Americium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

In der Natur kommt Americium nicht vor. Alle Isotope sind radioaktiv, und selbst das langlebigste, Americium-243, hat nur eine Halbwertszeit von gut siebentausend Jahren. Americium-241, das wichtigste Isotop, kommt auf rund 430 Jahre. Beides ist viel kürzer als das Alter der Erde.

Es entsteht in Kernreaktoren. Plutonium-239 fängt nacheinander zwei Neutronen ein und wird zu Plutonium-241, das mit einer Halbwertszeit von rund vierzehn Jahren durch Betazerfall zu Americium-241 wird. Deshalb wächst der Americium-Anteil in gelagertem plutoniumhaltigem Material mit der Zeit. Im abgebrannten Brennstoff gehört Americium zu den Bestandteilen, die den Abfall über Jahrhunderte radioaktiv und warm halten. Technisch gewinnt man es aus plutoniumhaltigem Material durch chemische Trennung.

Seaborgs Gruppe stellte es 1944 an der Universität Chicago her, indem sie Plutonium mit Neutronen beschoss. Die Arbeiten waren kriegswichtig und blieben geheim. Seaborg verriet das neue Element im November 1945 in einer Radio-Quizsendung für Kinder, wenige Tage vor der offiziellen Bekanntgabe. Der Name erinnert an die Amerikas, ebenso wie Europium an Europa erinnert.

Eigenschaften und Reaktionen

Americium steht in Periode 7 und ist das siebte Actinoid, in der Tabelle in der Actinoiden-Zeile zwischen Plutonium links und Curium rechts. Darüber, in der Lanthanoiden-Zeile, steht das Europium. Das Atom hat die Elektronenkonfiguration [Rn] 5f⁷ 7s², und die halb gefüllte 5f-Schale entspricht der 4f-Schale des Europiums. Der Atomradius liegt bei 175 pm und die Elektronegativität bei 1,3. Die Dichte beträgt 13,69 g/cm³, deutlich weniger als bei Plutonium. Das Metall schmilzt bei 1176 °C. Der Siedepunkt 2011 °C ist unsicher, Fachquellen nennen auch deutlich höhere Werte. Als Atommasse gilt 243 u, die Massenzahl des langlebigsten Isotops Americium-243.

Americium ist ein silbrig weißes, weiches Metall, das an der Luft nur langsam anläuft. In Verbindungen ist die Oxidationszahl plus drei am beständigsten, wie bei den meisten Lanthanoiden. Die Ionen Am³⁺ färben Lösungen rosa. Plus vier bis plus sechs sind seltener. Während Europium auch zweiwertig auftritt, ist das beim Americium kaum der Fall.

Americium-241 sendet Alphateilchen und eine schwache, aber durchdringende Gammastrahlung aus. Die Alphastrahlung stoppt schon die Haut, die Gammastrahlung lässt sich mit dünnen Metallschichten abschirmen. Gefährlich wird das Element, wenn es in den Körper gelangt, denn es lagert sich in Knochen und Leber ab und bestrahlt sie über Jahrzehnte. Für den Umgang gelten deshalb strenge Regeln.

Rauchmelder, Messtechnik und Neutronenquellen

Americium-241 steckt in Ionisationsrauchmeldern. In einer kleinen Messkammer ionisieren die Alphateilchen die Luft, sodass zwischen zwei Elektroden ein schwacher Strom fließt. Dringt Rauch ein, lagern sich Ionen an die Rauchteilchen an, der Strom sinkt, und der Melder schlägt Alarm. Die Menge ist winzig, weniger als ein millionstel Gramm. Das Americium ist fest in eine Metallfolie eingeschlossen, und die Alphastrahlung reicht nur wenige Zentimeter weit. In Wohnungen sind heute meist optische Melder üblich, die ohne radioaktiven Stoff auskommen. Alte Ionisationsmelder öffnet man nicht. Sie gehören nicht in den Hausmüll, sondern zurück an Hersteller oder Händler oder an die Landessammelstelle für radioaktive Abfälle.

Mischt man Americium-241 mit Beryllium, erhält man eine Neutronenquelle: Die Alphateilchen treffen Berylliumkerne, und aus der Kernreaktion gehen Neutronen hervor. Solche Quellen setzt man in der Erdölindustrie ein, um Bohrlöcher zu untersuchen, und in Messgeräten für Feuchte und Dichte. Die schwache Gammastrahlung nutzt man außerdem, um die Dicke von Blechen und Papier zu messen.

In der Forschung dient Americium-243 als Ausgangsstoff für Curium. Zudem prüfen Forschende in Europa, ob sich Americium-241 als Wärmequelle für Radionuklidbatterien von Raumsonden eignet, denn seine lange Halbwertszeit würde Missionen über viele Jahrzehnte erlauben.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Americium (Am)?

Häufige Fragen