O promécio é o único elemento de terra rara sem isótopos estáveis, consequência direta do vale de instabilidade no qual todos os seus isótopos se situam na curva de estabilidade nuclear. Ao contrário de outros lantânidos, o promécio não existe naturalmente na Terra em quantidades detectáveis; qualquer traço primordial desapareceu completamente desde a formação do sistema solar há 4,6 bilhões de anos. O isótopo mais estável, Pm-145, possui uma meia-vida de apenas 17,7 anos, insuficiente para sobreviver em escala geológica.
O promécio é sintetizado transitoriamente nas estrelas pelos processos s (captura lenta de nêutrons) e r (captura rápida de nêutrons). Nas estrelas do ramo assintótico das gigantes (AGB), o processo s produz promécio como intermediário radioativo que decai rapidamente para samário estável antes de ser ejetado no meio interestelar. Durante supernovas e fusões de estrelas de nêutrons, o processo r gera quantidades substanciais de promécio, mas este também decai para samário em algumas décadas.
Linhas espectrais do promécio foram detectadas nos espectros de algumas novae e supernovas recentes, confirmando sua síntese nesses eventos cataclísmicos. Observações espectroscópicas da supernova 1987A revelaram assinaturas potenciais de promécio nos primeiros anos após a explosão. Essas detecções são extremamente difíceis porque o promécio é rapidamente diluído e decai, tornando as linhas espectrais efêmeras e fracas. A observação do promécio nos ejetos estelares fornece, no entanto, restrições valiosas sobre as escalas de tempo da nucleossíntese explosiva.
A ausência total de promécio no sistema solar e no meio interestelar confirma que o intervalo de tempo entre a nucleossíntese dos últimos eventos que enriqueceram a nuvem molecular pré-solar e a formação do sistema solar foi significativamente superior a alguns séculos. Se a formação do sistema solar tivesse ocorrido imediatamente após uma supernova enriquecedora, traços de promécio poderiam ter subsistido em meteoritos primitivos. A ausência observada sugere um atraso de pelo menos vários milhares de anos entre a nucleossíntese final e o colapso da nuvem protossolar.
O promécio recebe seu nome de Prometeu, o titã da mitologia grega que roubou o fogo dos deuses para dá-lo aos humanos, simbolizando assim a aquisição difícil e o potencial perigo desse elemento radioativo. A existência de um elemento de número atômico 61 foi prevista por Dmitri Mendeleev em 1871 em sua classificação periódica, identificando uma lacuna entre o neodímio (60) e o samário (62). Mendeleev chamou esse elemento hipotético de "eka-neodímio" segundo sua nomenclatura sistemática.
Entre 1902 e 1945, pelo menos seis grupos de pesquisadores reivindicaram a descoberta do elemento 61 em minérios de terras raras, propondo vários nomes: "florentium" (italianos, 1924), "illinium" (americanos, 1926) e "cyclonium" (americanos, 1938). Todas essas reivindicações provaram ser errôneas, resultando de erros de identificação espectroscópica ou contaminações. A impossibilidade de isolar o elemento 61 de fontes naturais deveria ter alertado os pesquisadores sobre sua natureza provavelmente radioativa, mas o conceito de elementos exclusivamente sintéticos ainda não estava estabelecido.
A descoberta autêntica do promécio foi realizada em 1945 por Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin e Charles D. Coryell no Oak Ridge National Laboratory, no Tennessee, EUA. Trabalhando no Projeto Manhattan, eles isolaram e identificaram o isótopo Pm-147 entre os produtos de fissão do urânio-235 irradiado em um reator nuclear. A identificação foi confirmada por análise espectroscópica de raios X e caracterização do decaimento radioativo.
O nome "promécio" e o símbolo "Pm" foram oficialmente adotados em 1949 pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), embora os descobridores inicialmente hesitassem em nomear o elemento. O promécio tornou-se assim o primeiro lantânido descoberto exclusivamente por síntese artificial, prefigurando os elementos transurânicos sintetizados alguns anos antes. A descoberta marcou uma etapa importante no reconhecimento de que alguns elementos previstos pela tabela periódica poderiam não existir naturalmente na Terra.
