镅

镅已知的氧化物有三种，分别为AmO（二价）、Am₂O₃（三价）和AmO₂（四价）。一氧化镅只以微量制备，尚未详细表征。[35]三氧化二镅是一种棕红色固体，熔点为2205 °C。[36]镅的几乎所有应用用的都是二氧化镅固体。与多数其他锕系二氧化物相同，二氧化镅也是一种黑色固体，具立方晶体结构（氟石）。[37]

三价镅的草酸盐在室温下真空抽干后，化学式为Am₂(C₂O₄)₃·7H₂O。在真空中加热到240 °C后，当中的水会脱离，化合物会在300 °C时分解成AmO₂，分解过程大约在470 °C时完成。[22]这种草酸盐溶于硝酸当中，最大溶解度为0.25 g/L。[38]

镅卤化物的氧化态有+2、+3和+4，[39]其中+3态最为稳定，特别在溶液中。[40]

三价镅可用钠汞齐还原为二价镅盐，形成黑色的卤化物：AmCl₂、AmBr₂和AmI₂。这些盐很容易和氧反应，并会在水中氧化，释放氢气并变回三价镅。二氯化镅的晶体结构属于正交晶系，晶格常数为：a = 896.3 ± 0.8 pm，b = 757.3 ± 0.8 pm和c = 453.2 ± 0.6 pm。二溴化镅的晶体结构属于四方晶系，晶格常数为：a = 1159.2 ± 0.4和c = 712.1 ± 0.3 pm。[41]镅金属和相应的卤化汞（HgX₂，X可以是Cl、Br或I）也可以形成这些化合物：[42]

${\displaystyle \mathrm {\ Am\ +\ HgX_{2}\ {\xrightarrow {400-500^{\circ }C}}\ AmX_{2}\ +\ Hg\ } }$

三氟化镅（AmF₃）不易溶，在弱酸溶液中Am³⁺和氟离子反应后会沉淀出来：

${\displaystyle \mathrm {Am^{3+}\ _{(aq)}+\ 3\ F^{-}\ _{(aq)}\longrightarrow \ AmF_{3}\ _{(s)}\downarrow } }$

固态三氟化镅在与氟气反应后，会形成四氟化镅（AmF₄）：[43][44]

${\displaystyle \mathrm {2\ AmF_{3}\ +\ F_{2}\ \longrightarrow \ 2\ AmF_{4}} }$

另一种四价的氟化镅固体是KAmF₅。[43][45]镅在水溶状态时也会呈四价氧化态。要产生以上的氟化镅，须将黑色的Am(OH)₄溶于15 M浓度的NH₄F中，直到镅的浓度达到0.01 M为止。所得红色溶液的特征吸收光谱和AmF₄相似，但不同于镅的其他氧化态。当加热至90 °C时，四价镅溶液并没有发生岐化或还原反应，但的α粒子辐射使其自身逐渐还原为三价镅。[26]

大部分三价卤化镅都会形成六方晶体，其颜色及卤素原子间结构则各异。三氯化镅（AmCl₃）是红色的，结构与三氯化铀同型（空间群为P6₃/m），熔点为715 °C。[39]三氟化镅与LaF₃同型（空间群为P6₃/mmc），三碘化镅则与BiI₃同型（空间群为R3）。三溴化镅却例外，结构与正交晶体PuBr₃同型，空间群为Cmcm。[40]把二氧化镅溶于氢氯酸后进行蒸发，可形成镅的六水合物晶体（AmCl₃·6H₂O）。这些晶体具吸湿性，外表呈黄、红色，结构属于单斜晶系。[46]

把相应的卤化镅与氧或Sb₂O₃反应后，可制成镅的卤氧化物Am^VIO₂X₂、Am^VO₂X、Am^IVOX₂和Am^IIIOX，其中X表示卤素。通过气态水解过程则能够产生AmOCl：[42]

${\displaystyle \mathrm {AmCl_{3}\ +\ \ H_{2}O\ \longrightarrow \ AmOCl\ +\ 2\ HCl} }$

