61 Pm プロメチウム 145*
ランタノイド fブロック 6周期 放射性 人工

プロメチウム

Pm · 元素 61 · ランタノイド

安定同位体を持たない唯一のランタノイドで、崩壊してなくなったため、原子炉で作らなければなりませんでした。

20°Cでの状態 固体
原子量 145 u
電子配置[Xe] 4f⁵ 6s²

構造

プロメチウムの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

物性表

各バーは、その性質についてプロメチウムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

密度 7.26 g/cm³ 46%
融点 1315 K 57%
沸点 3273 K 68%
比熱 0.18 J/g·K
熱伝導率 17.9 W/m·K 45%

原子

原子半径 183 pm 72%
共有結合半径 199 pm
ファンデルワールス半径 236 pm

電子

電気陰性度 1.13 14%
イオン化エネルギー 538.4 kJ/mol 13%
電子親和力 —

存在

地殻中の存在度 0 mg/kg 0%

同一性

元素記号Pm
原子番号61
原子量145 u
分類ランタノイド
ブロックf
結晶構造菱面体晶
酸化数+3
発見年1945
発見者Marinsky, Glendenin & Coryell

出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

プロメチウムの原子はどのくらいの大きさですか?

半径183 pmです。これは0.183 nmなので、約2.73百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

プロメチウムは、1315 Kから3273 Kまでの1958 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

プロメチウムはランタノイド系列に位置し、メインのグリッドの下に表示されます。

その他のランタノイド

ランタノイドのすべて

物語

プロメチウムとは何か、そしてどのように発見されたか

安定同位体を持たない唯一のランタノイドで、崩壊してなくなったため、原子炉で作らなければなりませんでした。

プロメチウムの発見

🔍 未発見元素の謎

メンデレーエフの予測(1869年)

ドミトリ・メンデレーエフが周期表を整理した際、ネオジムとサマリウムの間に元素が存在すると予測し、それを「エカネオジム」と呼びました。約70年間、これは化学における最も elusive な未解決の空白であり続けました。

誤った主張と混乱(1900年代~1920年代)

複数の科学者が元素61の発見を主張しました:

  • 1902年:ボフスラフ・ブラウネルが希土類残渣中で発見したと考えました
  • 1914年:ヘンリー・モーズリーのX線研究がその存在を示唆しました
  • 1924年:イタリアの科学者がブラジル産モナザイトからの単離を主張しました

これらの主張はすべて、不十分な分離技術と隣接元素による汚染のため、後に誤りであることが証明されました。

オークリッジでの突破(1945年)

オークリッジ国立研究所のチャールズ・コーリエル、ジェイコブ・マリンスキー、ローレンス・グレンデニンは、マンハッタン計画中にウランの核分裂生成物からついに元素61を単離しました。高度なイオン交換クロマトグラフィーを用いて、この放射性元素を決定的に同定し、分離しました。

命名をめぐる論争(1945~1950年)

発見者たちは当初、原子時代にちなみ「アトミウム」と名付けることを提案しましたが、その名称は却下されました。数年にわたる議論の末、神々から火を盗んだギリシャ神話のティタン、プロメテウスにちなみ、核の火を人類が制御したことを象徴する「プロメチウム」を選びました。

科学的検証

この発見は、次の方法で確認されました:

  • 特徴的な崩壊パターンを示すベータ線分析
  • プロメチウム化合物のX線結晶構造解析
  • 原子量147を確認する質量分析
  • ランタノイドの性質を証明する化学分離
⚡ 歴史的意義:プロメチウムの発見はランタノイド系列の完成を示し、ウランより原子番号の小さい元素の周期表にあるすべての空白が、核合成によって埋められることを実証しました。

用途

プロメチウムの用途

🚀 高度な原子力用途

プロメチウムは、安定同位体を持たない唯一の放射性希土類元素であり、特殊な原子力技術で独自の役割を果たしています。プロメチウム-147は、比較的安全なエネルギー準位(225 keV)のベータ線を放出するため、太陽電池パネルが有効でない深宇宙ミッションに電力を供給する原子力電池に適しています。

