Fronteras de la Química

la TABLA 1

la Tabla 1. Isótopos clave de promethium.,

hasta la fecha, se conocen 38 isótopos diferentes de Pm, que varían en vida media desde < 1 µs a 17,7(4) años (145pm) (Mayo y Thoennessen, 2012; McLennan, 2018). Para una descripción detallada de los isótopos de promethium que han sido descubiertos hasta la fecha, Ver (May y Thoennessen, 2012).

los productos de fisión en el combustible nuclear solían ser normalmente la principal fuente de 147Pm (Broderick et al., 2019)., Hasta la década de 1970, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge era rico en 147Pm que se habían obtenido a través de un método tradicional en Hanford, Washington (McLennan, 2018). Hoy en día, el inventario del Laboratorio Nacional de Oak Ridge ya no almacena promethium ya que el procesamiento de combustible nuclear en los EE.UU. se ha detenido, y no hay fuentes sustanciales de 147pm en la actualidad., Sin embargo, de forma idéntica a 155Eu y 171Tm, existe la oportunidad de producir 147Pm por captura de neutrones de 146nd a 147nd, Que β-decae a 147pm, a través de β− decaimiento de 147nd, su predecesor con una vida media más corta de casi 11 d (Knapp, 2008).

principales propiedades físicas y químicas

en 1974, el prometio metálico se redujo del óxido de prometio con torio metálico a 1.600°C con una destilación adicional del prometio en una cúpula de cuarzo., Con este método se estableció la temperatura de fusión y la temperatura de transformación de fase del prometio: 1042 ± 5°C y 890 ± 5°C, respectivamente (Angelini y Adair, 1976). El punto de ebullición del Promethium es ~3,000°C (McLennan, 2018).

el radio iónico del prometio es de 110 pm (en coordinación de 8 veces), que es muy similar a sus elementos vecinos, neodimio (112 pm) y samario (108 pm) (McLennan, 2018). Por lo tanto, la estrecha similitud en los radios iónicos y el mismo estado de oxidación común (+3) dificultan la separación de Pm de Nd y Sm (Balaram, 2019)., When no stable isotopes exist, deductions regarding chemical properties may be drawn from known chemical surrogates (in case of promethium, other rare earth elements) (Radiological Contamination of the Oceans: Oversight Hearings Before the Subcommittee on Energy and the Environment of the Committee on Interior and Insular Affairs and House of Representatives, Ninety-fourth Congress, Second Session on Matters Pertaining to, 1976)., Los principales compuestos Pm3+ incluyen: Pm (OH) 3 (Marrón Claro), Pm2O3 (Amarillo Blanco), PmCl3(amarillo), Pm (NO3) 2(Rosa), PmF3, Pm2(C2O4)3·10H2O y Pm2 (SO4) 3 (Da y Jincheng, 2000; Sharma, 2001). Pm También puede representar un estado de oxidación de +2. Las propiedades termodinámicas de Pm2 + indican que, de manera similar a NdCl2 y SmCl2, también se pueden obtener PmF2, PmCl2 y PmI2 estables (Sharma, 2001).

fuentes de energía

Promethium-147 se utiliza en baterías atómicas de larga duración (Flicker et al.,, 1964), en la que se insertan muestras de promethio a pequeña escala en una matriz semiconductora para transformar su emisión beta en electricidad (Matheson, 1975). La energía beta media de 147Pm es de 62 keV (Shao et al., 2017). Las baterías de partículas pueden usarse en casos en que otros tipos de baterías serían extremadamente pesadas, por ejemplo, satélites o sondas espaciales (Vl, 1956). Las baterías de radioisótopos suelen ser termoeléctricas (que contienen Pu o Am) (Wiss et al.,, 2017) basado en el calor generado por la desintegración radiactiva, o betavoltaico (alfavoltaico) basado en la generación de pares electrón/agujero en un semiconductor (como 147Pm u otros isótopos como tritio o 63Ni) (Gale et al., 1975; Purdy, 1986; Spencer y Chandrashekhar, 2013; Murphy et al., 2019; Xue et al., 2019). Las baterías betavoltaicas, en comparación con las baterías termoeléctricas (Matheson, 1975), se caracterizan por un tamaño más pequeño y un precio más razonable. Los betavoltaicos también tienen la característica de menor potencia o corriente (que las baterías termoeléctricas o incluso de iones de litio, por ejemplo) (Gale et al.,, 1975; Chandrashekhar et al., 2006, 2007; Olsen et al., 2012; Murphy et al., 2019). Son útiles cuando se necesita poca potencia durante períodos de años. Desafortunadamente, su período de servicio actualmente no excede de diez años. Sin embargo, se espera que los avances más recientes en la tecnología betavoltaica prolonguen el período de servicio a quince años. Por ejemplo, Betacel®, una batería betavoltaica, satisface los estándares de corrosión y fuego de cremación y es adecuada para uso clínico (Spencer y Chandrashekhar, 2012) y en marcapasos cardíacos (Smith et al., 1975; Purdy, 1986)., Las microbaterías impulsadas por Promethium – 147 con una vida útil de hasta 5 años y una densidad de potencia promedio de 5 mW/cm3 son candidatos adecuados para marcapasos implantables (Gasper y Fester, 1975; Rosenkranz, 1975; Duggirala et al., 2007), donde la energía eléctrica útil se convierte a partir de la energía de desintegración isotópica (Wheelwright y Fuqua, 1975; Greatbatch, 1980).

