¿Cuáles son los usos del elemento americio?

El americio o “Americium” como su nombre original en inglés, es un elemento químico radiactivo y producido sintéticamente, con ello damos por hecho que no se encuentra de forma primordial en la naturaleza.

El americio pertenece a una larga lista de elementos radiactivos hechos por el hombre y pese a ello encuentra ciertos usos en la cotidianidad, aunque no deja de generar ciertas preocupaciones sobre sus posibles efectos en nuestra salud.

De acuerdo con el Laboratorio Jefferson (jlab.org) el americio es un elemento metálico, radiactivo y producido sintéticamente, sólido a temperatura ambiente y ocupa el lugar 95 de la tabla periódica de los elementos.

Con símbolo químico Am y agrupado entre los actínidos. Es nombrado así pues fue creado en América en 1944, específicamente en la Universidad de Chicago, Estados Unidos.

Dediquemos una reseña más detallada para hablar de historia, las propiedades físicas, químicas y usos o aplicaciones del elemento americio.

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Origen e historia del americio

Para la Real Sociedad de la Química (RSC o Royal Society of Chemistry) el “americio primordial” se generó naturalmente durante la formación de la Tierra hace millones de años en locaciones de Oklo, Gabón.

Sin embargo, dado que el isótopo de vida más larga, el americio 243, posee una vida media de 7370 años, ningún isótopo sobrevivió hasta nuestros días.

El americio llegó a sintetizarse de forma accidental o no intencional en diversos experimentos nucleares.

Exceptuando tales hechos, el americio fue sintetizado, aislado e identificado de forma deliberada por el grupo de científicos Glenn T. Seaborg, Leon O. Morgan, Ralph A. James y Albert Ghiorso a finales de otoño de 1944.

El grupo interdisciplinario conformados por miembros de la Universidad de Berkeley, U. de Chicago y U. de California, trabajaron en el laboratorio de Metalúrgica de la Universidad de Chicago, hoy conocido como Laboratorio Nacional de Argonne.

Aunque completaron el hallazgo para 1944 ocultaron el descubrimiento por más de un año y fue publicado formalmente a finales de 1945.

El eminente grupo liderado por Glen T. Seaborg sintetizaron y aislaron de forma deliberada no solo al americio sino a un total de diez nuevos elementos, para la RSC el grupo “reorganizó la estructura de la tabla periódica”.

Como dato anecdótico la publicación formal de la existencia del americio no se llevó a cabo como es costumbre a través de un novel e inédito artículo científico. Sino de un guión de un programa de radio infantil de 1945 en el que Seaborg fue presentado como invitado.

Se trató del programa para niños Quiz Kids de la NBC. Seaborg y su grupo estaban decididos a presentar formalmente al americio ante la comunidad científica en los días cercanos a la entrevista por radio, por lo que ante la pregunta de si había descubierto nuevos elementos como el plutonio o neptunio Seoborg reveló detalles tanto del americio como del nuevo elemento número 96, más tarde bautizado como curio.

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El americio en la tabla periódica

El americio posee el número atómico 95 ocupando esa posición en la tabla periódica de los elementos. Forma parte del grupo de los actínidos que van de la posición 89 a la 103 de la tabla. Se ubica a la derecha del plutonio (Pu), a la izquierda del curio (Cm).

Los actínidos, como tal son un grupo de 15 elementos de los cuales el americio forma parte, reciben ese nombre por el elemento químico actinio (Ac) que encabeza el grupo.

Tienen en común su alto número atómico, junto al hecho de que en su mayoría son radiactivos, sintéticos y de tener presencia en la naturaleza lo hacen en muy pequeñas cantidades como el uranio (U).

Con un peso atómico de 243, al menos de su isótopo más estable, hace aparición en la tabla periódica debajo del europio (Eu) del grupo de los lantánidos.

Recordemos que el americio que es un elemento radiactivo de aspecto metálico y estado sólido. Es llamado el “tercer elemento de la serie transuránica” puesto que se genera mediante bombardeo de uranio o en su defecto plutonio con neutrones en reactores nucleares.

