Кюрий

Кюрий,  ₉₆ см

Кюрий
Произношение	/ K J ʊər я ə м / ( KEWR -еЕ-əm )
Внешность	серебристый металлик, в темноте светится пурпурным
Массовое число	[247]
Кюрий в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон Gd ↑ Cm ↓ (Upn) америций ← кюрий → берклий
Атомный номер ( Z )	96
Группа	группа н / д
Период	период 7
Блокировать	f-блок
Электронная конфигурация	[ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	1613  К (1340 ° С, 2444 ° F)
Точка кипения	3383 К (3110 ° С, 5630 ° F)
Плотность (около  rt )	13,51 г / см 3
Теплота плавления	13,85  кДж / моль
Давление газа P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. при  T  (K) 1788 г. 1982 г.
Атомные свойства
Состояния окисления	+3 , +4, +5, [1] +6 [2] (  амфотерный оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,3
Энергии ионизации	1-я: 581 кДж / моль
Радиус атома	эмпирический: 174  pm
Ковалентный радиус	169 ± 15:00
Спектральные линии кюрия
Другие свойства
Естественное явление	синтетический
Кристальная структура	двойной гексагональной плотной упаковкой (DHCP)
Удельное электрическое сопротивление	1,25 мкОм · м [3]
Магнитный заказ	антиферромагнитно-парамагнитный переход при 52 К [3]
Количество CAS	7440-51-9
История
Именование	имени Марии Склодовской-Кюри и Пьера Кюри
Открытие	Гленн Т. Сиборг , Ральф А. Джеймс , Альберт Гиорсо (1944)
Основные изотопы кюрия
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Товар 242 см син 160 дн SF - α 238 Pu 243 см син 29,1 года α 239 Pu ε 243 утра SF - 244 см син 18,1 года SF - α 240 Pu 245 см син 8500 л SF - α 241 Pu 246 см син 4730 л α 242 Pu SF - 247 см син 1,56 × 10 7  лет α 243 Pu 248 см син 3,40 × 10 5  лет α 244 Pu SF - 250 см син 9000 лет SF - α 246 Pu β - 250 Бк
Категория: Куриум Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Кюрий - это трансурановый радиоактивный химический элемент с символом Cm и атомным номером 96. Этот элемент из серии актинидов был назван в честь Мари и Пьера Кюри , известных своими исследованиями радиоактивности . Curium был первым преднамеренно и определен в июле 1944 г. группы Сиборга в Университете Калифорнии, Беркли . Открытие было держится в секрете , и только обнародована в ноябре 1947 г. Большинство кюриевое производится с бомбардировкой урана или плутония снейтроны в ядерных реакторах - одна тонна отработавшего ядерного топлива содержит около 20 граммов кюрия.

Кюрий - твердый, плотный, серебристый металл с относительно высокой температурой плавления и кипения актинида. В то время как он парамагнитен в условиях окружающей среды , он становится антиферромагнитным при охлаждении, и для многих соединений кюрия также наблюдаются другие магнитные переходы. В соединениях кюрий обычно проявляет валентность +3, а иногда и +4, а валентность +3 преобладает в растворах. Кюрий легко окисляется, и его оксиды являются доминирующей формой этого элемента. Он образует сильно флуоресцентные комплексы с различными органическими соединениями, но нет доказательств его включения в бактерии и археи.. При попадании в организм человека кюрий накапливается в костях, легких и печени, где способствует развитию рака .

Все известные изотопы кюрия радиоактивны и имеют небольшую критическую массу для устойчивой цепной ядерной реакции . Они в основном испускают α-частицы , и выделяющееся при этом тепло может служить источником тепла в радиоизотопных термоэлектрических генераторах , но это применение затруднено из-за нехватки и высокой стоимости изотопов кюрия. Кюрий используется в производстве более тяжелых актинидов и радионуклида ²³⁸ Pu для источников питания в искусственных кардиостимуляторах и РИТЭГах для космических аппаратов. Он служил источником α в рентгеновских спектрометрах альфа-частиц.установлено на нескольких космических аппаратах, в том числе Соджорнера , Духа , возможностей и Curiosity Марса марсоходов и посадочный модуль Philae на кометы 67P / Чурюмов-Герасименко , чтобы проанализировать состав и структуру поверхности.