a pesar de su amplia aplicación en baterías betavoltaicas, promethium también se puede utilizar en generadores termoeléctricos de radioisótopos para proporcionar electricidad a sondas espaciales (Choppin et al., 2013)., Finalmente, el promethium también ha encontrado su uso como una fuente de calor isotópica directa ligeramente blindada (Fullam y Van Tuyl, 1969; McNeilly y Roberts, 1969).

fuentes de rayos X portátiles

aunque promethium-147 tiene baja emisión gamma (Artun, 2017), es una fuente de rayos β blandos (Malson et al., 1980). La irradiación de elementos pesados con partículas β genera radiación de rayos X(Ellis-Davies et al., 1985; Labrecque et al., 1986), por lo tanto, el promethium debe manejarse estrictamente de acuerdo con las normas de seguridad. La radiación de rayos X se genera cuando un emisor beta particular, 147Pm (Sumiya et al.,, 1993; Llasat et al., 2017), interactúa con ciertos elementos d como cobalto, iridio, rodio, platino, níquel, oro y mezclas de los mismos. Las fuentes de radiación típicamente consisten en un sustrato que tiene una superficie metálica no radiactiva, una capa metálica de un isótopo radiactivo 147Pm, y un metal no radiactivo con un alto número atómico.

mediciones

basados en promethium-147, una fuente de energía beta comúnmente utilizada, se han desarrollado sensores que pueden medir películas tan delgadas como 2.54–5.08 µm (Sneller, 1979; Brown y Coats, 1981). Por ejemplo, Adaptive Technologies Industries, Inc., (ATI) ofrece una técnica moderna basada en un medidor beta digital de estado sólido, que permite realizar mediciones en tiempo real. En los medidores ATI, la atenuación de partículas β Se emplea para la medición de espesor o masa de materiales, incluidos plásticos, papel y metal. Una fuente de radiación y un detector de radiación son los dos componentes principales de un medidor ATI. Se coloca una muestra masiva de partículas por encima del material investigado y se coloca un detector por debajo. El detector cuenta la cantidad de radiación que pasa a través del material. Si la lámina de metal se vuelve demasiado delgada, pasa más radiación., La técnica también se emplea para mediciones de peso de capa y base (Typo, 2000; cómo funciona el calibre beta, 2019).

prometio – 147 como fuente de radiación también se utiliza para determinar el grosor de las hojas de cítricos de naranja agria y lima dulce que tienen un grosor de 10-40 mg/cm2. Curiosamente, esta técnica de medición de rayos β también puede medir los cambios en el contenido de agua de las hojas causados por los ciclos de humectación y secado que ocurren en el suelo (Bielorai, 1968)., Alternativamente, los isótopos 14C y 204Tl también se han utilizado para varias mediciones de espesor de masa de hojas (Takechi y Furudoi, 1970; Saini y Rathore, 1983). La atenuación de la radiación β A partir de las 147pm se puede utilizar en sondas en miniatura para mediciones en tiempo real de suspensión de polvo en el rango de concentración de 0,1-2,0 kg/m3 (Slezak y Buckius, 1983). Además, el prometio – 147 se utiliza como fuente de ionización en detectores de captura de electrones para analizar pesticidas en ambientes acuáticos (Lubkowitz y Parker, 1971).,

otra aplicación del promethium como un detector de captura de electrones puro es la medición del tiempo medio de confinamiento de los rayos cósmicos antes de su escape de la galaxia (es decir, su vida), que es un parámetro importante en la evaluación de las fuentes y propagación de los rayos cósmicos dentro de la galaxia. Se mide comparando las abundancias de rayos cósmicos de varios isótopos Tc y Pm con las de isótopos estables vecinos., Los isótopos radiactivos, que son más útiles (143Pm y 144pm) en «relojes cósmicos», son aquellos con tiempos de decaimiento comparables al tiempo de confinamiento (Drach y Salamon, 1987).