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Propiedades físicas del americio

El americio es un metal sólido a temperatura ambiente, altamente radiactivo, de apariencia plateada y brillante cuando se encuentra recién sintetizado; luego se empaña lentamente con el aire. Tiene una densidad de 13.69 gramos por centímetro cúbico.

Comparativamente con otros metales y actínidos el americio es suave y fácilmente deformable, tiene un “módulo de volumen” o resistencia a la compresión mucho menor que otros actínidos como: torio (Th), protactinio (Pa), uranio (U), neptunio (Np) y plutonio (Pu).

Según el Laboratorio Jefferson (jlab.org) el americio funde a 1173 grados centígrados (2149 grados Fahrenheit) mucho más que el plutonio que se funde a tan solo 639 ° C. Posee un punto de ebullición de 2011 grados centígrados (3652 ° F).

El americio posee ciertas formaciones o estructuras cristalinas que cambian ante alteraciones de la presión y la temperatura, ese cambio de estructura cristalina, entre otras características, hace que sean un tanto inciertas algunas variables comunes como la resistividad eléctrica.

Al respecto, ésta puede variar entre unos 2 µOhm cm cuando se encuentra suspendido en helio líquido, llegando hasta 69 µOhm cm a temperatura ambiente.

Se dice que el americio es “paramagnético”, es decir, posee la propiedad para alinearse paralelamente a los campos magnéticos a los cuales es expuesto, siendo apenas levemente atraído por un campo magnético. Propiedad que lo diferencia de forma importante de su vecino el curio.

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Propiedades químicas del americio

El isótopo más estable de americio el Am-243 posee una masa atómica de 243 y una vida promedio de 7,370 años; posee además otros 19 isótopos radiactivos creados en laboratorio.

Otro isótopo relativamente estable es el Am-241 con una vida media de unos 430 años. Otros isótopos del Am pueden sobrevivir escasamente horas como el Am-242 con una vida media de apenas 16.02 horas.

El estado de oxidación más común del Am es el +3, reacciona fácilmente con el oxígeno y es bastante estable contra la oxidación y la reducción.

Tres óxidos de americio son conocidos bajo los estados de oxidación +2 (AmO), +3 (Am2 O3) y +4 (AmO2).

A continuación la configuración electrónica del americio.

1s 2

2s 2 2p 6

3s 2 3p 6 3d 10

4s 2 4p 6 4d 10 4f 14

5s 2 5p 6 5d 10 5f 7

6s 2 6p 6

7s 2

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¿Cuáles son los usos y aplicaciones del americio?

Para Livescience.com el americio como elemento y sus isótopos por ser inestables y nocivos para la salud tienen “pocos pero importantes usos”.

El uso principal del americio se relaciona con los detectores de humo que se encuentran en casi todos los edificios y su uso potencial para impulsar en un futuro a las naves espaciales.

Detectores de humo por ionización

El americio es usado en cantidades extremadamente pequeñas en los detectores de humo como fuente de radiación ionizante.

De acuerdo con el dominio en inglés de Wikipedia la cantidad de Am en un detector de humo nuevo es de 0.29 microgramos.

Se corresponde con el isótopo de Am-241 con vida media de 430 años. A los 19 años de uso del detector, el americio en él contenido contendrá un 3 por ciento de neptunio (Np), nivel que sobrepasará un 5 por ciento a los 32 años.

La radiación (partículas alfa) llena una cámara de ionización dentro del detector.

Tal radiación permite que una pequeña corriente eléctrica cruce una brecha entre dos electrodos dentro de la cámara. Las partículas de humo absorben algo de la radiación, reducen la ionización e interrumpen la corriente activando la alarma.

Se dice que el detector de humo por ionización es mucho más económico que el detector de funcionamiento óptico y puede identificar partículas de humo mucho más pequeñas.