宇宙探査技術

NASAなどの宇宙機関は、太陽エネルギーが不十分になる木星以遠へ向かう宇宙船に、プロメチウム放射性同位体熱電発電機(RTG)を利用しています。これらの小型電源は、土星、ウラン、恒星間空間へのミッションで機器に数十年にわたり安定した電力を供給します。

医学研究への応用

核医学では、プロメチウム-147は代謝過程や臓器機能を研究するためのベータ線放出トレーサーとして利用されます。比較的短い半減期(2.6年)により、患者の長期的な放射線被ばくを抑えながら詳細な画像化が可能です。

精密計測機器

高性能な科学機器では、半導体製造において極めて薄い材料を測定する厚さ計としてプロメチウムが使用されます。安定したベータ線放出により、マイクロエレクトロニクス製造の品質管理に不可欠な精密測定が可能になります。

特殊照明システム

非常口標識や航空機の計器盤では、プロメチウムの蓄光性が利用されています。ベータ線が蛍光体の被膜を励起し、外部電源なしで何年も持続する自給式の照明を生み出します。

⚠️ 特別な取り扱いが必要です:プロメチウムは放射性であるため、すべての用途で厳格な放射線安全手順と専用の封じ込めシステムが必要です。

🔬 特殊な科学用途

原子力電池

プロメチウム-147は、ペースメーカー、遠隔気象観測所、極限環境の科学機器に使用されるベータボルタイック電池に電力を供給します。これらの電池は保守なしで10~20年間安定した電力を供給できるため、近づきにくい設備にとって非常に価値があります。

夜光塗料技術

軍事および航空業界では、計器の文字盤、コンパスの目盛り、非常用照明システムにプロメチウムを使用した放射性発光塗料を利用しています。自発光性により、重要な用途で外部光源に依存する必要がなくなります。

研究所の機器

科学研究施設では、検出機器のベータ線校正にプロメチウム線源を使用し、原子核物理学の実験や環境モニタリングシステムで正確な測定を確保しています。

品質管理システム

製造業では、紙、プラスチック、金属シートの生産における厚さ監視システムでプロメチウム-147を利用し、材料に物理的に接触せずリアルタイムの品質保証を行っています。

🚀 新たな用途

  • モノのインターネット(IoT)センサー用マイクロ原子力電池
  • 深海探査機器の電源
  • 自律走行車のセンサー校正システム
  • 宇宙居住施設の非常用照明システム

起源

自然界での存在

地殻に0 mg/kg存在し、0%の元素より存在度が高い

🧪 特異な人工的起源

自然界での安定性がない

プロメチウムは、安定同位体を持たない唯一のランタノイドです。鉱床で見つかる他の希土類元素とは異なり、プロメチウムは自然界ではウラン鉱石中の核分裂生成物として、ごく微量しか存在せず、その濃度は事実上検出できないほど低いものです。

原子炉での生産

現在使用されているプロメチウムのほぼすべては、原子炉の運転によって生じます。最も有用な同位体であるプロメチウム-147は、特殊な研究用原子炉でネオジム-146に中性子を照射して生産され、世界全体で年間およそ1~2グラムが得られます。

恒星内元素合成

宇宙では、プロメチウムは恒星内の核過程で生成されますが、検出可能な量に蓄積する前に急速に崩壊します。天文学者は一部の変光星でプロメチウムのスペクトル線を確認しており、恒星内部の状態や元素合成の仕組みを理解する手がかりとなっています。

ウランの崩壊系列

天然のウラン-235の核分裂によってプロメチウム同位体が生じることがありますが、これらは数年から数十年以内に崩壊します。最もウランに富む鉱床でさえ、プロメチウム濃度は鉱石1キログラムあたり10⁻¹⁸グラム未満です。

研究室での合成

研究施設では、次の方法でプロメチウムを生産します:

