Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe américium parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 173 pm — soit 0,173 nm ; il en faudrait donc environ 2,89 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Américium est liquide dans une plage de 835 K, de 1449 K à 2284 K.
L’histoire
L’élément qui se trouve discrètement dans des millions de détecteurs de fumée à travers le monde.
Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Leon O. Morgan et Albert Ghiorso ont découvert l’américium à l’Université de Californie à Berkeley, à la fin de 1944. Cette découverte a eu lieu pendant les dernières années particulièrement intenses du projet Manhattan, alors que chaque nouvel élément pouvait potentiellement contribuer à l’effort de guerre.
Bombardement neutronique : L’équipe a créé de l’américium en bombardant du plutonium 239 avec des neutrons dans le cyclotron de Berkeley. Le plutonium a absorbé des neutrons et subi une désintégration bêta, se transformant en élément 95.
Séparation chimique : Le principal défi consistait à séparer le nouvel élément du plutonium et des autres actinides. L’équipe de Seaborg a mis au point des techniques chimiques innovantes qui ont révélé les propriétés uniques de l’américium et confirmé qu’il s’agissait d’un nouvel élément.
Fierté américaine : Les découvreurs ont nommé l’élément 95 « américium » d’après les Amériques, rendant spécifiquement hommage à la contribution américaine à la science nucléaire pendant la Seconde Guerre mondiale. Il s’agissait ainsi du premier élément nommé d’après un continent plutôt que d’après une personne ou un lieu.
Parallèle scientifique : Cette dénomination suivait le modèle établi par l’europium (élément 63), créant un parallèle entre l’Ancien Monde (l’Europe) et le Nouveau Monde (l’Amérique) dans le tableau périodique.
Recherche classifiée : Comme d’autres découvertes nucléaires réalisées en temps de guerre, l’existence de l’américium est restée secrète jusqu’à la fin de la guerre. La découverte n’a été annoncée publiquement qu’en 1945, après l’utilisation des bombes atomiques.
Contexte du projet Manhattan : Bien que l’américium lui-même n’ait pas eu d’applications militaires immédiates, sa découverte a aidé les scientifiques à comprendre la chimie des actinides et les réactions nucléaires essentielles à la production du plutonium et à la conception des armes.
Compréhension de la série des actinides : La découverte de l’américium a contribué à confirmer la théorie révolutionnaire de Seaborg sur la série des actinides, en montrant que les éléments 89 à 103 forment un groupe distinct analogue aux lanthanides. Cette avancée a valu à Seaborg le prix Nobel de chimie en 1951.
Propriétés chimiques : Les premières études de l’américium ont révélé qu’il possédait des propriétés chimiques différentes de celles du plutonium et des actinides plus légers, fournissant des informations essentielles sur la chimie des éléments lourds qui orientent encore la recherche aujourd’hui.
Applications
Détecteurs de fumée à ionisation : L’américium 241 est au cœur de la plupart des détecteurs de fumée domestiques dans le monde, protégeant chaque jour des millions de vies. Une très petite quantité (environ 1 microgramme) ionise l’air dans la chambre du détecteur, créant un faible courant électrique que les particules de fumée perturbent, ce qui déclenche l’alarme.
Sécurité incendie industrielle : De grands systèmes de détection des fumées à base d’américium protègent les installations industrielles, les aéroports, les tunnels et d’autres infrastructures essentielles. Ces systèmes peuvent détecter les incendies plus tôt que les détecteurs optiques, notamment lors d’incendies à combustion rapide produisant peu de fumée.
Jauge d’épaisseur : Les sources d’américium 241 sont utilisées dans des jauges industrielles qui mesurent des matériaux comme le papier, le plastique, le verre et les tôles métalliques pendant la fabrication. Le rayonnement alpha constant fournit des mesures précises et sans contact, essentielles au contrôle qualité.
Diagraphie des puits de pétrole : Les sources de neutrons américium-béryllium aident les ingénieurs pétroliers à analyser les formations rocheuses souterraines et à localiser les gisements de pétrole et de gaz. Cette technologie est essentielle pour une extraction efficace des ressources et la protection de l’environnement.
