Element 61 · Lanthanide

Promethium (Pm)

Promethium (Pm) is het element met atoomnummer 61 en het enige lanthanide zonder een enkele stabiele isotoop. Alles wat ervan bestaat is radioactief, waardoor het in de natuur vrijwel niet te vinden is. Lang bleef er daardoor een gat in het periodiek systeem op deze plek. Pas in 1945 werd het element aangetoond in splijtingsproducten van een kernreactor, en vandaag wordt het nog steeds vooral kunstmatig gemaakt.

Promethium in cijfers
SymboolPm
Atoomnummer61
Atoommassa[145] (massagetal langstlevende isotoop)
CategorieLanthanide
Groep— (f-blok)
Periode6
Blokf-blok
Fase bij 20 °Cvast
Smeltpunt1042 °C
Kookpunt3000 °C
Dichtheid7,26 g/cm³
Elektronenconfiguratie[Xe] 4f5 6s2
Elektronen per schil2, 8, 18, 23, 8, 2
Elektronegativiteit (Pauling)onbekend
Oxidatiegetallen+3
Ontdekt1945 door Jacob Marinsky, Lawrence Glendenin en Charles Coryell
Engelse naamPromethium

Eigenschappen van promethium

Als metaal lijkt promethium sterk op zijn buren neodymium en samarium: het is zilverachtig, vrij zacht en reageert langzaam met lucht en water. In verbindingen komt het vrijwel altijd voor met oxidatiegetal +3, zoals in promethium(III)chloride en promethium(III)oxide. Veel zouten van promethium hebben een roze of lichtrode kleur en geven in het donker een zwakke gloed, doordat de straling van de kernen de omringende stof aanslaat. De bekendste isotoop is promethium-147, een bètastraler met een halfwaardetijd van ongeveer 2,6 jaar. De langstlevende isotoop is promethium-145, met een halfwaardetijd van zo'n 17,7 jaar. Omdat al die isotopen relatief snel vervallen (zie radioactief verval), kan geen enkele oorspronkelijke voorraad uit de vorming van de aarde zijn overgebleven. Het metaal zelf is pas in kleine hoeveelheden gemaakt, dus veel fysische waarden zijn met minder precisie bekend dan bij andere lanthaniden.

Naam. De naam verwijst naar Prometheus, de Griekse titaan die het vuur van de goden stal, als symbool voor het temmen van kernenergie.

Atoombouw en plaats in het periodiek systeem

Promethium staat in periode 6 van het periodiek systeem, in het f-blok.

Een neutraal atoom heeft 61 protonen in de kern en 61 elektronen, verdeeld over 6 schillen: 2, 8, 18, 23, 8, 2. Het periodenummer (6) is gelijk aan het aantal schillen.

Buren in het systeem: links/ervoor: Neodymium (Nd, 60); rechts/erna: Samarium (Sm, 62).

De andere lanthaniden: Lanthaan, Cerium, Praseodymium, Neodymium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium.

Voorkomen

In de aardkorst zit slechts een spoortje promethium: naar schatting enkele honderden grammen in totaal, ontstaan bij spontane splijting van uranium in uraniumerts. Ook in het spectrum van enkele sterren, zoals de ster HR 465 in Andromeda, zijn lijnen van promethium waargenomen. Voor praktisch gebruik wordt het element gewonnen uit de splijtingsproducten van verbruikte kernbrandstof, of gemaakt door neodymium-146 met neutronen te bestralen. Wereldwijd gaat het om hoeveelheden van hooguit enkele grammen per jaar.

Toepassingen

  • Promethium-147 werd gebruikt in lichtgevende verf voor wijzerplaten en schakelaars, als veiliger alternatief voor radium.
  • In kernbatterijen zet promethium-147 bètastraling om in een klein, maar jarenlang stabiel stroompje, bijvoorbeeld voor pacemakers en ruimtesondes.
  • Diktemeters in de industrie gebruiken de bètastraling van promethium om de dikte van dunne folies en papier te meten.
  • Onderzoekers gebruiken promethiumverbindingen om de chemie van de lanthaniden beter te begrijpen, omdat het het laatste ontbrekende stukje van de reeks was.

Veelgestelde vragen

Waarom is promethium radioactief?

Geen enkele isotoop van promethium heeft een stabiele kern. De verhouding tussen protonen en neutronen is bij atoomnummer 61 steeds net ongunstig, waardoor elke isotoop vroeg of laat vervalt. Daarom bestaat er in de natuur vrijwel geen promethium en moet het in kernreactoren worden gemaakt.

Waar wordt promethium voor gebruikt?

Promethium-147 wordt gebruikt in kernbatterijen die jarenlang een kleine stroom leveren, in industriële diktemeters en vroeger in lichtgevende verf voor horloges en instrumenten. Omdat er maar weinig van wordt geproduceerd, blijven de toepassingen beperkt tot een paar specialistische niches.

Verder lezen