Frontiers in Chemistry

GRAPHICAL ABSTRACT

Introdução

Elemento #61 foi originalmente chamado de “prometheum”, por sugestão da esposa de um dos seus descobridores, em honra do herói mítico Prometheus (Promécio, o Novo Nome para o Elemento 61, 1948), que roubou o fogo de Zeus e passou-o para as pessoas (Greenwood e Earnshaw, 1997a). O nome foi concebido para enfatizar não só o método de obtenção de um elemento usando energia de fissão nuclear, mas também a ameaça de punição para os instigadores da guerra., De acordo com a mitologia grega, Zeus castigou prometeu acorrentando-o a uma rocha para ser rotineiramente torturado por uma águia (Cantrill, 2018). In 1950, The International Atomic Balance Commission gave element # 61 its modern name “promethium,” while all the old names, illinium (Harris et al., 1926), florence, cyclonium, and prometheum, were rejected.

Promécio (Pm) é conhecido como o único elemento no lantanídeos série da tabela periódica, sem isótopos estáveis (Burke, 2019); ele ocorre na crosta terrestre em apenas pequenas quantidades em alguns minérios de urânio., Sofre decaimento radioativo de dois tipos: captura de elétrons e emissão beta negativa (Greenwood e Earnshaw, 1997b). Todo o promécio, que poderia ter existido na terra quando se formou, teria desaparecido em 10 mil anos.,

sola do Sintéticas Promécio

Promécio, o final lantanídeos para ser adicionado à tabela periódica, adquiriu a sua prova inegável da existência em 1945 (uma descoberta que não foi tornado público até 1947) pelos EUA químicos Jacó Marinsky, Lawrence Glendenin e Charles Coryell (Guillaumont, 2019), que isolaram a isótopos radioativos 147Pm e 149Pm de urânio produtos de cisão em Clinton Laboratórios (TN, EUA). A fissão térmica induzida por neutrões de 235U tem um rendimento cumulativo de 147pm (CY) de 2,25% (Inglaterra e Rider, 1994). Isto significa que para cada 100 fissões de 235U, existem 2.,25 átomos de 147Pm produzidos. O cy 149Pm para a fissão térmica induzida por neutrões de 235U é de apenas 1,08%. A cromatografia de troca iônica foi posteriormente utilizada para estabelecer de forma convincente a identificação de Pm (McGill, 2000).os isótopos chave de promécio são apresentados na Tabela 1; as suas aplicações serão descritas em todo o corpo principal da presente mini revisão.

A data, 38 diferentes isótopos de Pm são conhecidos, variando na meia-vida de <1 µs, para 17,7(4) anos (145Pm) (Maio e Thoennessen, 2012; McLennan, 2018). Para uma descrição detalhada dos isótopos de promécio que foram descobertos até à data, ver (Maio e Thoennessen, 2012).produtos de cisão no combustível nuclear normalmente utilizados como fonte principal das 147Pm (Broderick et al., 2019)., Até a década de 1970, Oak Ridge National Laboratory era rico com 147Pm que tinha sido obtido através de um método tradicional em Hanford, Washington (McLennan, 2018). Actualmente, o inventário do Laboratório Nacional de Oak Ridge deixou de armazenar o promécio, uma vez que o processamento de combustível nuclear nos EUA foi interrompido, e não existem actualmente fontes substanciais de 147Pm., No entanto, de forma idêntica ao 155Eu e 171Tm, há uma oportunidade para produzir 147Pm por captura de neutrões de 146Nd para 147Nd, que β-decai para 147Pm, através de β− decadência do 147Nd, seu antecessor, com um menor meia-vida de cerca de 11 d (Knapp, 2008).

principais propriedades físicas e químicas

em 1974, o promécio metálico foi reduzido do óxido de promécio com tório metálico a 1.600°C, com posterior destilação do promécio numa cúpula de quartzo., Utilizando este método, estabeleceu-se a temperatura de fusão e a temperatura de transformação de fase do promécio: 1042 ± 5°C e 890 ± 5°C, respectivamente (Angelini e Adair, 1976). O ponto de ebulição do promécio é ~3.000 ° c (McLennan, 2018).