История [ править ]

Несмотря на то, что , вероятно , кюрий был произведен в предыдущих ядерных экспериментах, он был первым преднамеренно синтезирован , выделен и идентифицирован в 1944 год в Университете Калифорнии, Беркли , по Сиборгу , Ральф А. Джеймсу и Альберт Гиорсо . В своих экспериментах они использовали 60-дюймовый (150 см) циклотрон . ^[4]

Кюрий был химически идентифицирован в Металлургической лаборатории (ныне Аргоннская национальная лаборатория ) Чикагского университета . Это был третий открытый трансурановый элемент, хотя он и четвертый в серии - более легкий элемент америций в то время был неизвестен. ^{[5] [6]}

Образец готовили следующим образом: первый раствор нитрата плутония наносили на платиновую фольгу площадью около 0,5 см ² , раствор упаривали, а остаток превращали в оксид плутония (IV) (PuO ₂ ) путем отжига . После циклотронного облучения оксида покрытие растворяли в азотной кислоте и затем осаждали в виде гидроксида с использованием концентрированного водного раствора аммиака . Остаток растворяли в хлорной кислоте , и дальнейшее разделение проводили ионным обменом.чтобы получить определенный изотоп кюрия. Разделение кюрия и америция было настолько сложным, что группа Беркли первоначально назвала эти элементы пандемониумом (от греческого « все демоны или ад» ) и делирием (от латинского « безумие» ). ^{[7] [8]}

Изотоп кюрий-242 был получен в июле – августе 1944 года путем бомбардировки ²³⁹ Pu α-частицами для получения кюрия с выделением нейтрона :

${\ displaystyle {\ ce {^ {239} _ {94} Pu + ^ {4} _ {2} He -> ^ {242} _ {96} Cm + ^ {1} _ {0} n}}}$

Кюрий-242 был однозначно идентифицирован по характерной энергии испускаемых при распаде α-частиц:

${\ displaystyle {\ ce {^ {242} _ {96} Cm -> ^ {238} _ {94} Pu + ^ {4} _ {2} He}}}$

Полураспада этого альфа - распада впервые была измерена как 150 дней , а затем корректируется до 162,8 дней. ^[9]

Другой изотоп ²⁴⁰ Cm был получен аналогичной реакцией в марте 1945 г .:

${\ displaystyle {\ ce {^ {239} _ {94} Pu + ^ {4} _ {2} He -> ^ {240} _ {96} Cm + 3 ^ {1} _ {0} n}} }$

Период полураспада α-распада ²⁴⁰ Cm был правильно определен как 26,7 дня. ^[9]

Открытие кюрия, а также америция в 1944 году было тесно связано с Манхэттенским проектом , поэтому результаты были конфиденциальными и рассекречены только в 1945 году. Сиборг просочился о синтезе элементов 95 и 96 в американском радио-шоу для детей Quiz Kids , за пять дней до официальной презентации на заседании Американского химического общества 11 ноября 1945 года, когда один из слушателей спросил, был ли во время войны открыт какой-либо новый трансурановый элемент, кроме плутония и нептуния . ^[7] Открытие кюрия ( ²⁴² см и ²⁴⁰ см), его производство и его соединения были позже запатентованы, и только Сиборг был изобретателем.^[10]

Новый элемент был назван в честь Марии Склодовской-Кюри и ее мужа Пьера Кюри , которые известны открытием радия и их работой в области радиоактивности . Он последовал примеру гадолиния , элемента лантаноида выше кюрия в периодической таблице, который был назван в честь исследователя редкоземельных элементов Йохана Гадолина : ^[11]

«В качестве названия элемента с атомным номером 96 мы хотели бы предложить« кюрий »с символом Cm. Свидетельства показывают, что элемент 96 содержит семь 5f-электронов и, таким образом, аналогичен элементу гадолинию с его семью 4f-электронами в регулярном ряд редкоземельных элементов. На этом основном элементе 96 назван в честь Кюри аналогично названию гадолиния, которым был удостоен чести химик Гадолин ». ^[5]