Sources de neutrons : L’américium 241 mélangé au béryllium crée des sources de neutrons portables utilisées en analyse par activation neutronique, ce qui aide les scientifiques à déterminer la composition élémentaire des matériaux sans détruire les échantillons.
Recherche sur les particules alpha : L’émission alpha constante de l’Am-241 le rend utile pour étalonner les équipements de détection des rayonnements et étudier les interactions des particules alpha avec la matière.
Chimie des actinides : L’américium sert de modèle pour étudier le comportement chimique des éléments actinides lourds, aidant les scientifiques à comprendre comment manipuler et traiter d’autres éléments transuraniens en toute sécurité.
Études du rayonnement spatial : Les recherches sur l’américium aident les scientifiques à comprendre comment les éléments actinides se comportent sous un rayonnement cosmique, contribuant au développement de technologies d’exploration spatiale et de protections contre les rayonnements.
Mesure de la masse osseuse : Des appareils médicaux spécialisés utilisent des sources d’américium pour mesurer précisément la masse osseuse, contribuant au diagnostic de l’ostéoporose et au suivi de l’efficacité des traitements.
Datation archéologique : L’analyse par activation neutronique utilisant des sources d’américium aide les archéologues à déterminer l’âge et l’origine des artefacts en analysant leur composition élémentaire.
Détecteurs de fumée : L’utilisation la plus courante de l’américium est dans les détecteurs de fumée à ionisation présents dans les habitations, les bureaux et les bâtiments publics du monde entier. Chaque détecteur contient environ 0,9 microcurie d’américium 241, enfermé de manière sûre dans une chambre métallique qui ne présente aucun risque pour la santé dans des conditions normales d’utilisation.
Dispositifs de sécurité pour les consommateurs : Les détecteurs de fumée modernes à l’américium comprennent des dispositifs inviolables, des avertissements de batterie faible et des instructions claires d’élimination afin de garantir une manipulation sûre pendant toute leur durée de vie de 10 ans.
Jauges de fabrication : Les jauges d’épaisseur à base d’américium sont des équipements standards dans les papeteries, les aciéries et les installations de fabrication de plastique. Elles garantissent une qualité constante des produits et réduisent les déchets.
Contrôles non destructifs : La radiographie industrielle utilisant des sources d’américium permet aux ingénieurs d’inspecter les soudures, les pièces moulées et les structures à la recherche de défauts sans endommager les matériaux testés.
Exploration pétrolière et gazière : Les sources de neutrons américium-béryllium sont des outils essentiels pour les géologues pétroliers. Elles aident à localiser les ressources souterraines et à optimiser les opérations de forage.
Étalons de laboratoire : Les centres de recherche utilisent l’américium comme étalon de référence pour étalonner les équipements de détection des rayonnements et étudier la chimie des éléments actinides.
Note de sécurité : Bien que l’américium ait des applications pratiques, toutes ses utilisations sont strictement réglementées. Les détecteurs de fumée endommagés doivent être éliminés correctement par l’intermédiaire de filières agréées et ne doivent jamais être jetés avec les ordures ménagères.
D’où il vient
0 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 0 % des éléments
Absence dans la nature : L’américium n’existe pas naturellement sur Terre. Il a peut-être été présent à l’état de traces lors de la formation de la Terre, il y a 4,6 milliards d’années, mais sa demi-vie relativement courte signifie que tout américium primordial s’est désintégré il y a longtemps.
Désintégration du plutonium : La majeure partie de l’américium est produite par la désintégration du plutonium 241 dans les déchets des réacteurs nucléaires. Le Pu-241 a une demi-vie de 14,4 ans et se désintègre en Am-241, qui s’accumule ensuite au fil du temps dans le combustible nucléaire usé.
Bombardement neutronique : L’américium peut également être produit en bombardant du plutonium 239 avec des neutrons dans des réacteurs nucléaires, bien que cette méthode soit moins courante que la production par désintégration du plutonium.
Opérations de retraitement : Les pays disposant de capacités de retraitement du combustible nucléaire peuvent extraire l’américium du combustible nucléaire usé. Cet américium est ensuite purifié pour être utilisé dans les détecteurs de fumée et les applications industrielles.