O promécio não existe naturalmente na Terra em quantidades mensuráveis. Traços ínfimos (menos de 10⁻¹⁹ gramas por tonelada) são produzidos por fissão espontânea do urânio em minérios uraníferos, mas essas quantidades são totalmente negligenciáveis. A produção mundial de promécio é inteiramente sintética, obtida pela extração dos produtos de fissão de reatores nucleares. A produção anual mundial é estimada em cerca de 100-200 gramas de Pm-147, principalmente nos Estados Unidos e na Rússia.
O promécio é extraído das barras de combustível nuclear usado por processos complexos de extração por solvente e cromatografia de troca iônica. O Pm-147 representa cerca de 2-3% dos produtos de fissão após vários anos de resfriamento. A extração requer instalações altamente especializadas com blindagem contra radiações e confinamento rigoroso. O custo do promécio purificado é extremamente alto, da ordem de 1000 a 10.000 dólares por grama, dependendo da pureza, limitando seu uso a aplicações altamente especializadas onde não há alternativa.
Não existe reciclagem de promécio porque as quantidades utilizadas são mínimas e os dispositivos contendo promécio (fontes luminosas, sensores) são geralmente selados hermeticamente e tratados como resíduos radioativos no final de sua vida útil. A recuperação seria tecnicamente possível, mas economicamente inviável, dadas as pequenas quantidades e os custos de manipulação do material radioativo.
O promécio (símbolo Pm, número atômico 61) é o quinto elemento da série dos lantânidos, pertencente às terras raras do bloco f da tabela periódica. Seu átomo possui 61 prótons, geralmente 86 nêutrons (para o isótopo mais utilizado \(\,^{147}\mathrm{Pm}\)) e 61 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f⁵ 6s².
O promécio metálico só foi produzido em quantidades microscópicas, limitando as medições precisas de suas propriedades físicas. Os dados disponíveis provêm principalmente de extrapolações baseadas nos lantânidos vizinhos e algumas medições em amostras de alguns miligramas. Supõe-se que o promécio seja um metal brilhante de cor prata-branca, que oxida rapidamente no ar. Provavelmente cristaliza em uma estrutura hexagonal compacta (HC) à temperatura ambiente, como o neodímio e o samário vizinhos.
O promécio funde a aproximadamente 1042 °C (1315 K) e ferve a aproximadamente 3000 °C (3273 K), de acordo com estimativas baseadas nas tendências dos lantânidos. Sua densidade é estimada em 7,26 g/cm³, coerente com a contração dos lantânidos. Espera-se que o promécio seja um bom condutor de eletricidade e calor, com propriedades metálicas típicas dos lantânidos. Supõe-se que o promécio seja paramagnético à temperatura ambiente, com propriedades magnéticas determinadas pela configuração 4f⁵.
Todos os isótopos do promécio são radioativos. O isótopo mais utilizado, Pm-147, emite raios beta de baixa energia (energia máxima 224 keV, energia média 62 keV) sem emissão gama significativa. Essa emissão beta pura de baixa energia faz do Pm-147 uma fonte radioativa relativamente segura, pois os raios beta são interrompidos por alguns milímetros de material e não requerem blindagem pesada. O Pm-147 decai para samário-147 estável com uma meia-vida de 2,62 anos.
Ponto de fusão do promécio: 1315 K (1042 °C) [estimado].
Ponto de ebulição do promécio: 3273 K (3000 °C) [estimado].
Todos os isótopos do promécio são radioativos; o Pm-147 emite raios beta de baixa energia (meia-vida 2,62 anos).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Origem | Meia-vida | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Promécio-145 — \(\,^{145}\mathrm{Pm}\,\) | 61 | 84 | 144,912749 u | Sintético | ≈ 17,7 anos | Radioativo (CE, α fraco). Isótopo mais estável do promécio, mas com meia-vida insuficiente para sobrevivência geológica. |
| Promécio-146 — \(\,^{146}\mathrm{Pm}\,\) | 61 | 85 | 145,914696 u | Sintético | ≈ 5,53 anos | Radioativo (CE, β⁻). Emite raios gama intensos, requerendo blindagem significativa. |
| Promécio-147 — \(\,^{147}\mathrm{Pm}\,\) | 61 | 86 | 146,915138 u | Sintético | ≈ 2,62 anos | Radioativo (β⁻). Isótopo mais utilizado, emissor beta puro de baixa energia. Produto de fissão majoritário. |
| Promécio-148 — \(\,^{148}\mathrm{Pm}\,\) | 61 | 87 | 147,917475 u | Sintético | ≈ 5,37 dias | Radioativo (β⁻). Meia-vida curta, utilizado em pesquisa nuclear. |
| Promécio-149 — \(\,^{149}\mathrm{Pm}\,\) | 61 | 88 | 148,918334 u | Sintético | ≈ 53,08 horas | Radioativo (β⁻). Produto de fissão significativo, meia-vida intermediária. |
| Promécio-151 — \(\,^{151}\mathrm{Pm}\,\) | 61 | 90 | 150,921207 u | Sintético | ≈ 28,40 horas | Radioativo (β⁻). Produto de fissão, utilizado em estudos de decaimento radioativo. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O promécio possui 61 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica é [Xe] 4f⁵ 6s², típica dos lantânidos onde a subcamada 4f é progressivamente preenchida. Essa configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(23) P(2), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f⁵ 5s² 5p⁶ 6s².