  • ネオジム標的への中性子放射化
  • サマリウム試料へのイオン照射
  • 原子炉の核分裂生成物からの分離
  • 研究用量を得るための粒子加速器による合成
💎 究極の希少性:プロメチウムは地球上で最も希少な元素の一つとされ、世界全体の存在量は常に1キログラム未満と推定されています。

取り扱い

安全性

プロメチウムは放射性です。 安定同位体はなく、すべての原子核が崩壊します。 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。

☢️ 放射線安全が最重要です

放射線の危険性

主なリスク:プロメチウム-147は、最大エネルギー225 keVのベータ線(電子)を放出します。ベータ粒子の透過力は限られているため、外部被ばくのリスクは比較的低い一方、体内汚染は深刻な健康上の脅威となります。

個人用保護具

  • 白衣とニトリル手袋(二重着用)
  • 側面防護付きの安全眼鏡
  • 粉末を扱う際の呼吸用保護具
  • 個人用線量計バッジの着用が必要です

取り扱い手順

作業は陰圧の放射線用ドラフトチャンバー内で行う必要があります。可能な場合は遠隔操作器具を使用してください。プロメチウムの作業区域では、決して飲食や化粧をしないでください。すべての線源を厳格に在庫管理してください。

汚染の防止

作業面は吸収性の裏面プラスチック加工紙で覆う必要があります。研究室を出る前に、放射線検出機器で手、衣服、作業区域を確認してください。適切な洗浄液で表面を除染してください。

緊急時の手順

汚染事故:直ちに放射線安全責任者に通報してください。汚染された衣服を脱ぎ、十分にシャワーを浴びてください。体内被ばくの可能性について、医学的評価を受けてください。こぼれた物質の清掃には、専用の手順と機器が必要です。

保管要件

施錠され、標識のある放射線管理区域内の遮蔽容器に保管してください。温度記録と目視点検の予定を維持してください。線源は毎月棚卸しし、毎年漏えい検査を行う必要があります。

🚨 緊急時:プロメチウムに関連する事故や汚染の疑いがある場合は、直ちに所属機関の放射線安全責任者に連絡してください。

簡単な回答

プロメチウム:よくある質問

プロメチウムとは何ですか?

プロメチウム(記号Pm)は周期表の元素61で、6周期のランタノイドです。 安定同位体を持たない唯一のランタノイドで、崩壊してなくなったため、原子炉で作らなければなりませんでした。 室温では固体で、放射性です。

プロメチウムの電子配置はどのようなものですか?

プロメチウムの基底状態の電子配置は[Xe] 4f⁵ 6s²で、2, 8, 18, 23, 8, 2という分布の電子殻が6個あります。

プロメチウムの融点と沸点は何ですか?

プロメチウムの融点は1315 K(1041.9 °C)、沸点は3273 K(2999.9 °C)です。

プロメチウムの原子量は何ですか?

プロメチウムには安定同位体がないため、標準原子量はありません。記載されている145は、既知の同位体のうち最も長寿命なものの質量数です。

プロメチウムの密度はどのくらいですか?

プロメチウムの密度は7.26 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、プロメチウムの塊は約7.3倍重いです。

プロメチウムの電気陰性度はどのくらいですか?

プロメチウムのポーリング電気陰性度は1.13です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 このように低い値は、最外殻の電子を容易に放出して陽イオンを形成することを意味します。

プロメチウムを発見したのは誰で、いつですか?

プロメチウムは1945年にMarinsky, Glendenin & Coryellによって発見されました。 神々から火を盗んだPrometheusにちなんで名付けられました。

地球上でプロメチウムはどのくらい一般的ですか?

プロメチウムは地球上に意味のある量では自然に存在せず、原子炉や加速器で作られます。

プロメチウムは放射性ですか?

はい。プロメチウムには安定同位体がなく、その原子核はすべて崩壊します。 自然界には利用できる量で存在せず、合成する必要があります。