Первые образцы кюрия были едва видны и были идентифицированы по их радиоактивности. Луи Вернер и Исадор Перлман создали первый существенный образец 30 мкг гидроксида кюрия-242 в Калифорнийском университете в Беркли в 1947 году путем бомбардировки америция- 241 нейтронами. ^{[12] [13] [14]} Макроскопические количества фторида кюрия (III) были получены в 1950 году WWT Crane, JC Wallmann и BB Cunningham. Его магнитная восприимчивость была очень близка к таковой у GdF _3, что является первым экспериментальным доказательством +3 валентности кюрия в его соединениях. ^[12] Металлический кюрий был произведен только в 1951 году путем восстановления CmF ₃ сбарий . ^{[15] [16]}

Характеристики [ править ]

Физический [ править ]

Синтетический радиоактивный элемент, кюрий - твердый, плотный металл с серебристо-белым внешним видом и физическими и химическими свойствами, напоминающими гадолиний . Его температура плавления 1344 ° C значительно выше, чем у предыдущих трансурановых элементов нептуний (637 ° C), плутоний (639 ° C) и америций (1173 ° C). Для сравнения, гадолиний плавится при 1312 ° C. Температура кипения кюрия - 3556 ° C. При плотности 13,52 г / см ³ кюрий значительно легче нептуния (20,45 г / см ³ ) и плутония (19,8 г / см ³ ), но тяжелее большинства других металлов. Между двумя кристаллическими формами кюрия α-Cm более стабилен в условиях окружающей среды. Имеет гексагональную симметрию, пространственная группа P6 ₃/ mmc, параметры решетки a = 365 пм и c = 1182 пм, и четыре формульные единицы на элементарную ячейку . ^[17] Кристалл состоит из двойной гексагональной плотной упаковки с последовательностью слоев ABAC и поэтому изотипен с α-лантаном. При давлениях выше 23 ГПа при комнатной температуре α-Cm превращается в β-Cm, который имеет гранецентрированную кубическую симметрию, пространственную группу Fm 3 m и постоянную решетки a = 493 пм. ^[17] При дальнейшем сжатии до 43 ГПа кюрий превращается в ромбическийСтруктура γ-Cm аналогична структуре α-урана, без дальнейших переходов до 52 ГПа. Эти три фазы кюрия также называются Cm I, II и III. ^{[18] [19]}

Кюрий обладает особыми магнитными свойствами. В то время как его соседний элемент америций не обнаруживает отклонений от парамагнетизма Кюри-Вейсса во всем диапазоне температур, α-Cm переходит в антиферромагнитное состояние при охлаждении до 65–52 К ^{[20] [21],} а β-Cm демонстрирует ферримагнитный переход при температуре около 205 К. Между тем пниктиды кюрия демонстрируют ферромагнитные переходы при охлаждении: ²⁴⁴ CmN и ²⁴⁴ CmAs при 109 K, ²⁴⁸ CmP при 73 K и ²⁴⁸ CmP.CmSb при 162 К. Лантаноидный аналог кюрия, гадолиний, а также его пниктиды также демонстрируют магнитные переходы при охлаждении, но характер перехода несколько иной: Gd и GdN становятся ферромагнитными, а GdP, GdAs и GdSb обнаруживают антиферромагнитное упорядочение. ^[22]

Согласно магнитным данным, удельное сопротивление кюрия увеличивается с температурой - примерно в два раза между 4 и 60 К - и затем остается почти постоянным до комнатной температуры. С течением времени наблюдается значительное увеличение удельного сопротивления (около 10 мкОм · см / ч) из-за саморазрушения кристаллической решетки альфа-излучением. Это делает неопределенным абсолютное значение удельного сопротивления для кюрия (около 125 мкОм · см). Удельное сопротивление кюрия такое же, как у гадолиния и актинидов плутония и нептуния, но значительно выше, чем у америция, урана, полония и тория . ^{[3] [23]}

При ультрафиолетовом освещении ионы кюрия (III) проявляют сильную и стабильную желто-оранжевую флуоресценцию с максимумом в диапазоне 590–640 нм в зависимости от окружающей среды. ^[24] Флуоресценция возникает из-за переходов из первого возбужденного состояния ⁶ D _7/2 и основного состояния ⁸ S _7/2 . Анализ этой флуоресценции позволяет отслеживать взаимодействия между ионами Cm (III) в органических и неорганических комплексах. ^[25]

Химическая [ править ]