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Esta camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Esta camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta camada completa contribui para o blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Esta camada forma uma estrutura estável e completa.
Camada O (n=5): contém 23 elétrons distribuídos como 5s² 5p⁶ 4f⁵ 5d⁰. Os cinco elétrons 4f caracterizam a química do promécio.
Camada P (n=6): contém 2 elétrons na subcamada 6s². Estes elétrons são os elétrons de valência externos do promécio.
O promécio possui efetivamente 7 elétrons de valência: cinco elétrons 4f⁵ e dois elétrons 6s². O estado de oxidação quase exclusivo é +3, característico de todos os lantânidos, onde o promécio perde seus dois elétrons 6s e um elétron 4f para formar o íon Pm³⁺ com a configuração [Xe] 4f⁴. Este íon Pm³⁺ é responsável pela cor rosa pálido das soluções de promécio, embora poucas observações diretas existam devido à raridade do elemento.
A química do promécio é essencialmente a química do íon Pm³⁺, com propriedades intermediárias entre o neodímio e o samário. Os compostos de promécio(III) incluem o óxido Pm₂O₃, o cloreto PmCl₃, o nitrato Pm(NO₃)₃ e vários complexos de coordenação. Devido à radioatividade, todos os compostos de promécio sofrem autorradiolise gradual e podem apresentar luminescência fraca devido à excitação das moléculas circundantes pelos raios beta.
Estados de oxidação +2 e +4 foram sugeridos em condições extremas, mas esses estados são extraordinariamente instáveis e nunca foram caracterizados de maneira definitiva. A química do promécio permanece relativamente pouco estudada devido à dificuldade de obter quantidades suficientes, à radioatividade inerente e ao decaimento rápido que limita a duração dos experimentos.
Supõe-se que o promécio metálico seja muito reativo com o oxigênio e oxide rapidamente no ar, formando uma camada de óxido de promécio(III) (Pm₂O₃) de cor variável (provavelmente rosa pálido a amarelo). Estudos em amostras microscópicas sugerem que o promécio inflama facilmente quando aquecido no ar, produzindo óxido com luminescência fraca devido à radioatividade: 4Pm + 3O₂ → 2Pm₂O₃. A manipulação do promécio metálico requer uma atmosfera inerte e confinamento adequado contra a radiação beta.
Supõe-se que o promécio reaja lentamente com a água fria e mais rapidamente com a água quente, produzindo hidróxido de promécio(III) e liberando gás hidrogênio: 2Pm + 6H₂O → 2Pm(OH)₃ + 3H₂↑. Soluções aquosas de sais de promécio são rosa pálido e apresentam fluorescência fraca devido à interação dos raios beta com a água. O hidróxido de promécio(III) precipita facilmente das soluções na forma de um sólido gelatinoso.
O promécio dissolve-se facilmente em ácidos, mesmo diluídos, com liberação de hidrogênio: 2Pm + 6HCl → 2PmCl₃ + 3H₂↑, produzindo soluções rosas de Pm³⁺. O promécio forma haletos (PmF₃, PmCl₃, PmBr₃, PmI₃), calcogenetos (Pm₂S₃, Pm₂Se₃), nitretos (PmN) e carbonetos (PmC, PmC₂). Todos esses compostos são radioativos e sofrem degradação progressiva por autorradiolise.