o raio iônico do promécio é de 110 pm (em coordenação de 8 vezes), que é muito semelhante aos seus elementos vizinhos, neodímio (112 pm) e samário (108 pm) (McLennan, 2018). Assim, a semelhança próxima em raios iônicos e o mesmo estado de oxidação comum (+3) torna difícil separar Pm de Nd e Sm (Balaram, 2019)., Quando não isótopos estáveis existir, deduções sobre as propriedades químicas podem ser elaborados a partir de conhecidos substitutos químicos (em caso de promécio, outros elementos de terras raras) (Contaminação Radiológica dos Oceanos: Supervisão Audiências Perante a Subcomissão de Energia e Ambiente da Comissão Interior e Insular, os Assuntos da câmara dos deputados, Noventa-iv Congresso, Segunda Sessão, em Assuntos Pertinentes à, 1976)., O principal Pm3+ compostos incluem: Pm(OH)3 (marrom claro), Pm2O3 (amarelo-branco), PmCl3 (amarelo), Pm(NO3)2 (rosa), PmF3, Pm2(C2O4)3·10H2O e Pm2(SO4)3 (Da e Jincheng, 2000; Sharma, 2001). Pm Pode também representar um estado de oxidação de +2. Propriedades termodinâmicas de Pm2+ indicam que, similarmente a NdCl2 e SmCl2, PmF2 estáveis, PmCl2 e PmI2 também podem ser obtidas (Sharma, 2001).

Fontes de energia

Promécio-147 é usado em baterias atômicas de longa vida (Flicker et al.,, 1964), em que amostras de promécio em pequena escala são inseridas em uma matriz de semicondutores para transformar sua emissão beta em eletricidade (Matheson, 1975). A energia beta média de 147Pm é de 62 keV (Shao et al., 2017). As baterias Pm podem ser usadas nos casos em que outros tipos de baterias seriam extremamente pesadas, por exemplo, satélites ou sondas espaciais (VL, 1956). As baterias de radioisótopos geralmente são termoelétricas (contendo Pu ou Am) (Wiss et al.,, 2017) baseado no calor gerado pelo decaimento radioativo, ou betavoltaico (alphavoltaic) baseado na geração de pares de elétrons/buracos em um semicondutor (como 147Pm ou outros isótopos como trítio ou 63Ni) (Gale et al., 1975; Purdy, 1986; Spencer and Chandrashekhar, 2013; Murphy et al., 2019; Xue et al., 2019). As baterias betavoltaicas, em comparação com as baterias termoelétricas (Matheson, 1975), são caracterizadas por um tamanho menor e um preço mais razoável. Betavoltaics também têm a característica de menor potência ou corrente (do que Baterias termoelétricas ou mesmo de íon Li, por exemplo) (Gale et al.,, 1975; Chandrashekhar et al., 2006, 2007; Olsen et al., 2012; Murphy et al., 2019). Eles são úteis quando a baixa energia é necessária por períodos de anos. Infelizmente, o seu período de serviço não excede actualmente dez anos. Os mais recentes avanços na tecnologia de betavoltaics, no entanto, são esperados para prolongar o período de Serviço para quinze anos. Por exemplo, Betacel®, uma bateria betavoltaica, satisfaz os padrões de corrosão e cremação e é adequado para uso clínico (Spencer e Chandrashekhar, 2012) e em pacemakers cardíacos (Smith et al., 1975; Purdy, 1986)., Promécio-147 alimentado microbatteries, com uma vida útil de até 5 anos e uma média de densidade de potência de 5 mW/cm3 são candidatos adequados para marcapassos implantáveis (Gasper e Ulcerar, 1975; Rosenkranz, 1975; Duggirala et al., 2007), onde a energia elétrica útil é convertida a partir de energia de decaimento isotópico (Wheelwright e Fuqua, 1975; Greatbatch, 1980).apesar de sua vasta aplicação em baterias betavoltaicas, promécio também pode ser usado em geradores termoelétricos de radioisótopos para fornecer eletricidade para sondas espaciais (Choppin et al., 2013)., Finalmente, o promethium também encontrou seu uso como uma fonte direta de calor isotópico ligeiramente protegida (Fullam e Van Tuyl, 1969; McNeilly e Roberts, 1969).

