Promethium

Promethium (von Prometheus, einem Titanen der griechischen Mythologie) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pm und der Ordnungszahl 61. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der seltenen Erden. Promethium wurde 1945 als Spaltprodukt des Urans entdeckt. Durch seine Entdeckung wurde die letzte Lücke im Periodensystem geschlossen.

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.

Geschichte

Fehlgeschlagene Entdeckungen

Die erste Entdeckung wurde von den italienischen Wissenschaftlern Luigi Rolla und Lorenzo Fernandes aus Florenz veröffentlicht. Nach der Trennung eines Didym-Nitrat-Konzentrats durch fraktionierte Kristallisation aus dem brasilianischen Mineral Monazit, welches zu 70 % Dysprosium und Neodym sowie zu 30 % aus den anderen Lanthanoiden besteht, erhielten sie eine Lösung, die hauptsächlich Samarium enthielt. Diese Lösung ergab Röntgenspektren, die sie als Samarium und Element 61 interpretierten. Sie benannten das Element 61 zu Ehren ihrer Stadt Florentium. Die Ergebnisse wurden im Jahr 1926 veröffentlicht, doch die Wissenschaftler behaupteten, dass die Experimente im Jahr 1924 durchgeführt worden seien.<ref>Luigi Rolla, Lorenzo Fernandes: Über das Element der Atomnummer 61, in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1926, 157 (1), S. 371–381 (doi:10.1002/zaac.19261570129).</ref><ref>Luigi Rolla: Florentium or Illinium?, in: Nature, 1927, 119, S. 637–638 (doi:10.1038/119637a0).</ref><ref>W. A. Noyes: Florentium or Illinium?, in: Nature, 1927, 120, S. 14 (doi:10.1038/120014c0).</ref><ref>Luigi Rolla: Über das Element der Atomnummer 61 (Florentium), in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1927, 160, S. 190–192 (doi:10.1002/zaac.19271600119).</ref><ref>Luigi Rolla: Florentium, in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1927, 163, S. 40–42 (doi:10.1002/zaac.19271630104).</ref><ref>Luigi Rolla: Florentium. II, in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 1928, 169, S. 319–320 (doi:10.1002/zaac.19281690128).</ref>

Im selben Jahr 1926 veröffentlichten Smith Hopkins und Len Yntema an University of Illinois in Urbana-Champaign die Entdeckung des Elements 61. Sie nannten es nach der Universität Illinium.<ref>J. A. Harris: The Element of Atomic Number 61; Illinium, in: Nature, 1926, 117, S. 792–793 (doi:10.1038/117792a0).</ref><ref>Bohuslav Brauner: The New Element of Atomic Number 61: Illinium, in: Nature, 1926, 118, S. 84–85 (doi:10.1038/118084b0).</ref><ref>R. J. Meyer: Über das Element 61 (Illinium), in: Naturwissenschaften, 1926, 14, S. 771–772 (doi:10.1007/BF01490264).</ref>

Keine der beiden Entdeckungen konnte überprüft werden. So behaupteten mehrere Gruppen, das Element erzeugt zu haben, aber sie konnten ihre Entdeckungen aufgrund der Schwierigkeiten bei der Trennung von Promethium von den anderen Elementen nicht bestätigen.

Nachweis durch Marinsky, Glendenin und Coryell

Promethium wurde 1945 im Oak Ridge National Laboratory (ORNL) (Tennessee, USA) von Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin und Charles D. Coryell als Spaltprodukt des Urans entdeckt. Bedingt durch die militärischen Forschungen während des Zweiten Weltkriegs wurde ihre Entdeckung erst 1947 veröffentlicht.<ref>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), S. 2781–2785 (doi:10.1021/ja01203a059).</ref><ref>Oak Ridge National Laboratory: Discovery of Promethium, in: ORNL Review, 2003, 36 (1), eingesehen am 17. September 2006.</ref> 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. Der Name wurde von Grace Mary Coryell, Charles Coryells Frau, vorgeschlagen.

• Jacob A Marinsky.jpg

  Jacob A. Marinsky

• Larry E Glendenin.jpg

  Lawrence E. Glendenin

• Charles D. Coryell M.I.T. May 1947.png

  Charles D. Coryell

Vorkommen

Irdisches Vorkommen

In der Natur findet sich Promethium zumeist als Produkt der Spontanspaltung von Uran sowie durch Alphazerfall des Europiumisotops ¹⁵¹Eu. In Spuren findet es sich in Pechblende in einer Konzentration von (4±1)·10⁻¹⁵ Gramm ¹⁴⁷Pm pro kg.<ref>Moses Attrep, Jr., P. K. Kuroda: Promethium in Pitchblende, in: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1968, 30 (3), S. 699–703 (doi:10.1016/0022-1902(68)80427-0).</ref> Das gleichmäßige Vorkommen von Promethium in der Erdkruste beträgt etwa 560 g durch Uranspaltung und etwa 12 g durch Alphazerfall von ¹⁵¹Eu.<ref>P. Belli, R. Bernabei, F. Cappella, R. Cerulli, C. J. Dai, F. A. Danevich, A. d’Angelo, A. Incicchitti, V. V. Kobychev, S. S. Nagorny, S. Nisi, F. Nozzoli, D. Prosperi, V. I. Tretyak, S. S. Yurchenko: Search for α Decay of Natural Europium, in: Nuclear Physics A, 2007, 789, S. 15–29 (doi:10.1016/j.nuclphysa.2007.03.001).</ref>