Uma propriedade única do promécio é a autorradiolise de seus compostos. Os raios beta emitidos pelo Pm-147 quebram continuamente as ligações químicas nos compostos sólidos e nas soluções, produzindo radicais livres, gases (H₂, O₂ em soluções aquosas) e degradação progressiva da estrutura cristalina. Essa autorradiolise limita a vida útil das amostras e pode causar aquecimento significativo em fontes concentradas. Os compostos de promécio devem ser ressintetizados periodicamente para manter sua integridade química.
A aplicação histórica principal do promécio foi seu uso em tintas luminosas autônomas para mostradores de relógios, instrumentos de aviação, painéis de sinalização e dispositivos militares. O princípio baseia-se na radioluminescência: os raios beta emitidos pelo Pm-147 excitam um fósforo (geralmente sulfeto de zinco dopado com cobre), que emite luz visível. Ao contrário das tintas de rádio ou trítio, o Pm-147 produz uma luminosidade mais intensa e não requer ativação prévia pela luz.
As tintas de promécio apresentavam várias vantagens: alta luminosidade inicial (cerca de 10 vezes superior ao trítio), ausência de emissão gama que requer blindagem, e energia beta suficientemente baixa para ser interrompida pelo vidro do mostrador. No entanto, a curta meia-vida do Pm-147 (2,62 anos) significa que a luminosidade diminui pela metade a cada 2,6 anos, tornando os dispositivos inutilizáveis após 10-15 anos. Essa limitação, combinada com preocupações de segurança radiológica, levou ao abandono progressivo do promécio em favor do trítio (meia-vida 12,3 anos) nas décadas de 1970-1980.
As forças armadas utilizaram extensivamente as fontes luminosas de promécio para instrumentos de navegação, miras de armas, painéis de controle e equipamentos de sobrevivência durante as décadas de 1960-1970. A maior intensidade luminosa era particularmente apreciada para aplicações militares onde a visibilidade noturna é crítica. Algumas aplicações aeroespaciais especializadas continuaram a usar o promécio até a década de 1990, embora a maioria tenha sido substituída por alternativas mais duráveis ou sistemas eletroluminescentes.
O Pm-147 é usado em medidores de espessura industriais para medir com precisão a espessura de materiais em produção contínua (papel, plástico, chapas metálicas finas). Uma fonte selada de Pm-147 emite raios beta através do material, e um detector do outro lado mede a intensidade transmitida. A atenuação dos raios beta é proporcional à espessura e à densidade do material, permitindo um controle de qualidade em tempo real com precisão micrométrica.
O Pm-147 apresenta várias vantagens para esta aplicação: sua energia beta moderada (224 keV máximo) é ideal para medir materiais de baixa a média densidade e espessura milimétrica, a ausência de emissão gama elimina a necessidade de blindagem pesada, e a fonte pode ser altamente miniaturizada. Os medidores de promécio são mais compactos e seguros do que as alternativas que utilizam fontes beta de maior energia (Sr-90) ou fontes gama (Cs-137).
O uso do promécio em medidores industriais diminuiu consideravelmente desde a década de 1990 devido à curta meia-vida que requer substituição frequente das fontes (a cada 5-10 anos), regulamentações rigorosas sobre materiais radioativos e disponibilidade limitada. A maioria dos medidores modernos utiliza fontes de criptônio-85, estrôncio-90 ou sistemas a laser/ópticos não radioativos. Apenas algumas aplicações muito especializadas que requerem uma geometria compacta continuam a usar o promécio.
O promécio foi explorado nas décadas de 1950-1970 como fonte de energia para baterias nucleares miniaturas e geradores termoelétricos de radioisótopos (RTG). Em uma bateria nuclear, a energia cinética dos raios beta é convertida diretamente em eletricidade por junções semicondutoras ou materiais betavoltáicos. Em um RTG, o calor produzido pela absorção dos raios beta é convertido em eletricidade por termopares.
Foram desenvolvidas baterias de Pm-147 para alimentar os primeiros marcapassos nas décadas de 1960-1970, oferecendo autonomia de 5-10 anos sem substituição da bateria. Alguns satélites e sondas espaciais experimentais também utilizaram pequenos RTGs de promécio para missões de curta duração. O programa espacial soviético utilizou fontes de Pm-147 em alguns satélites de navegação e comunicação da década de 1970.