镅的已知氧族元素化合物包括镅的硫化物AmS₂、[47]硒化物AmSe₂和Am₃Se₄[47][48]以及碲化物Am₂Te₃和AmTe₂。[49]镅（²⁴³Am）能够和氮族元素磷、砷、[50]锑及铋形成化学式为AmX的化合物。这些化合物都是立方晶系的。[48]

单硅化镅（AmSi）及「二硅化镅」（实际上是AmSi_x，其中1.87 < x < 2.0）可通过在真空中使用单质硅还原三氟化镅形成，前者温度要在1050 °C，后者则须在1150至1200 °C。AmSi是一种黑色固体，与LaSi同构，具正交晶体结构。AmSi_x外表具亮银色光泽，晶体结构属于四方晶系（空间群为I4₁/amd），与PuSi₂和ThSi₂同构。[51]镅的硼化物包括AmB₄和AmB₆。在真空或惰性大气里将镅的某种氧化物或卤化物与二硼化镁一同加热，能够形成四硼化镅。[52][53]

(η⁸-C₈H₈)₂Am结构

镅能够与两个环辛四烯配位体形成类似于双(环辛四烯)合铀的金属有机配合物(η⁸-C₈H₈)₂Am。[54]镅也会和三个环戊二烯形成三角形的(η⁵-C₅H₅)₃Am配合物。[55]

延伸X光吸收细微结构（EXAFS）已证实，在含有n-C₃H₇-BTP和Am³⁺离子的溶液中，存在Am(n-C₃H₇-BTP)₃型的配合物，其中BTP指2,6-二(1,2,4-三嗪-3-基)吡啶。某些BTP型配合物只和镅相互作用，因此在提取镅的过程中相当有用。[56]

同位素^242m1Am（半衰期为141年）的热中子吸收截面最高（5,700靶恩）[58]，因此维持核连锁反应所需的临界质量很低。裸露的^242m1Am球体临界质量大约为9至14公斤（不确定性是由于缺乏有关其物质特性的数据）。加上金属反射体后，临界质量可降至3至5公斤，如果使用水反射体则更低。[59]这样小的临界质量有助于制造可移动核武器，但由于^242m1Am的稀少和昂贵，故未能实现。其余两个同位素²⁴¹Am和²⁴³Am的临界质量则相对更高：前者为57.6至75.6公斤，后者为209公斤。[60]同样由于稀少和昂贵，所以镅未能用作核反应炉中的核燃料。[61]

有科学家提出一种十分紧密的10 kW功率高通量反应炉，它只须使用20克^242m1Am。这种低功率反应炉可作较安全的中子源，供医院作放射性治疗。[62]

层析洗提曲线，能看出镧系的铽（Tb）、钆（Gd）和铕（Eu）与相应锕系的锫（Bk）、锔（Cm）和镅（Am）之间的相近之处。

几十年来，镅都是在核反应炉中少量生产的，至今²⁴¹Am和²⁴³Am同位素已达到几公斤的产量。[72]不过，由于分离过程极为繁复，自从1962年出售以来，每克²⁴¹Am的价格停留在1,500美元左右，并没有大幅变动。[73]较重的²⁴³Am同位素的单次产量则更少，分离过程也更为复杂，因此价格也更高，每毫克约售100至160美元。[74][75]

铀是反应炉中最常见的物质，但镅并不是从铀直接产生的，而是经过以下反应从钚同位素²³⁹Pu生成的。

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23.5\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2.3565\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu} }$

²³⁹Pu在吸收两颗中子（亦即(n,γ)反应）和一次β衰变以后，产生²⁴¹Am：

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{\ 94}Pu\ {\xrightarrow {2(n,\gamma )}}\ _{\ 94}^{241}Pu\ {\xrightarrow[{14.35\ yr}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 95}^{241}Am} }$

