prometio forma solo un estado de oxidación estable, +3, en forma de iones; esto está en línea con otros lantánidos. Según su posición en la tabla periódica, no se puede esperar que el elemento forme estados de oxidación estables +4 o +2; el tratamiento de compuestos químicos que contienen iones Pm3+ con agentes oxidantes o reductores fuertes mostró que el ion no se oxida ni se reduce fácilmente.[7]

Haluros de prometio[15]
Fórmula color número de
coordinación		 simetría grupo espacial No Símbolo Pearson p.f. (°C)
PmF3 violeta-rosado 11 hexagonal P3c1 165 hP24 1338
PmCl3 Lavanda 9 hexagonal P63/mc 176 hP8 655
PmBr3 Rojo 8 ortorómbico Cmcm 63 oS16 624
α-PmI3 Rojo 8 ortorómbico Cmcm 63 oS16 α→β
β-PmI3 Rojo 6 rombohedral R3 148 hR24 695

Isótopos

El prometio es el único lantánido y uno de los dos únicos elementos entre los primeros 83 que no tiene isótopos estables o de larga vida (primordial). Esto es el resultado de un efecto que rara vez ocurre del modelo de gota líquida y estabilidades de isótopos de elementos vecinos; también es el elemento menos estable de los primeros 84. Los principales productos de descomposición son los isótopos de neodimio y samario (el prometio-146 se descompone en ambos, los isótopos más ligeros generalmente en neodimio a través de la desintegración de positrones y la captura de electrones, y los isótopos más pesados al samario a través de la desintegración beta). Los isómeros nucleares de prometio pueden descomponerse en otros isótopos de prometio y un isótopo (145Pm) tiene un modo de descomposición alfa muy poco común a praseodimio-141 estable.

El isótopo más estable del elemento es el prometio-145, que tiene una actividad específica de 940 Ci/g (?? TBq/g) y una vida media de 17,7  años mediante captura de electrones.[16] Porque tiene 84 neutrones (dos más de 82, que es un número mágico que corresponde a una configuración de neutrones estable), puede emitir una partícula alfa (que tiene 2 neutrones) para formar praseodimio-141 con 82 neutrones. Por lo tanto, es el único isótopo de prometio con una desintegración alfa observada experimentalmente.[17] Su vida media parcial para la descomposición alfa es de aproximadamente 6,3×109 años, y la probabilidad relativa de que un núcleo de 145Pm se desintegre de esta manera es 2,8×10-7 %. Varios otros isótopos de prometio como 144Pm, 146Pm y 147Pm también tienen una liberación de energía positiva para la descomposición alfa; se predice que ocurrirán sus desintegraciones alfa, pero no se han observado.

El elemento también tiene 18 isómeros nucleares, con número de masa de 133 a 142, 144, 148, 149, 152 y 154 (algunos números de masa tienen más de un isómero). El más estable de ellos es el prometio-148m, con una vida media de 43,1 días; esto es más largo que las vidas medias de los estados básicos de todos los isótopos de prometio, excepto del prometio-143 a 147. De hecho, el prometio-148m tiene una vida media más larga que su estado fundamental, el prometio-148.

Origen

Se genera artificialmente en reactores nucleares, ya que es uno de los elementos resultantes de la fisión del uranio, del torio y del plutonio. Todos los isótopos conocidos son radiactivos. Se utilizan principalmente en investigación con trazadores. La vida media del isótopo más estable del prometio, el 145Pm, es de 17,7 años. Mediante captura electrónica decae en 145Nd.

Actualmente el prometio se recupera todavía de subproductos de la fisión del uranio. También se puede producir mediante bombardeo de 146Nd con neutrones. Por captura de un neutrón, este núclido se transforma en 147Nd (cuya vida media es de 11 días), que por emisión de una partícula beta se transmuta en 147Pm. Aunque en la Tierra no existe naturalmente, se ha detectado en el espectro de una estrella de la constelación de Andrómeda.

Aplicaciones

Su aplicación principal es en la industria de sustancias fosforescentes. También se usa en fabricación de calibradores de aberturas y en baterías nucleares empleadas en aplicaciones exoespaciales (espacio exterior).

El prometio se podría aprovechar para elaboración de una batería que funcione con energía nuclear, que usaría las partículas beta emitidas por la transmutación del prometio para propiciar que una substancia fosforescente emitiera luz, que a su vez mediante un dispositivo similar a un panel solar se convertiría luego en electricidad. Se estima que este tipo de batería podría suministrar energía durante cinco años.[cita requerida]

Así mismo, el prometio se podría usar:[cita requerida]

  • Como fuente portátil de rayos X
  • En generadores termoeléctricos de radioisótopos para suministrar electricidad a sondas exoespaciales (espacio exterior) y satélites
  • Como fuente radioactiva para instrumentos de medición de espesores;
  • Para elaborar láseres destinados a comunicación con submarinos en su ámbito habitual (sumergidos).

Referencias
  1. 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.
  2. «Discovery of Promethium». ORNL Review 36 (1). 2003. Archivado desde el original el 6 de julio de 2015. Consultado el 17 de septiembre de 2006..
  3. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 1233. ISBN 978-0-08-037941-8.
  4. Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988), Advanced Inorganic Chemistry (5th ed.), New York: Wiley-Interscience, pp. 776, 955, ISBN 0-471-84997-9
  5. Pallmer, P. G.; Chikalla, T. D. (1971). «The crystal structure of promethium». Journal of the Less Common Metals 24 (3): 233. doi:10.1016/0022-5088(71)90101-9.
  6. Gschneidner Jr., K.A. (2005). «Physical Properties of the rare earth metals». En Lide, D. R., ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th edición). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0486-6. Consultado el 20 de junio de 2012.
  7. Lavrukhina y Pozdnyakov, 1966, p. 120.
  8. Emsley, 2011, p. 429.
  9. /prometio prometio. Encyclopædia Britannica Online
  10. Lavrukhina y Pozdnyakov, 1966, p. 121.
  11. Aspinall, H. C. (2001). Química de los elementos del bloque f. Gordon & Breach. p. 34, Table 2.1. ISBN 978-9056993337.
  12. Lavrukhina y Pozdnyakov, 1966, p. 122.
  13. Lavrukhina y Pozdnyakov , 1966, p. 123.
  14. Chikalla, T. D.; McNeilly, C. E.; Roberts, F. P. (1972). «Polymorphic Modifications of Pm2O3». Journal of the American Ceramic Society 55 (8): 428. doi:10.1111/j.1151-2916.1972.tb11329.x.
  15. Cotton, Simon (2006). Lanthanide And Actinide Chemistry. John Wiley & Sons. p. 117. ISBN 978-0-470-01006-8.
  16. Hammond, C. R. (2011). «Prometium in "The Elements"». En Haynes, William M., ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd edición). CRC Press. p. 4.28. ISBN 978-1439855119.
  17. Lavrukhina y Pozdnyakov, 1966, p. 114.

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