láseres

Pm se aplica en láseres que se utilizan para comunicarse con submarinos sumergidos (sistemas de comunicación láser de satélite a submarino o simplemente SLC). El espectro de fluorescencia de Pm3+ está dominado por las transiciones a nominalmente 933 y 1098 nm (Krupke et al., 1987), respectivamente. A temperatura ambiente, estos colectores están desocupados térmicamente, un hecho que permite la acción láser de cuatro niveles A T ≈ 295 K., La alta eficiencia de los láseres de Pm y el funcionamiento a 919 nm hacen que el ion Pm3+ sea adecuado para su uso en transmisores láser SLC de estado completamente sólido(Shinn et al., 1988). De estado sólido prometio, los láseres se han divulgado para ser bombeado por 2-D matrices de diodos de funcionamiento en 770 nm (McShea et al., 1988).

iluminación

las fuentes de luz auto-luminosas para relojes LCD que incluyen una capa fluorescente que contiene promethium se encuentran entre las más extendidas (Takami, 1980)., El Promethium, que se encuentra generalmente en la forma oxidada, no es perjudicial para la red de fósforo y la luminosidad del material disminuye relativamente lentamente (Takami y Matsuzawa, 1981). Además, las pinturas basadas en isótopos de promethium, que tienen una vida media de más de 2 años, son más seguras que las alternativas al radio. Promethium-147 es ampliamente utilizado no solo como dispositivos de iluminación nocturna, sino también como fuentes de luz autosostenibles activando el fósforo de sulfuro de zinc con radiación β De 147Pm (Ravi et al., 2001). Otro uso de Pm es en los fósforos para resaltar varias etiquetas sin consumo de energía., Después del descubrimiento de la radiactividad, el radio actuó en esta capacidad hasta que se reveló su daño. Los compuestos de prometio, sin embargo, resultaron ser fósforos radiactivos inofensivos (Rafi Y Rosli, 2018). Por lo tanto, el promethium encontró su lugar en pinturas fluorescentes. Los compuestos de prometio utilizados para hacer brillar el característico «verde medio primaveral» (azul-verde pálido) (Emsley, 2011) suelen ser Pm2O3 o Pm(OH)3 (Takami y Matsuzawa, 1981; Ravi et al., 2001; Rafi Y Rosli, 2018)., Por ejemplo, promethium fue utilizado para iluminar instrumentos en los módulos de alunizaje de Apolo durante las expediciones a la Luna (English et al., 1973).

Healthcare

sellado 147Pm no representa peligro debido a ser fácilmente blindado (Drumheller, 1968); por el contrario, promethium mal almacenado se convierte en un peligro ambiental.

el efecto de la ingesta de promethium ha sido ampliamente estudiado en animales, incluyendo ratas, conejos, cerdos y perros., Cuando es absorbido por ratas, el promethium se retiene predominantemente en los huesos, así como en las puntas de las vellosidades del intestino delgado distal del tracto gastrointestinal, quedando la mitad de la dosis una semana después del sondeo (Sullivan et al., 1984). Experimentos más recientes en la piel de ratas ilustraron las formas de penetración de radionucleidos (Kassai et al., 2003). Para identificar la penetración de iones Pm3 + en la membrana celular, así como la distribución extracelular y celular del prometio, se realizó un estudio en el músculo liso de la aorta de conejo., En el curso del estudio, se encontró que cantidades significativas de promethium no se acumulan en el interior y no se excretan de las células, pero su distribución se describe adecuadamente por desorción de fibras accesibles desde la superficie (Weiss, 1996). Cuando la piel de cerdo se expone a dosis superficiales de promethium (hasta 10 krads), las partículas β no afectan la naturaleza de la dependencia de dosis de los parámetros de las células basales epidérmicas (Zavialov et al., 1977)., Cuando es absorbido por los cerdos, se ha demostrado que la mayor parte del promethium se retiene en los huesos de manera similar a los resultados observados en el caso de las ratas (Sullivan et al., 1984). Cinco meses y medio después de la exposición de los beagles a los aerosoles Pm2O3, se encontró promethium en los órganos de los perros principalmente en los pulmones (44%), así como en el esqueleto (24%) y en el hígado (22%) (Stuart, 1966).

