プロメチウム

プロメチウム: promethium [proʊˈmiːθiəm])は、原子番号61の元素元素記号Pm希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。安定同位体は存在しない。発見された同位体の中で最も半減期が長いのは、プロメチウム145の17.7年。ウラン核分裂生成物よりマクロの量で得られているのはプロメチウム147である[2][3]

ネオジム プロメチウム サマリウム
-

Pm

Np
61Pm
外見
銀白色
一般特性
名称, 記号, 番号 プロメチウム, Pm, 61
分類 ランタノイド
, 周期, ブロック n/a, 6, f
原子量 [145]
電子配置 [Xe] 4f5 6s2
電子殻 2, 8, 18, 23, 8, 2(画像)
物理特性
固体
密度室温付近) 7.26 g/cm3
融点 1,315 K, 1,042 °C, 1,908 °F
沸点 3,273 K, 3,000 °C, 5,432 °F
融解熱 7.13 kJ/mol
蒸発熱 289 kJ/mol
原子特性
酸化数 3(弱塩基性酸化物
電気陰性度 ? 1.13(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 540 kJ/mol
第2: 1,050 kJ/mol
第3: 2,150 kJ/mol
原子半径 183 pm
共有結合半径 199 pm
その他
結晶構造 六方晶系
磁性 常磁性[1]
電気抵抗率 (r.t.) est. 0.75 µΩ·m
熱伝導率 (300 K) 17.9 W/(m·K)
熱膨張率 (r.t.) (α, poly) est. 11 µm/(m·K)
ヤング率 (α form) est. 46 GPa
剛性率 (α form) est. 18 GPa
体積弾性率 (α form) est. 33 GPa
ポアソン比 (α form) est. 0.28
CAS登録番号 7440-12-2
主な同位体
詳細はプロメチウムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
145Pm syn 17.7 y ε 0.163 145Nd
146Pm syn 5.53 y ε 1.472 146Nd
β 1.542 146Sm
147Pm trace 2.6234 y β 0.224 147Sm

名称

プロメチウムという元素名はギリシャ神話に登場するプロメテウス(人類に火を伝えたとされる)にちなんで名付けられた[4]

性質

銀白色の金属で、常温、常圧で安定な結晶構造は、複六方最密充填構造(ABACスタッキング)。比重は7.2で、融点は1,168 °C沸点は2,460 °C。原子価は 4f4 の電子配置をとる3価が安定で、水和イオン Pm3+ aq は淡紅色である。物理的、化学的性質は不明な部分が多い。

放射性があるため、青白色~緑色の蛍光を放出するという性質がある[4]。このためプロメチウム147は夜光塗料(→時計の文字盤などに利用)に添加され発光の元として利用されていた(安全性が問題になり、現在では日本国内では使われていない)。他に、蛍光灯グロー放電管にも利用される。

また、シリコンなどの半導体に挟み、放出されるβ線エネルギーを電気エネルギーに変換する原子力電池の素材としての用途が考えられている[2]

歴史

1902年にチェコの化学者ブラウナー(Bohuslav Brauner)がネオジムとサマリウムの間の原子量の差が当時知られていた全ランタノイド中最大であることを発見し、この2元素の間に両者の中間的な性質を持った未発見の新元素がある可能性を示唆した[5]。 1913年に英国の物理学者モーズリーが原子番号が原子核中の正電荷(=陽子の数)に対応していることを発見(モーズリーの法則)し、これに伴ってそれまで原子量の順に配列されていた周期表が、正しく原子番号順の配置に改められた。 これによって、モリブデンとルテニウムの間の43番元素(テクネチウム)およびネオジムとサマリウムの間の61番元素(プロメチウム)その他が未発見であることが明確になった。しかし両元素とも知られている全ての核種が放射性で不安定であったため、その後発見されるまで時間がかかった。

いくつかの発見の報があるが、確実と思われるのは、1947年にマリンスキー(J. A. Marinsky)、グレンデニン(L. E. Glendinin)、コリエル(C. D. Coryell)等がウラン235の核分裂生成物中からイオン交換法を用いて、プロメチウム147、149を分離して発見したというものである[6][4]

天然での存在

マリンスキーらの発見方法より、天然におけるプロメチウムは、プロメチウム147が天然のウラン鉱石中に非常にごく僅かに存在が認められている。これはウランの自発核分裂の結果、極僅かに生成したものとされている。しかしその存在量は極めてわずかで、地球全体の存在量はわずかに780gと見積もられている[4]

プロメチウムには安定同位体が存在せず、全ての同位体が放射性である。このように放射性同位体しかない元素(放射性元素)は、他にはテクネチウムビスマス以降の元素がある。

恒星アンドロメダ座GY星からは、輝線スペクトル中にプロメチウムが発見されている。

出典

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Archived 2012年1月12日, at the Wayback Machine., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. N.E.Topp著、塩川二郎、足立吟也 共訳 『希土類元素の化学』 化学同人、1986年
  3. FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳 『コットン・ウィルキンソン無機化学』 培風館、1987年
  4. 桜井弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、273頁。ISBN 4-06-257192-7。
  5. Laing, Michael (2005). “A Revised Periodic Table: With the Lanthanides Repositioned”. Foundations of Chemistry 7 (3): 203233. doi:10.1007/s10698-004-5959-9.
  6. Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Charles D. Coryell: "The Chemical Identification of Radioisotopes of Neodymium and of Element 61", J. Am. Chem. Soc., 1947, 69 (11), pp. 2781–2785; doi:10.1021/ja01203a059.
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