Américium

Américium
Image illustrative de l’article Américium
Disque d'américium 241 vu au microscope.
PlutoniumAmériciumCurium
Eu
  Structure cristalline hexagonale compacte double
 
95
Am
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
Am
?
Tableau completTableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Am
Nom Américium
Numéro atomique 95
Groupe
Période 7e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Actinide
Configuration électronique [Rn] 5f7 7s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 241,06 u
Rayon atomique (calc) 173 pm
Rayon de covalence 180 ± 6 pm[1]
État d’oxydation 6, 5, 4, 3
Énergies d’ionisation[2]
1re : 5,973 8 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
240Am{syn.}50,8 hβ+1,379240Pu
241Am{syn.}432,2 aα5,638237Np
242Am{syn.}16,02 hβ0,661242Cm
242mAm{syn.}141 aIT0,049242Am
243Am{syn.}7 370 aα5,438239Np
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire Solide
Masse volumique 12 g·cm-3[3]
Système cristallin Hexagonal compact double
Couleur Blanc argenté
Point de fusion 1 176 °C[3]
Point d’ébullition 2 011 °C[3]
Énergie de fusion 14,39 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 238,12 kJ·mol-1
Volume molaire 17,78×10-6 m3·mol-1
Conductivité électrique 1,5×106 S·m-1 (20 °C)
Conductivité thermique 10 W·m-1·K-1
Divers
No CAS 7440-35-9[4]
No ECHA 100.028.313
Précautions
Élément radioactif
Radioélément à activité notable

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L’américium (symbole Am) est l'élément chimique de numéro atomique 95. C'est un élément transuranien de la famille des actinides, radioactif et synthétique. Le corps simple est un métal dans les conditions normales de température et de pression.

Caractéristiques notables

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L’américium est un élément radioactif de la famille des actinides. Sous forme métallique, il a une couleur blanche et un lustre argenté (plus argenté que le plutonium ou le neptunium). À température ambiante, il se ternit lentement dans l’air sec.

Du fait de son instabilité, l’américium n’est pas présent dans la croûte terrestre. C’est un élément artificiel produit lors de réactions successives intervenant dans le cœur des réacteurs nucléaires, et il est actuellement considéré comme un déchet radioactif.

L’américium a été nommé en référence au continent américain, par analogie avec l’europium, élément de la famille des lanthanides dont il est l’homologue chimique. Tout comme les autres éléments plus lourds que l’uranium, il a été découvert relativement récemment. Le développement de la physique nucléaire expérimentale dans les années 1940 a permis de le créer artificiellement.

Il fut synthétisé pour la première fois par Glenn T. Seaborg, Leon Morgan (de), Ralph James, et Albert Ghiorso vers la fin de l’année 1944 au laboratoire métallurgique de l’université de Chicago (connu maintenant sous le nom d’Argonne National Laboratory). Cette équipe forma l’isotope d’américium 241 en soumettant du plutonium 239 à plusieurs réactions successives de capture de neutrons dans un réacteur nucléaire. On crée alors du 240Pu puis du 241Pu (demi-vie : 14,2 ans) qui se transforme en 241Am par émission bêta selon la chaine de réaction suivante (identique à celle qui se déroule dans les réacteurs nucléaires actuels) :

239
94
Pu
+ 1
0
n
240
94
Pu
240
94
Pu
+ 1
0
n
241
94
Pu
241
94
Pu
241
95
Am
+ e + νe.

À la suite de la mise en place dans les années 1970 de parcs de réacteurs nucléaires destinés à la production d’électricité, des quantités non négligeables d’américium ont été, et sont toujours produites dans plusieurs pays (en France : environ 1 tonne par an, mélangé aux autres actinides et aux produits de fissions). Ceci a eu pour conséquence un déploiement important de recherches concernant les propriétés physicochimiques de l’américium et de ses composés.

L’américium fait encore actuellement l’objet de recherches dans différents domaines liés à l’industrie nucléaire :

Parmi les dix-huit isotopes connus de l’américium (231Am à 247Am), seuls trois ont une période radioactive supérieure à un an[5]. Ces isotopes les plus stables sont 243Am (demi-vie 7 370 ans), 241Am (demi-vie 432 ans) et 242mAm (demi-vie 141 ans).