Ионы кюрия в растворе почти всегда принимают степень окисления +3, которая является наиболее стабильной степенью окисления кюрия. ^[26] Степень окисления +4 наблюдается в основном в нескольких твердых фазах, таких как CmO ₂ и CmF ₄ . ^{[27] [28]} Водный кюрий (IV) известен только в присутствии сильных окислителей, таких как персульфат калия , и легко восстанавливается до кюрия (III) радиолизом и даже самой водой. ^[29] Химическое поведение кюрия отличается от актинидов тория и урана, и похоже на поведение америция и многих лантаноидов . В водном растворе См ³⁺ион от бесцветного до бледно-зеленого ^[30], ион Cm ⁴⁺ бледно-желтый. ^[31] Оптическое поглощение ионов Cm ³⁺ содержит три острых пика при 375,4, 381,2 и 396,5 нанометров, и их сила может быть напрямую преобразована в концентрацию ионов. ^[32] О степени окисления +6 сообщалось только один раз в растворе в 1978 г., когда ион курил ( CmO²⁺
₂): Это был получен из бета - распада в америций-242 в америций (V) иона²⁴²
AmO⁺
₂. ^[2] Неспособность получить Cm (VI) в результате окисления Cm (III) и Cm (IV) может быть связано с высоким потенциалом ионизации Cm ⁴⁺ / Cm ³⁺ и нестабильностью Cm (V). ^[29]

Ионы кюрия являются твердыми кислотами Льюиса и поэтому образуют наиболее стабильные комплексы с твердыми основаниями. ^[33] Связь в основном ионная с небольшой ковалентной составляющей. ^[34] Кюрий в своих комплексах обычно проявляет 9-кратную координационную среду в треугольной тригональной призматической геометрии . ^[35]

Изотопы [ править ]

Для кюрия известно около 19 радиоизотопов и 7 ядерных изомеров между ²³³ Cm и ²⁵¹ Cm, ни один из которых не является стабильным . Самый длинный период полураспада был зарегистрирован для ²⁴⁷ см (15,6 миллиона лет) и ²⁴⁸ см (348 000 лет). Другие долгоживущие изотопы - ²⁴⁵ см (период полураспада 8500 лет), ²⁵⁰ см (8300 лет) и ²⁴⁶ см (4760 лет). Кюрий-250 необычен тем, что он преимущественно (около 86%) распадается посредством спонтанного деления . Наиболее часто используемые изотопы кюрия - ²⁴² Cm и ²⁴⁴См с периодом полураспада 162,8 суток и 18,1 года соответственно. ^[9]

Все изотопы от ²⁴² см до ²⁴⁸ см, а также ²⁵⁰ см подвергаются самоподдерживающейся цепной ядерной реакции и, таким образом, в принципе могут действовать как ядерное топливо в реакторе. Как и у большинства трансурановых элементов, сечение ядерного деления особенно велико для изотопов кюрия с нечетной массой ²⁴³ Cm, ²⁴⁵ Cm и ²⁴⁷ Cm. Их можно использовать в реакторах на тепловых нейтронах , тогда как смесь изотопов кюрия подходит только для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах, поскольку изотопы с одинаковой массой не расщепляются в тепловом реакторе и накапливаются по мере увеличения выгорания. ^[39]Смешанного оксида (МОХ) топлива, которое должно быть использовано в энергетических реакторах, должна содержать мало или вообще не кюрий , так как нейтронно - активационный из ²⁴⁸ Cm будет создавать калифорний . Калифорний является сильным излучателем нейтронов и загрязняет конечную стадию топливного цикла и увеличивает дозу облучения персонала реактора. Следовательно, если второстепенные актиниды должны использоваться в качестве топлива в реакторе на тепловых нейтронах, кюрий должен быть исключен из топлива или помещен в специальные топливные стержни, где он является единственным присутствующим актинидом. ^[40]

В соседней таблице приведены критические массы изотопов кюрия для сферы без замедлителя и отражателя. С металлическим отражателем (30 см из стали) критические массы нечетных изотопов составляют около 3–4 кг. При использовании воды (толщиной ~ 20–30 см) в качестве отражателя критическая масса может составлять всего 59 грамм для ²⁴⁵ см, 155 грамм для ²⁴³ см и 1550 грамм для ²⁴⁷ см. Эти значения критической массы содержат значительную неопределенность. Хотя обычно оно составляет порядка 20%, некоторые исследовательские группы указали , что значения для ²⁴² Cm и ²⁴⁶ Cm составляют 371 кг и 70,1 кг соответственно. ^{[39] [42]}

Кюрий в настоящее время не используется в качестве ядерного топлива из-за его низкой доступности и высокой цены. ^{[43] 245} Cm и ²⁴⁷ Cm имеют очень малую критическую массу и, следовательно, могут использоваться в тактическом ядерном оружии , но, как известно, ни одно из них не производилось. Кюрий-243 не подходит для этой цели из-за его короткого периода полураспада и сильного α-излучения, которое может привести к чрезмерному нагреванию. ^[44] Кюрий-247 был бы очень подходящим из-за его длительного периода полураспада, который в 647 раз больше, чем плутоний-239 (используется во многих существующих ядерных вооружениях ).