fontes portáteis de raios-X

embora promécio-147 tenha baixa emissão gama( Artun, 2017), é uma fonte de raios-β moles (Malson et al., 1980). Irradiação de elementos pesados com partículas β gera radiação de raios X (Ellis-Davies et al., 1985; Labrecque et al., 1986), portanto, promécio deve ser manuseado estritamente de acordo com as normas de segurança. Radiação de raios X é gerada quando um emissor beta particular, 147Pm (Sumiya et al.,, 1993; Llasat et al., 2017), interage com certos elementos d como cobalto, irídio, ródio, platina, níquel, ouro, e suas misturas. As fontes de radiação normalmente consistem de um substrato com uma superfície de metal não-radioativo, uma camada de metal de um isótopo radioativo 147Pm, e um metal não-radioativo com um elevado número atômico.medições

medições

com base no promécio-147, uma fonte beta de energia comumente utilizada, sensores foram desenvolvidos que podem medir filmes tão finos quanto 2.54–5.08 µm (Sneller, 1979; Brown and Coats, 1981). Por exemplo, Adaptive Technologies Industries, Inc., (ATI) oferece uma técnica moderna baseada na bitola beta digital de estado sólido, que permite obter medições em tempo real. Nos indicadores ATI, a atenuação das partículas β é utilizada para medir a espessura ou a massa dos materiais, incluindo plásticos, papel e metal. Uma fonte de radiação e um detector de radiação são os dois constituintes principais de uma bitola ATI. Coloca-se uma amostra global de partículas por cima do material investigado e coloca-se um detector em baixo. O detector conta a quantidade de radiação que passa através do material. Se a folha de metal ficar muito fina, mais radiação passa., A técnica também é utilizada para medir o peso do revestimento e da base (Typpo, 2000; How beta gauge works, 2019).

Promécio-147 como fonte de radiação também é usado para determinar a espessura das folhas azedas e citrinos de Lima doce que têm 10-40 mg/cm2 de espessura. Curiosamente, esta técnica de medição de raios β também pode medir as mudanças no conteúdo de água das folhas causadas por molhos e ciclos de secagem que ocorrem no solo (Bielorai, 1968)., Alternativamente, os isótopos 14C e 204Tl também foram usados para várias medições da espessura da massa das folhas (Takechi e Furudoi, 1970; Saini e Rathore, 1983). A atenuação da radiação β a partir de 147Pm pode ser usada em sondas miniatura para medições em tempo real da suspensão de poeira na gama de concentração de 0,1-2.0 kg/m3 (Slezak e Buckius, 1983). Além disso, o promethium-147 é usado como uma fonte de ionização em Detectores de captura de elétrons para analisar pesticidas em ambientes de água (Lubkowitz e Parker, 1971).,outra aplicação do promécio como um detector puro de captura de elétrons é a medição do tempo médio de confinamento dos raios cósmicos antes de sua fuga da galáxia (ou seja, sua vida), que é um parâmetro importante na avaliação das fontes e propagação dos raios cósmicos dentro da galáxia. É medido comparando a abundância de raios cósmicos de vários isótopos Tc e Pm com os de isótopos estáveis vizinhos., Os isótopos radioativos, que são mais úteis (143Pm e 144Pm) em “relógios cósmicos”, são aqueles com tempos de decaimento comparáveis ao tempo de confinamento (Drach e Salamon, 1987).Lasers