乏核燃料中存在的钚有12%是²⁴¹Pu。由于该同位素会自发变为²⁴¹Am，因此可以将它萃取出来，以生成更多的²⁴¹Am。[73]但是这一过程需时甚久，原先的²⁴¹Pu要在15年后才会有一半变为²⁴¹Am，而且²⁴¹Am的量在70年后，便不会再提升。[76]

产生出的²⁴¹Am在反应炉中经过中子捕获，可用作制造更重的镅同位素。在轻水反应堆（LWR）当中，79%的²⁴¹Am转变为²⁴²Am，10%转变为同核异构体^242mAm：[note 1][77]

79%:   ${\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{242}Am} }$

10%:   ${\displaystyle \mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ \ \ 95}^{242m}Am} }$

镅-242的半衰期只有大约16小时，因此进一步向上转化为²⁴³Am的过程效率很低。后者通常是在高中子通量下使²³⁹Pu捕获4颗中子形成的：

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{\ 94}Pu\ {\xrightarrow {4(n,\gamma )}}\ _{\ 94}^{243}Pu\ {\xrightarrow[{4.956\ h}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 95}^{243}Am} }$

大多数生成方式都会产生多种锕系元素的氧化物，镅要从这一混合物中分离出来。一般的过程将乏核燃料（混合氧化物核燃料）溶解在硝酸中，其中的钚和铀通过钚铀萃取法（PUREX）在一种烃中用磷酸三丁酯先提取出来。水溶残液中剩余的镧系和锕系元素再用酰胺萃取出来，在剥离后形成多个三价镧系、锕系元素的混合物。镅化合物的提取则用到层析法和离心分离法，[78]并需使用合适的试剂。科学家在镅的溶剂提取技术方面已经进行了许多的研究。例如，一项名为EUROPART的欧洲计划研究了包括三嗪在内的多个化合物是否适合作为萃取剂。[79][80][81][82][83]有研究提出双三嗪基吡啶（BTBP）能选择性地提取镅（和锔）。[84]要将镅和特性很接近的锔分离开来，可把两者的氢氧化物的浆状混合物置于水溶碳酸氢钠中，在高温下注入臭氧。在溶液中，镅和锔都主要呈+3氧化态，但在这一反应下，锔不会改变，而镅则会氧化成为可溶的四价镅配合物，可以轻易洗去。[85]

镅化合物在还原后会形成镅金属。最早用来产生镅金属的化合物是三氟化镅。这一反应使用单质钡元素作为还原剂，并在去水、去氧的环境下用钽和钨造的器材进行。[13][17][86]

${\displaystyle \mathrm {2\ AmF_{3}\ +\ 3\ Ba\ \longrightarrow \ 2\ Am\ +\ 3\ BaF_{2}} }$

另一种方法则用镧或钍金属还原二氧化镅：[86][15]

${\displaystyle \mathrm {3\ AmO_{2}\ +\ 4\ La\ \longrightarrow \ 3\ Am\ +\ 2\ La_{2}O_{3}} }$

镅是唯一一种进入日常应用的人造元素及超铀元素。常见的游离烟雾探测器使用二氧化镅作为游离辐射源[87]，其中使用的镅同位素为²⁴¹Am，这种同位素比²²⁶Ra优胜，因为它能释放5倍多的α粒子，却释放很少的有害γ射线。一个新的烟雾探测器一般装有1微居里（37 kBq）的镅，亦即0.28微克。这一量随着镅衰变为镎-237而逐渐减少，而镎-237是一种半衰期很长的核素（约214万年半衰期）。探测器内的镅半衰期为432.2年，因此在19年后就含有3%的镎，32年后则有5%。衰变产生的辐射通过电离室，也就是两片电极间充满空气的区间，电极间有着少量的电流。烟雾进入电离室后会吸收辐射出来的α粒子，减少电离的程度，因此改变流通的电流，从而触发警报。相比光学烟雾探测器，电离探测器较为便宜，还能够测得大小不足以产生足够光学散射的烟雾粒子。然而，这种探测器容易发生误报。[88][89][90][91]