Возникновение [ править ]

Самый долгоживущий изотоп кюрия, ²⁴⁷ Cm, имеет период полураспада 15,6 миллиона лет. Следовательно, любой первичный кюрий, то есть кюрий, присутствовавший на Земле во время ее образования, к настоящему времени должен был распасться, хотя некоторые его количества можно было бы обнаружить как потухший радионуклид в виде избытка его изначальной долгоживущей дочерней ²³⁵ U. кюрия, возможно, естественным образом встречается в урановых минералах в результате последовательностей захвата нейтронов и бета-распада, хотя это не было подтверждено. ^{[45] [46]}

Кюрий производится искусственно в небольших количествах для исследовательских целей. Кроме того, это происходит в отработавшем ядерном топливе . Кюрий присутствует в природе в некоторых областях, используемых для испытаний ядерного оружия . ^[47] Анализ мусора на полигоне первой американской водородной бомбы , Ivy Mike , (1 ноября 1952, Эниветок ), кроме эйнштейния , фермий , плутоний и америций также показали изотопы Берклий, калифорния и кюрия, в частности , ²⁴⁵ см, ²⁴⁶ см и меньшие количества ²⁴⁷ см,²⁴⁸ см и ²⁴⁹ см. ^[48]

Атмосферные соединения кюрия плохо растворяются в обычных растворителях и в основном прилипают к частицам почвы. Анализ почвы показал, что концентрация кюрия в песчаных частицах почвы примерно в 4000 раз выше, чем в воде, присутствующей в порах почвы. Еще более высокое соотношение - около 18 000 - было измерено в суглинистых почвах. ^[49]

Эти трансурановые элементы из америция в фермий, в том числе кюрия, произошли , естественно , в природном реакторе ядерного деления на Ок , но больше не делать. ^[50]

Синтез [ править ]

Подготовка изотопов [ править ]

Кюрий производится в небольших количествах в ядерных реакторах , и к настоящему времени накоплены только килограммы его для ²⁴² Cm и ²⁴⁴ Cm и граммы или даже миллиграммы для более тяжелых изотопов. Этим объясняется высокая цена кюрия, которая оценивалась на уровне 160–185 долларов США за миллиграмм ^[12] с более поздней оценкой в ​​2000 долларов США / г для ²⁴² Cm и 170 долларов США / г для ²⁴⁴ Cm. ^[51] В ядерных реакторах кюрий образуется из ²³⁸ U в результате ряда ядерных реакций. В первой цепочке ²³⁸ U захватывает нейтрон и превращается в ²³⁹ U, который через β -распад превращается в ²³⁹ Np и ²³⁹ Pu.

${\ displaystyle {\ ce {^ {238} _ {92} U -> [{\ ce {(n, \ gamma)}}] {^ {239} _ {92} U} -> [\ beta ^ { -}] [23.5 \ {\ ce {мин}}] _ {93} ^ {239} Np -> [\ beta ^ {-}] [2.3565 \ {\ ce {d}}] _ {94} ^ { 239} Пу}}}$ (времена полураспада ) .

( 1 )

Дальнейший захват нейтронов с последующим β ^- -распадом дает изотоп америция ²⁴¹ Am, который далее преобразуется в ²⁴² Cm:

${\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu->[{\ce {2(n,\gamma )}}]_{94}^{241}Pu->[\beta ^{-}][14.35\ {\ce {yr}}]{^{241}_{95}Am}->[{\ce {(n,\gamma )}}]_{95}^{242}Am->[\beta ^{-}][16.02{\ce {h}}]_{96}^{242}Cm}}}$.

