Promethium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Auf der Erde ist Promethium praktisch nicht zu finden. Alle seine Isotope sind radioaktiv. Das langlebigste, Promethium-145, hat eine Halbwertszeit von rund achtzehn Jahren. Gemessen am Alter der Erde ist das winzig, ein Vorrat aus der Entstehungszeit ist längst zerfallen. Nur Spuren entstehen fortwährend neu, wenn sich Uran in Erzen spontan spaltet. Nach Schätzungen ist in der gesamten Erdkruste nur eine Menge von wenigen hundert Gramm vorhanden.

Promethium und Technetium sind die einzigen beiden Elemente unter den ersten zweiundachtzig, die kein stabiles Isotop haben. Bei Promethium liegt das daran, dass für jede mögliche Kernmasse bei den Nachbarn Neodym oder Samarium ein stabilerer Kern existiert. Jeder Promethiumkern wandelt sich deshalb früher oder später durch Betazerfall oder Elektroneneinfang in eines dieser beiden Elemente um.

Lange suchte man das fehlende Element zwischen Neodym und Samarium vergeblich in Mineralen. Mehrere Fundmeldungen ließen sich nicht bestätigen. Der Nachweis gelang erst im Jahr 1945 im amerikanischen Oak Ridge: Jacob Marinsky, Lawrence Glendenin und Charles Coryell trennten das Element mit Ionenaustausch aus den Spaltprodukten von Uran ab. Der Name Prometheus spielt darauf an, dass mit der Kernspaltung eine neue Energiequelle nutzbar wurde, ähnlich wie in der Sage das Feuer.

Eigenschaften und Reaktionen

Promethium, das fünfte Lanthanoid, steht in Periode 6. Links davon liegt das Neodym, rechts das Samarium. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 4f⁵ 6s². Das Metall hat eine Dichte von 7,26 g/cm³, schmilzt bei 1042 °C und siedet bei 3000 °C. Weil nur winzige Mengen untersucht werden konnten, sind manche dieser Werte weniger gesichert als bei den anderen Lanthanoiden. Als Atommasse wird 145 u angegeben. Das ist die Massenzahl des langlebigsten Isotops, denn eine natürliche Mischung mit fester Atommasse gibt es nicht.

Chemisch verhält sich Promethium wie seine Nachbarn. Es ist unedel und tritt fast nur als dreifach positives Ion auf. Seine Salze sind rosa. Durch die eigene Strahlung können Promethiumverbindungen im Dunkeln schwach blau oder grünlich leuchten.

Das wichtigste Isotop, Promethium-147, ist ein Betastrahler mit einer Halbwertszeit von rund zweieinhalb Jahren. Seine Betastrahlung ist energiearm und wird von dünnen Schichten Glas, Metall oder Kunststoff abgeschirmt. Gammastrahlung sendet es kaum aus. Gefährlich wird es vor allem, wenn der Stoff in den Körper gelangt, etwa durch Einatmen oder Verschlucken, und sich dort vor allem in Leber und Knochen ablagert. Der Umgang mit Promethium ist genehmigungspflichtig und gehört in Strahlenschutzbereiche.

Forschung und Herstellung

Promethium wird im Kernreaktor hergestellt. Man trennt es aus abgebrannten Brennelementen ab, in denen es als Spaltprodukt entsteht, oder erzeugt es gezielt, indem man Neodym-146 mit Neutronen bestrahlt. Beides geschieht in Spezialanlagen und in kleinen Mengen.

Früher fand das Isotop Promethium-147 mehrere Anwendungen. Als Leuchtfarbe regte es einen Leuchtstoff aus Zinksulfid zum Leuchten an. Es ersetzte damit das gefährlichere Radium in Zifferblättern und Messgeräten und kam ohne äußere Lichtquelle aus. Ein Betastrahler lässt sich außerdem für Dickenmessungen nutzen, weil die Strahlung beim Durchgang durch Folie oder Papier abnimmt. In kleinen Nuklearbatterien wandelte man die Strahlung direkt in elektrischen Strom um, etwa für Herzschrittmacher in den 1970er Jahren.

Heute ist Promethium weitgehend von anderen Stoffen verdrängt und wird vor allem in der Forschung eingesetzt, etwa um die Chemie der Lanthanoide lückenlos zu untersuchen. Wegen der Strahlung und der kurzen Halbwertszeit gibt es keine Anwendung im Alltag.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Promethium (Pm)?

Häufige Fragen