Lasers

Pm é aplicado em lasers que são utilizados para comunicar com submarinos submersos (sistemas de comunicação laser satélite-submarino ou simplesmente SLC). O espectro de fluorescência de Pm3+ é dominado pelas transições em nominalmente 933 e 1098 nm (Krupke et al., 1987), respectivamente. À temperatura ambiente, estes colectores estão termicamente desocupados, um facto que permite uma acção laser de quatro níveis A T ≈ 295 K., A elevada eficiência dos lasers de partículas e o seu funcionamento a 919 nm tornam o ião Pm3+ adequado para utilização em transmissores laser SLC de Estado Sólido (Shinn et al., 1988). Os lasers de promécio de estado sólido têm sido bombeados por agregados de díodos 2-D que funcionam a 770 nm (McShea et al., 1988).

iluminação

fontes de Luz Auto-luminosas para Relógios LCD que incluem uma camada fluorescente contendo promécio estão entre as mais difundidas (Takami, 1980)., Promécio, sendo geralmente encontrado na forma oxidada, não é prejudicial para a estrutura do fósforo e a luminosidade do material diminui relativamente lentamente (Takami e Matsuzawa, 1981). Além disso, as tintas baseadas em isótopos de promécio, com uma semi-vida de cerca de 2 anos, são mais seguras do que alternativas de rádio. Promécio-147 é amplamente utilizado não só como dispositivos de iluminação noturna, mas também como fontes de luz auto-sustentável, ativando fósforo sulfeto de zinco Com β-radiação de 147Pm (Ravi et al., 2001). Outra utilização de partículas está em fosforos para destacar vários rótulos sem consumo de energia., Após a descoberta da radioatividade, o rádio agiu nessa capacidade até que seu dano foi revelado. Compostos de promécio, no entanto, acabou por ser inofensivo fósforo radioativo (Rafi E Rosli, 2018). Portanto, o promécio encontrou o seu lugar em tintas fluorescentes. Os compostos de promécio usados para fazer a característica “verde de mola média” (azul pálido-verde) (Emsley, 2011) brilho são geralmente Pm2O3 ou Pm(OH)3 (Takami e Matsuzawa, 1981; Ravi et al., 2001; Rafi E Rosli, 2018)., Por exemplo, o promécio foi usado para iluminar instrumentos nos Módulos de pouso Apollo durante as expedições lunares (English et al., 1973).