O uso do promécio em baterias nucleares foi amplamente abandonado na década de 1980 devido à curta meia-vida que limita a vida útil dos dispositivos, à relativamente baixa densidade energética em comparação com o plutônio-238 para RTGs espaciais e às preocupações com a segurança. Os marcapassos modernos utilizam baterias de íon-lítio recarregáveis ou sistemas de longa duração baseados em lítio-iodo. Os RTGs espaciais modernos utilizam exclusivamente plutônio-238 (meia-vida 87,7 anos) para missões de longa duração.
O promécio apresenta toxicidade dupla: química, comparável a outros lantânidos, e radiológica devido às suas emissões beta. A toxicidade química é moderada, semelhante às terras raras vizinhas. A ingestão ou inalação de compostos de promécio causa acúmulo preferencial no fígado, rins e esqueleto ósseo. No entanto, a toxicidade radiológica domina amplamente, pois os raios beta causam danos teciduais localizados e aumentam o risco de câncer a longo prazo.
A exposição ao promécio pode ocorrer por ingestão, inalação de poeiras ou aerossóis, ou absorção cutânea de compostos solúveis. Os raios beta do Pm-147 não penetram a pele intacta e são interrompidos por alguns milímetros de tecido, mas a incorporação interna de promécio é perigosa porque os raios beta irradiam continuamente os tecidos circundantes. A ingestão de 1 microcurie (37 kBq) de Pm-147 entrega uma dose de aproximadamente 0,5 milisieverts ao corpo inteiro, principalmente ao fígado e ao esqueleto.
O promécio incorporado no organismo comporta-se de maneira semelhante a outros lantânidos. O período biológico (tempo para eliminar 50% da carga corporal) é de aproximadamente 3-4 anos para o promécio depositado no esqueleto ósseo, e de aproximadamente 1 ano para o promécio nos tecidos moles. Essa retenção prolongada combinada com a radioatividade faz do promécio um contaminante interno particularmente preocupante. Agentes quelantes como o DTPA podem acelerar a eliminação em casos de contaminação aguda.
Os limites de exposição ocupacional ao promécio são estritamente regulamentados. O limite anual de incorporação (LAI) para o Pm-147 é tipicamente fixado em 40-80 MBq (1-2 milicuries) por ingestão e 8-20 MBq (0,2-0,5 milicuries) por inalação, de acordo com as regulamentações nacionais. As concentrações máximas admissíveis no ar e na água são da ordem de 10⁻⁶ a 10⁻⁷ Bq/mL. Qualquer manipulação de promécio requer procedimentos rigorosos de confinamento, equipamentos de proteção individual e monitoramento radiológico contínuo.
As fontes de promécio no final de sua vida útil são classificadas como resíduos radioativos e devem ser gerenciadas de acordo com protocolos rigorosos de gerenciamento de resíduos nucleares. A meia-vida relativamente curta do Pm-147 (2,62 anos) significa que os resíduos tornam-se radiologicamente desprezíveis após cerca de 26 anos (10 meias-vidas). As antigas tintas luminosas de promécio encontradas em instrumentos vintage representam um risco menor, pois a maioria decaiu a níveis muito baixos.
A contaminação ambiental por promécio provém principalmente da precipitação de testes nucleares atmosféricos (décadas de 1950-1960) e acidentes nucleares (Chernobyl, Fukushima). No entanto, o promécio ambiental decai rapidamente e nunca constituiu um contaminante maior a longo prazo. As concentrações atuais no meio ambiente são totalmente desprezíveis, bem abaixo dos limites de detecção. Sítios de reprocessamento de combustível nuclear podem apresentar concentrações localmente elevadas de promécio em resíduos líquidos e sólidos, requerendo confinamento adequado.
O uso do promécio provavelmente continuará a diminuir devido à disponibilidade de alternativas mais seguras e duradouras para a maioria das aplicações. As fontes luminosas agora utilizam trítio (mais duradouro) ou sistemas eletroluminescentes (não radioativos). Os medidores industriais estão evoluindo para tecnologias ópticas ou a laser. As baterias nucleares para aplicações espaciais favorecem o plutônio-238. O promécio provavelmente permanecerá confinado a algumas aplicações de nicho altamente especializadas onde suas propriedades únicas (emissor beta puro de baixa energia) são insubstituíveis, mas as quantidades totais utilizadas continuarão a diminuir.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