L’américium 241 et l’américium 243 émettent majoritairement des rayonnements alpha — ils se décomposent respectivement en neptunium 237 et neptunium 239 —, tandis que l’américium 242m subit essentiellement une transition isomérique vers son état stable, l’américium 242 dont la demi-vie est de 16 heures.

Ce dernier se désintègre par radiation bêta à 83 % en donnant du curium 242 ou par capture électronique à 17 %, donnant du plutonium 242[6].

L’américium 241, qui fait partie de la chaîne de désintégration du plutonium 241, est le plus fréquent du fait de son apparition en équilibre avec le plutonium produit dans les centrales nucléaires. Il décroît par désintégration alpha (demi-vie 432 ans) en neptunium 237, lui-même un émetteur alpha et gamma avec une période de 2 millions d’années.

Les isotopes 241Am, 242mAm et 243Am sont en outre fissiles[7]. L’américium 241 aurait une masse critique (sphère nue) comprise entre 60 et 100 kg. L’américium 242m a une masse critique très faible (entre 9 et 18 kg), ce qui fait envisager son utilisation comme combustible spatial. La masse critique de l’américium 243 varie suivant les estimations, entre 50 et 150 kg.

Propriétés chimiques

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Am4+ (à gauche) et Am6+ (à droite) en solution.

L’américium est un métal dont l’état solide présente trois formes cristallographiques, notées α (jusqu’à 1042 K ; 729 °C), β (entre 1042 et 1350 K ; 729 °C et 1 077 °C), et γ (entre 1350 et 1449 K ; 1 077 °C et 1 176 °C). Il devient liquide à 1449 K (1 176 °C) et gazeux à 2284 K (2 011 °C).

Il existe de nombreux composés chimiques de l’américium :

En milieu aqueux, l’américium est essentiellement à l’état d’oxydation +3. Le cation Am3+ est susceptible de se complexer avec différents ligands (CO32−, OH, NO2, NO3 et SO4-2) :

Il existe également en milieu aqueux des complexes de l’ion américyle AmO2+ :

  • AmO2CO3, AmO2(CO3)23− et AmO2(CO3)35−.

Applications

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La forte radiotoxicité de l’américium le rend peu compatible avec une utilisation en quantité importante, et il est uniquement utilisé pour des applications liées à son rayonnement ionisant. Il est conservé dans des sources scellées et conditionnées dans une double enveloppe cylindrique en acier inoxydable.

Les applications concernent surtout l’isotope 241Am, dont l’élaboration sous forme pure est la plus aisée.

L’américium a ainsi trouvé une application domestique :

Dans la source 241Am-Be, les neutrons sont ainsi produits selon deux réactions successives :

241
95
Am
237
93
Np
+ 4
2
He
,
9
4
Be
+ 4
2
He
12
6
C
+ 1
0
n
.

L’américium 242 a aussi été utilisé dans la radiographie, mais son coût de production est très élevé.

Aspects sanitaires et environnementaux

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L’américium 241 mesuré dans l’environnement provient soit d’un rejet direct, soit indirectement de la décroissance de l’isotope 241Pu.

On distingue trois causes majeures de rejets[8] :

Après dissémination dans l’environnement, l’américium peut être incorporé dans tous les constituants de la chaine alimentaire et présenter diverses formes chimiques plus ou moins solubles. L’américium est un composé moyennement transférable, qui se dépose principalement dans le squelette, le foie et les gonades, quelle que soit l’espèce considérée[9]. À ce titre, il a un comportement proche de ceux des autres éléments transuraniens. Il se distingue toutefois du plutonium par un temps de rétention dans les organes moins important et une toxicité moins prononcée. La CIPR retient une période biologique de 20 ans.

Références

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  1. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  2. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  3. a b et c (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  4. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  5. These fact sheets
  6. Universal Nuclide Chart and Radioactive Decay Applet, Institut des Transuraniens (en), http://www.nuclides.net/applets/radioactive_decay.htm
  7. Données des masses critiques d’après Challenges of Fissile Material Control, David Albright and Kevin O’Neill, ISIS 1999 (chap. 5).
  8. Fiche radionucléide : Américium 241 et environnement, IRSN
  9. Fiche radionucléide : Américium 241 - aspects sanitaires, IRSN

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Liens externes

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8  119 120 *    
  * 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142  


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