sorprendentemente, desde principios de los años 80 se ha descubierto poco con respecto al efecto que el prometio tiene en los órganos humanos; sin embargo, los tejidos óseos son posibles candidatos (datos metabólicos para prometio, 1981)., El prometio-147 se puede identificar y analizar en orina y heces utilizando una técnica simple de COP precipitación, que se aplica principalmente a los excrementos de ex empleados de plantas de procesamiento de prometio (Berk y Moghissi, 1985). En el caso de inhalación de pinturas luminosas que contienen promethium, la mayor parte se deposita en los pulmones, prácticamente no se excreta. Pocos días después de la inhalación debido a la fagocitosis, la actividad se observa como» puntos calientes » en macrófagos en el epitelio bronquial y las paredes alveolares, principalmente en la periferia de los lóbulos pulmonares (Kraus, 1976)., Si se ingiere, el promethium-147 pasa a través del tracto digestivo sin ser absorbido por las paredes de la parte inferior del intestino grueso; las dosis de radiación se pueden medir examinando las heces humanas (Vennart, 1967).

en medicina, la terapia beta con prometio puede curar la radiculitis lumbosacra (Purdy, 1986). En un hospital de Ginebra, se utilizó 142Pm en un generador in vivo para tomografía preclínica por emisión de positrones (Beyer y Ruth, 2003). Promethium-149, a su vez, como emisor beta de energía media, es una radilolantanida adecuada para la radioterapia dirigida al receptor (Studer et al., 2019)., Una gran ventaja de las 149Pm es su baja intensidad de emisión de rayos γ imagenables (286 keV), que proporciona un seguimiento in vivo de la dosis terapéutica (Hu et al., 2002).

Además, promethium puede prevenir la caída del cabello, promover el crecimiento del cabello y la formación de Cabello negro, así como eliminar o incluso prevenir la caspa (Kim y Choi, 2014).

conclusiones, perspectivas y espacio exterior

Aquí hemos resumido la historia, las técnicas de síntesis y las principales aplicaciones del promethium., Aunque el mayor interés en el Pm fue en la década de 1980, recientemente ha recibido una atención renovada: por ejemplo, el promethium se presenta entre los materiales estratégicos en los modelos Ford Fiesta, Focus, Fusion y F-150 de 2013 (Field et al., 2017).

Se espera que la futura investigación sobre Pm nos lleve al espacio exterior. Promethium se utiliza como fuente de radiación prototipo en los intentos de simular las condiciones espaciales en la Tierra(Hellweg et al., 2007). Dado que la radiación cósmica se identifica como la más peligrosa para la salud de la tripulación que participa en misiones interplanetarias a largo plazo (P.,, Mars), 147pm radiation is used in biological experiments aimed at determination of the allowed irradiation dose range of human embryonic kidney (Hek) cells survival (Hellweg et al., 2008).

en 2004, se informó de la posible identificación de Pm en los espectros de HD 965 y HD 101065 (Cowley et al., 2004). El reconocimiento se basó en métodos estadísticos y tradicionales de identificación de líneas (Fivet et al., 2007). El prometio también se encuentra ocasionalmente como pocos átomos de decaimiento de uranio detectados en el espectro estelar HR 465 de Andrómeda., La estrella está evidentemente fabricando Pm en su superficie, teniendo en cuenta que ningún isótopo de Pm con una vida media más larga que la de 145 pm Puede existir. Por lo tanto, el origen esquivo de las Pm en el espacio exterior aún no se ha explicado (Emsley, 2011).

contribuciones de los autores

VE fue responsable de la búsqueda y análisis de la literatura y de la preparación del borrador inicial. MK fue responsable de formular los objetivos del mini examen y finalizar el borrador inicial. Ambos autores contribuyeron al artículo y aprobaron la versión presentada.,

conflicto de intereses

los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran ser interpretadas como un potencial conflicto de intereses.

agradecimientos

Los autores agradecen a Diana Savchenko por la creación de un brillante resumen gráfico. La inspiración para el título fue tomada del poema Ulysses de Alfred Tennyson (Tennyson, 1842).