• Spontanspaltung von Uran:

<math>{}^{238}_{\ 92} {\rm U}\ \xrightarrow {sf} {} \ ^{147}_{\ 57} {\rm La} \ +\ {} ^{89}_{35} {\rm Br} \ +\ 2 {} ^{1}_{0} {\rm n} </math>

<math>\mathrm{^{147}_{\ 57}La\ \xrightarrow  4f⁴). Es gibt dabei die beiden 6s-Elektronen und ein 4f-Elektron ab. Die Lösungen sind violettstichig rosa gefärbt. Es bildet unter anderem ein schwerlösliches Fluorid, Oxalat und Carbonat. <div style="clear:left;" />

Isotope

Das stabilste Isotop ist ¹⁴⁵Pm mit einer Halbwertszeit von 17,7 Jahren, es folgt ¹⁴⁶Pm mit einer Halbwertszeit von 5,53 Jahren und ¹⁴⁷Pm mit 2,6234 Jahren. Letzteres wird zumeist zur Untersuchung verwendet, da es in genügenden Mengen als Spaltprodukt entsteht.

Verwendung

Aufgrund der kurzlebigen Isotope und der sehr geringen Verfügbarkeit findet dieses Element nur in kleinsten Mengen technische Verwendung. Die wichtigste Anwendung ist die als Betastrahler. Promethium wird in Radionuklidbatterien genutzt, die in der Raumfahrt etwa als Wärme- und Energiequelle in Satelliten eingesetzt werden. Das Element ist eine mögliche mobile Quelle für Röntgenstrahlung, die zur radiometrischen Dickenmessung verwendet wird.<ref name="Krebs">Robert E. Krebs: The history and use of our earth's chemical elements: a reference guide. 2. Auflage. Greenwood Publishing Group, 2006, ISBN 978-0-313-33438-2, S. 286 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).</ref><ref>Eintrag zu Promethium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. August 2011.</ref>

Das Nuklid ¹⁴⁷Pm dient außer als Betastrahlenquelle auch als Zusatz für Leuchtfarbe, die in Leuchtziffern von Uhren eingesetzt wird.<ref name="Krebs"/>

Verbindungen

→ Kategorie: Promethiumverbindung

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.<ref>Weigel: Chemie des Promethiums, S. 591–594.</ref><ref>Gmelin, 39 C 1, S. 312–313.</ref>

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.<ref>Gmelin, 39 C 3, S. 194.</ref> Kristallines wasserfreies Promethium(III)-fluorid ist ein violettrosafarbenes Salz<ref>Weigel: Chemie des Promethiums, S. 587–588.</ref> mit einem Schmelzpunkt von 1338 °C<ref name="HOWI_1942">A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1942.</ref>.

Promethium(III)-chlorid (PmCl₃) ist violett und hat einen Schmelzpunkt von 655 °C.<ref name="HOWI_1942"/> Wird PmCl₃ in Gegenwart von H₂O erhitzt, so erhält man das blassrosa gefärbte Promethium(III)-oxichlorid (PmOCl).<ref>Weigel: Chemie des Promethiums, S. 588–589.</ref><ref>Gmelin, 39 C 5, S. 31.</ref>

Promethium(III)-bromid (PmBr₃) entsteht aus Pm₂O₃ durch Erhitzen im trockenen HBr-Strom.<ref>Weigel: Chemie des Promethiums, S. 590.</ref><ref>Gmelin, 39 C 6, S. 61–62.</ref> Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 660 °C.<ref name="HOWI_1942"/>

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 Aluminiumiodid (AlI₃) bei 500 °C entsteht das gewünschte Produkt.<ref>Weigel: Chemie des Promethiums, S. 591.</ref><ref>Gmelin, 39 C 6, S. 192.</ref> Es ist rot und hat einen Schmelzpunkt von 695 °C.<ref name="HOWI_1942"/>

Weitere Verbindungen

Promethium(III)-hydroxid (Pm(OH)₃) erhält man aus einer salzsauren Pm³⁺-Lösung durch Einleiten von NH₃. Seine Farbe ist Violettrosa.<ref>Gmelin, 39 C 2, S. 56–57.</ref>

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Einzelnachweise

<references/>

Literatur

• Fritz Weigel: Chemie des Promethiums, in: Fortschr. Chem. Forsch., 1969, 12 (4), S. 539–621 (doi:10.1007/BFb0051097).
• 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 4 b, S. 181–183
  • Teil C 5, S. 31
  • Teil C 6, S. 61–62, 192
• Eintrag zu Promethium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 15. August 2011.
• David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-28.
• Comprehensive Inorganic Chemistry, The Lanthanides, S. 42–44.
• James E. Huheey: Anorganische Chemie, 1. Auflage, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6, S. 873–900.
• John Emsley: Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850340-7, S. 343–346 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Weblinks

Commons Commons: Promethium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary Wiktionary: Promethium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Eintrag zu Promethium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.
• Periodensystem für den Schulgebrauch: Promethium (Namensgebung, Entdeckung)
• Peter van der Krogt: Elementymology & Elements Multidict
• Generalic, Eni. "Promethium." EniG. Periodensystem der Elemente. 31. März 2008. KTF-Split

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Übergangsmetalle

Metalle

Halbmetalle

Nichtmetalle

Halogene

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unbekannt

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