Sondas neutrónicas

Un compuesto de americio y berilio (Be) se usa como emisor de neutrones en una sonda neutrónica, que se utiliza para medir la cantidad de agua en el suelo y el registro de pozos. Su uso puede extenderse para medir la cantidad y densidad de humedad durante la construcción de carreteras.

Los neutrones emitidos por la sonda colisionan con los átomos de hidrógeno del agua. El hidrógeno absorbe algo de la energía de los neutrones, de modo que los neutrones reflejados se mueven más lentamente que los emitidos.

Al medir los neutrones reflejados, la sonda puede dar una medida bastante adecuada del contenido de agua sin necesitar de quitar una muestra del suelo.

El americio en espectrómetros

El Am-241 se usa como fuente de rayos gamma y partículas alfa con diversos fines tanto médicos como industriales.

Uno de ellos en el análisis indirecto de los materiales en radiografías, la espectroscopia basada en fluorescencia de rayos X y del lado comercial en medidores de densidad nuclear o densitómetros nucleares.

Producción de otros elementos

Como el americio es radiactivo y sus isótopos se descomponen hacia otros materiales, es útil para crear otros elementos como el einstenio (Es), el dubnio (Db), el berkelio (Bk) y el curio (Cm).

La mayoría de estos otros elementos se usan con fines de investigación, aunque también tienen potenciales aplicaciones propias.

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Usos propuestos del Americio

El americio se ha propuesto como una potencial fuente de combustible en vuelos espaciales con propulsión nuclear.

La Agencia Espacial Europea está considerando el uso de americio como fuente de combustible en lugar de otras alternativas como el plutonio, debido a que es más fácil de obtener y tiene una vida media más larga.

Americio, preocupaciones en salud

Recordemos que el americio es un elemento ciertamente radioactivo y puede ser peligroso cuando se maneja incorrectamente, podría provocar enfermedades graves. Por tal particularidad el Am solo debe manipularse en un laboratorio bajo condiciones controladas.

Debido a que no se encuentra de forma natural en el medio ambiente, hay muy poca probabilidad de que los humanos o animales se vean afectados por el Am a menos que estén muy cerca de los reactores nucleares basados ​​en el plutonio.

En caso de ingesta o absorción por cualquier razón, buena parte del americio se excreta en pocos días, un 0,05% se absorbe a través de la sangre del cual, una tercera parte va a los huesos, otro tercio al hígado donde puede formar depósitos de entre 20 a 50 años.

En tales casos el americio puede promover la aparición de células cancerosas producto de su radiactividad.

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Datos curiosos acerca del americio

Resumimos algunos otros detalles acerca del americio que pueden llamar nuestra curiosidad:

¿Sabías que requieres una tonelada de combustible nuclear para producir apenas 100 gramos de isótopos de Americio? Los resultados serán en su mayoría Am-241 y en mínima proporción Am-243, es una de las razones por las cuales resulta tan costoso.

El americio se puso a la venta por primera vez en 1962, desde entonces su costo ha permanecido casi invariable, pues los métodos para producirlo prácticamente son los mismos.

Un gramo de isótopo de americio 241 tiene un valor de aproximadamente USD 1,500, mientras que su variante más pesada y escasa el Am-243 puede tener un costo que oscila entre los USD 100,000 a 160,000 por gramo.

Hay probabilidades de que el americio aparezca de forma nativa o primordial en minerales de uranio debido a reacciones nucleares, sin embargo, las cantidades pueden ser tan pequeñas que se hacen imperceptibles.

Hay preocupación respecto a la deposición de los detectores de humo basados en ionización y su paradero a los vertederos de basura. En 1994 David Hahn un joven de 17 años hurtó unos cien detectores de humo e intentó construir un “reactor reproductor casero”. Muere en 2016, a los 39 años de forma “accidental”.

En 1976 Harold McCluskey un técnico de operaciones químicas estuvo expuesto accidentalmente a 500 veces el estándar laboral permitido para el isótopo de americio-241, tenía 64 años. Su muerte se produce once años después por una enfermedad preexistente no vinculada.

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