Défi de la gestion des déchets : L’américium présent dans les déchets nucléaires pose des problèmes de stockage à long terme en raison de sa demi-vie de 432 ans. Les conceptions avancées de réacteurs visent à transmuter l’américium en éléments à vie plus courte ou stables.
Fournisseurs limités : Seules quelques installations dans le monde produisent de l’américium à des fins commerciales, principalement aux États-Unis, en Russie et en Belgique. La production mondiale est mesurée en kilogrammes par an.
Défis d’approvisionnement : Les exigences particulières de production et de manipulation rendent l’américium coûteux et parfois sujet à des pénuries, ce qui stimule la recherche sur des technologies alternatives de détection des fumées.
Manipulation
Américium est radioactif. Il ne possède aucun isotope stable : chaque noyau se désintègre. Sa manipulation exige un blindage et des autorisations appropriés.
Émetteur alpha : L’américium 241 émet des particules alpha et possède une demi-vie de 432 ans. Bien que le rayonnement alpha ne puisse pas traverser la peau, l’américium présente de graves risques pour la santé s’il est inhalé, ingéré ou s’il pénètre dans l’organisme par des plaies.
Accumulation dans les os et le foie : S’il pénètre dans l’organisme, l’américium tend à s’accumuler dans les os et les tissus du foie, où il peut provoquer des dommages radiologiques à long terme, des cancers et des effets génétiques. Même de petites quantités peuvent présenter des risques importants pour la santé.
Risques liés à l’inhalation : La poussière ou les particules d’américium présentent le plus grand danger par inhalation. Des équipements de protection, notamment des appareils respiratoires et des systèmes de confinement, sont indispensables lors de la manipulation de toute source autre que scellée.
Sécurité des détecteurs de fumée : L’américium des détecteurs de fumée domestiques est contenu de manière sûre et ne présente aucun risque dans des conditions normales d’utilisation. Toutefois, les détecteurs endommagés ne doivent jamais être démontés et doivent être éliminés correctement dans le cadre de programmes agréés.
Élimination appropriée : Ne jetez jamais les détecteurs de fumée contenant de l’américium avec les ordures ménagères. De nombreux fabricants proposent des programmes de retour gratuits et de nombreuses collectivités organisent des collectes spéciales de matières radioactives.
Installations agréées uniquement : Les quantités commerciales d’américium doivent être manipulées uniquement par des installations nucléaires agréées disposant de moyens appropriés de confinement, de surveillance et d’élimination des déchets.
Intervention d’urgence : Toute contamination présumée à l’américium nécessite l’intervention immédiate de spécialistes de la radioprotection et peut exiger une évaluation médicale par des spécialistes de la médecine des rayonnements.
Réponses rapides
Américium (symbole Am) est l’élément 95 du tableau périodique, un actinide de la période 7. L’élément qui se trouve discrètement dans des millions de détecteurs de fumée à travers le monde. À température ambiante, c’est un solide et il est radioactif.
[Rn] 5f⁷ 7s² ; elle comporte 7 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 32, 25, 8, 2.Américium fond à 1449 K (1175.9 °C) et bout à 2284 K (2010.9 °C).
Américium n’a aucun isotope stable ; il n’a donc pas de masse atomique standard. La valeur indiquée, 243, est le nombre de masse de son isotope connu ayant la plus longue durée de vie.
Américium a une masse volumique de 12 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Américium est donc environ 12× plus lourd.
Américium a une électronégativité de Pauling de 1.13. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Une valeur aussi faible signifie qu’il cède facilement ses électrons externes, formant des ions positifs.
Américium a été découvert en 1944 par Seaborg, James, Morgan & Ghiorso. Il porte le nom de les Amériques.
Américium n’existe pas naturellement sur Terre en quantité significative — il est produit dans un réacteur ou un accélérateur.
Oui. Américium ne possède aucun isotope stable — chacun de ses noyaux se désintègre. Il n’existe pas dans la nature en quantités utilisables et doit être synthétisé.