cuidados de saúde

147pm selado não representa perigo devido a ser facilmente protegido (Drumheller, 1968); ao contrário, promécio mal guardado torna-se um perigo ambiental.o efeito da ingestão de promécio foi amplamente estudado em animais, incluindo ratos, coelhos, porcos e cães., Quando absorvido por Ratos, o promécio é predominantemente retido nos ossos, bem como nas pontas das vilosidades do intestino delgado distal do tracto gastrointestinal, com metade da dose restante uma semana após a sonda (Sullivan et al., 1984). Experiências mais recentes na pele dos ratos ilustraram as formas de penetração dos radionuclídeos (Kassai et al., 2003). Para identificar a penetração dos iões Pm3+ na membrana celular, bem como a distribuição extracelular e celular do promécio, foi realizado um estudo sobre o músculo liso da aorta coelho., No decurso do estudo, verificou-se que quantidades significativas de promécio não se acumulam no interior e não são excretadas pelas células, mas a sua distribuição é adequadamente descrita pela dessorção a partir de fibras acessíveis a partir da superfície (Weiss, 1996). Quando a pele de suíno é exposta a doses superficiais de promécio (até 10 Krad), as partículas β Não afectam a natureza da dependência da dose dos parâmetros das células basais epidérmicas (Zavialov et al., 1977)., Quando absorvido por porcos, foi demonstrado que a maior parte do promécio é retida nos ossos de forma semelhante aos resultados observados em ratos (Sullivan et al., 1984). Cinco meses e meio depois de beagles foram expostos a Pm2O3 aerossóis, promécio foi encontrado em órgãos de cães, principalmente nos pulmões (44%), bem como no esqueleto (24%) e no fígado (22%) (Stuart, 1966).surpreendentemente, desde o início dos anos 80 pouco foi descoberto sobre o efeito do promécio nos órgãos humanos; no entanto, os tecidos ósseos são possíveis candidatos (dados metabólicos do promécio, 1981)., O Promethium-147 pode ser identificado e analisado na urina e fezes utilizando uma simples técnica de co-precipitação, que se aplica principalmente aos excrementos de antigos empregados de fábricas de processamento de promécio (Berk e Moghissi, 1985). Em caso de inalação de tintas luminosas contendo promécio, a maior parte se instala nos pulmões, praticamente não excretada. Poucos dias após a inalação devido a fagocitose, a atividade é observada como” hotspots ” em macrófagos em epitélio brônquico e paredes alveolares, principalmente na periferia dos lóbulos pulmonares (Kraus, 1976)., Em caso de ingestão, o promethium-147 passa pelo aparelho digestivo sem ser absorvido pelas paredes do intestino grosso inferior; as doses de radiação podem ser medidas através do exame das fezes humanas (Vennart, 1967).na medicina, a terapêutica com promethium beta pode curar a radiculite lombosacral (Purdy, 1986). Em um hospital de Genebra, 142Pm foi usado em um gerador in vivo para a tomografia pré-clínica de emissão de positrões (Beyer e Ruth, 2003). O Promethium-149, por sua vez, como emissor beta de média energia, é um radilolantanido adequado para radioterapia orientada para receptores (Studer et al., 2019)., Uma grande vantagem de 149Pm é sua baixa intensidade de emissão de raios γ imageable (286 keV), que fornece rastreamento in vivo da dose terapêutica (Hu et al., 2002).além disso, o promethium pode prevenir a perda de cabelo, promover o crescimento do cabelo e a formação de cabelo preto, bem como remover ou mesmo prevenir caspa (Kim e Choi, 2014).

Conclusions, Outlook, and Outer Space

Aqui, temos resumido a história, as técnicas de síntese e as principais aplicações do promécio., Embora o pico de interesse na Pm tenha sido na década de 1980, tem recebido recentemente uma atenção renovada: por exemplo, promethium é destaque entre os materiais estratégicos no ano modelo 2013 Ford Fiesta, Focus, Fusion E F-150 (Field et al., 2017).

espera-se que a futura pesquisa sobre Pm nos traga para o espaço exterior. Promécio é usado como um protótipo de fonte de radiação em tentativas de simular as condições espaciais na Terra (Hellweg et al., 2007). Uma vez que a radiação cósmica é identificada como a mais perigosa para a saúde da tripulação que participa em missões interplanetárias de longo prazo (e.g.,, Mars), 147Pm radiation is used in biological experiments aimed to determination of the allowed irradiation dose range of human embryonic kid cells survival (Hellweg et al., 2008).

em 2004, foi reportada a possível identificação de partículas no espectro de HD 965 e HD 101065 (Cowley et al., 2004). O reconhecimento baseou-se em métodos estatísticos e tradicionais de identificação de linha (Fivet et al., 2007). Promécio também é ocasionalmente encontrado como poucos átomos do decaimento de urânio detectado no espectro estelar hr 465 de Andromeda., A estrela está evidentemente fabricando Pm em sua superfície, levando em conta que nenhum isótopo Pm com meia-vida maior do que a de 145Pm pode existir. Assim, a origem esquiva de Pm no espaço exterior ainda está por explicar (Emsley, 2011).

contribuições do autor

VE foi responsável pela pesquisa e análise da literatura e preparação inicial do projeto. A MK foi responsável pela formulação dos objectivos da mini-revisão e pela finalização do projecto inicial. Ambos os autores contribuíram para o artigo e aprovaram a versão submetida.,

conflito de interesses

os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

agradecimentos

os autores reconhecem Diana Savchenko pela criação de um resumo gráfico brilhante. A inspiração para o título foi extraída do poema Ulysses de Alfred Tennyson (Tennyson, 1842).