由于²⁴¹Am的半衰期比²³⁸Pu的高很多（432.2年相比87年），因此有人提出用它作为放射性同位素热电机里的主要元素，可用于太空船上。[92]但镅产生较少的热量及电力：²⁴¹Am的功率为114.7 mW/g，²⁴³Am 的功率为6.31 mW/g。[1] (cf. 390 mW/g for ²³⁸Pu)[92]镅的中子辐射还会对人类造成更大的伤害。欧洲空间局有计划在其太空探测器中使用镅元素。[93]

其他的太空应用还包括，在使用核推进器的飞船中以镅作为燃料。这种推进器利用了^242mAm的高核裂变率，一片一微米厚的薄片就能达到这一效果。使用薄片可以避免自我吸收辐射，而如果用铀或钚燃料柱的话，只有其表面能够释放可用的α粒子。[94][95]^242mAm的裂变产物可以用来直接推进太空船，或用以加热推进气体。产物的能量传导到液体后，还能够进行磁流体发电。[96]

同位素^242mAm的高核裂变率还能够用来制造核电池。这种电池的设计并不用到镅所释放的α粒子能量，而是用了这些粒子的电荷，也就是把镅当作持续的正电极。一个含3.2公斤^242mAm的电池可持续80天提供约140 kW的电力。[97]虽然潜在的应用范围很广，但是目前镅的产量稀少，价格昂贵，实际实施因此遭到了限制。[96]

²⁴¹Am的氧化物和铍压制后，可制成高效的中子源。镅产生α粒子，α粒子再诱发铍产生大量中子，因为铍元素对 (α,n)核反应具有较高的截面：

${\displaystyle \mathrm {^{241\!\,}_{\ 95}Am\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{237}Np\ +\ _{2}^{4}He\ +\ \gamma } }$

${\displaystyle \mathrm {^{9}_{4}Be\ +\ _{2}^{4}He\ \longrightarrow \ _{\ 6}^{12}C\ +\ _{0}^{1}n\ +\ \gamma } }$

这种²⁴¹AmBe中子源被广泛地应用在中子水份仪中，可探测土壤中的含水量及在建筑高速公路时作湿度、密度的质量管制。 这种中子源的用途还包括测井、中子摄影术、断层摄影术及其他放射化学探测术。[98]

镅被用于合成其他超铀元素。比如，82.7%的²⁴²Am会衰变成²⁴²Cm，而其余的17.3%则衰变为²⁴²Pu。在核反应炉中，²⁴²Am吸收中子后可向上变为²⁴³Am和²⁴⁴Am，经β衰变后产生²⁴⁴Cm：

${\displaystyle \mathrm {^{243}_{\ 95}Am\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 95}^{244}Am\ {\xrightarrow[{10.1\ h}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 96}^{244}Cm} }$

利用¹²C或²²Ne离子对²⁴¹Am进行辐射，可分别产生同位素²⁴⁷Es（锿）或²⁶⁰Db（𬭊）。[98]1949年，同一组团队使用同一台1.5米直径回旋加速器，在合成镅元素后对²⁴¹Am进行中子撞击，首次专门合成并辨认了锫元素（²⁴³Bk同位素）。1965年，俄罗斯杜布纳联合核研究所用¹⁵N离子撞击²⁴³Am，产生了锘元素。另外，伯克利和杜布纳科学家合作进行的实验中，用¹⁸O撞击²⁴³Am，合成了铹元素。[7]

不少医学及工业用途都需要镅-241作为可移动的伽马射线及α粒子射源。²⁴¹Am所射出的60 keV伽玛射线可用于材料分析摄影术、X射线荧光光谱学以及核密度计等。例如，镅就被用作测量玻璃的厚度，从而制造平滑的玻璃。[72]镅-241还可以用来在低能范围校准光谱仪，因为该同位素的光谱只有一个谱峰，其康普顿连续谱也是可忽略的（光度低至少三个数量级）。[99]镅-241的伽马射线更被用于诊断甲状腺功能，但这一医学应用已经不再被使用了。