( 2 )

В исследовательских целях кюрий получают путем облучения не урана, а плутония, который в больших количествах содержится в отработавшем ядерном топливе. Для облучения используется гораздо более высокий поток нейтронов, что приводит к другой цепочке реакций и образованию ²⁴⁴ Cm: ^[6]

${\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu->[{\ce {4(n,\gamma )}}]_{94}^{243}Pu->[\beta ^{-}][4.956\ {\ce {h}}]_{95}^{243}Am->[({\ce {n}},\gamma )]_{95}^{244}Am->[\beta ^{-}][10.1{\ce {h}}]_{96}^{244}Cm->[\alpha ][18.11\ {\ce {yr}}]_{94}^{240}Pu}}}$

( 3 )

Кюрий-244 распадается на ²⁴⁰ Pu в результате испускания альфа-частиц, но он также поглощает нейтроны, что приводит к образованию небольшого количества более тяжелых изотопов кюрия. Среди них ²⁴⁷ см и ²⁴⁸ см популярны в научных исследованиях из-за их длительного периода полураспада. Однако производительность ²⁴⁷ Cm в реакторах на тепловых нейтронах относительно низка, поскольку он склонен подвергаться делению, вызванному тепловыми нейтронами. ^[52] Синтез ²⁵⁰ Cm путем поглощения нейтронов также маловероятен из-за короткого периода полураспада промежуточного продукта ²⁴⁹ Cm (64 мин), который преобразуется посредством β ^- распада в берклий.изотоп ²⁴⁹ Bk. ^[52]

${\displaystyle {\ce {^{\mathit {A}}_{96}Cm{}+_{0}^{1}n->_{96}^{{\mathit {A}}+1}Cm{}+\gamma }}\ ({\text{for }}244\leq A\leq 248)}$

( 4 )

Вышеупомянутый каскад (n, γ) реакций дает смесь различных изотопов кюрия. Их разделение после синтеза является обременительным, и поэтому желателен селективный синтез. Кюрий-248 является предпочтительным для исследовательских целей из-за его длительного периода полураспада. Наиболее эффективный метод получения этого изотопа - через α-распад изотопа калифорния ²⁵² Cf, который доступен в относительно больших количествах из-за его длительного периода полураспада (2,65 года). Ежегодно этим методом производится около 35–50 мг ²⁴⁸ Cm. Связанная реакция дает ²⁴⁸ Cm с изотопной чистотой 97%. ^[52]

${\displaystyle {\begin{matrix}{}\\{\ce {^{252}_{98}Cf ->[\alpha][2.645\ {\ce {yr}}] ^{248}_{96}Cm}}\\{}\end{matrix}}}$

( 5 )

Еще один интересный для исследования изотопа ²⁴⁵ Cm могут быть получены из альфа-распада ²⁴⁹ Cf, а последний изотоп производится в незначительных количествах от р ^- -распад из Берклий изотопа ²⁴⁹ Bk.

${\displaystyle {\ce {^{249}_{97}Bk ->[\beta^-][330\ {\ce {d}}] ^{249}_{98}Cf ->[\alpha][351\ {\ce {yr}}] ^{245}_{96}Cm}}}$

( 6 )

Подготовка металла [ править ]

Большинство программ синтеза дают смесь различных изотопов актинидов в виде оксидов , от которых необходимо отделить определенный изотоп кюрия. Примером процедуры может быть растворение отработавшего реакторного топлива (например, МОКС-топлива ) в азотной кислоте и удаление основной части урана и плутония с использованием экстракции типа PUREX ( P lutonium - UR anium EX traction) с трибутилфосфатом в углеводороде. Затем лантаноиды и оставшиеся актиноиды отделяют от водного остатка ( рафинат) экстракцией на основе диамида с получением после отгонки смеси трехвалентных актинидов и лантаноидов. Затем соединение кюрия выборочно экстрагируется с использованием методов многоступенчатой хроматографии и центрифугирования с подходящим реагентом. ^[53] Бис- триазинилбипиридиновый комплекс недавно был предложен в качестве такого реагента, который обладает высокой селективностью по отношению к кюрию. ^[54] Отделение кюрия от очень похожего америция также может быть достигнуто путем обработки суспензии их гидроксидов в водном бикарбонате натрия с озоном.при повышенной температуре. И америций, и кюрий присутствуют в растворах в основном в состоянии валентности +3; в то время как америций окисляется до растворимых комплексов Am (IV), кюрий остается неизменным и, таким образом, может быть выделен повторным центрифугированием. ^[55]

Металлический кюрий получают восстановлением его соединений. Первоначально для этой цели использовался фторид кюрия (III). Реакцию проводили в среде, свободной от воды и кислорода, в аппарате из тантала и вольфрама с использованием элементарного бария или лития в качестве восстановителей. ^{[6] [15] [56] [57] [58]}

${\displaystyle \mathrm {CmF_{3}\ +\ 3\ Li\ \longrightarrow \ Cm\ +\ 3\ LiF} }$

Другой возможностью является восстановление оксида кюрий (IV) с использованием магний-цинкового сплава в расплаве хлорида магния и магния фторид . ^[59]

Соединения и реакции [ править ]

Оксиды [ править ]

Кюрий легко реагирует с кислородом, образуя в основном оксиды Cm ₂ O ₃ и CmO ₂ ^[47], но также известен двухвалентный оксид CmO. ^[60] Черный CmO ₂ можно получить путем сжигания оксалата кюрия ( Cm
₂(C
₂О
₄)
₃), нитрат ( Cm (NO
₃)
₃), или гидроксид в чистом кислороде. ^{[28] [61]} При нагревании до 600–650 ° C в вакууме (около 0,01 Па ) он превращается в белесый Cm ₂ O ₃ : ^{[28] [62]}

${\displaystyle {\ce {4CmO2 ->[\Delta T] 2Cm2O3 + O2}}}$.

В качестве альтернативы Cm ₂ O ₃ может быть получен восстановлением CmO ₂ молекулярным водородом : ^[63]

${\displaystyle {\ce {2CmO2 + H2 -> Cm2O3 + H2O}}}$

Кроме того, известен ряд тройных оксидов типа M (II) CmO ₃ , где M означает двухвалентный металл, такой как барий. ^[64]

Сообщалось, что термическое окисление следовых количеств гидрида кюрия (CmH _2–3 ) приводит к образованию летучей формы CmO ₂ и летучего триоксида CmO ₃ , одного из двух известных примеров очень редкого состояния +6 для кюрия. ^[2] Другой наблюдаемый вид, как сообщается, ведет себя аналогично предполагаемому четырехокиси плутония и предварительно охарактеризован как CmO ₄ с кюрием в крайне редком состоянии +8; ^[65] однако новые эксперименты, кажется, указывают на то, что CmO ₄ не существует, а также ставят под сомнение существование PuO ₄ . ^[66]

Галиды [ править ]

Бесцветный фторид кюрия (III) (CmF ₃ ) можно получить, вводя фторид-ионы в растворы, содержащие кюрий (III). С другой стороны, коричневый четырехвалентный фторид кюрия (IV) (CmF ₄ ) получают только путем взаимодействия фторида кюрия (III) с молекулярным фтором : ^[6]

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

Известен ряд тройных фторидов в форме A ₇ Cm ₆ F ₃₁ , где A означает щелочной металл . ^[67]

Бесцветный хлорид кюрия (III) (CmCl ₃ ) образуется в реакции гидроксида кюрия (III) (Cm (OH) ₃ ) с безводным газообразным хлористым водородом . Кроме того, он может быть преобразован в другие галогениды, такие как бромид кюрия (III) (от бесцветного до светло-зеленого) и иодид кюрия (III) (бесцветный), путем взаимодействия его с аммиачной солью соответствующего галогенида при повышенной температуре около 400 ° С. 450 ° С: ^[68]

${\displaystyle \mathrm {CmCl_{3}\ +\ 3\ NH_{4}I\ \longrightarrow \ CmI_{3}\ +\ 3\ NH_{4}Cl} }$

Альтернативной процедурой является нагревание оксида кюрия до примерно 600 ° C с соответствующей кислотой (такой как бромистоводородная для бромида кюрия). ^{[69] [70]} Парофазный гидролиз хлорида кюрия (III) приводит к оксихлориду кюрия: ^[71]

${\displaystyle \mathrm {CmCl_{3}\ +\ \ H_{2}O\ \longrightarrow \ CmOCl\ +\ 2\ HCl} }$

Халькогениды и пниктиды [ править ]

Сульфиды, селениды и теллуриды кюрия были получены обработкой кюрия газообразной серой , селеном или теллуром в вакууме при повышенной температуре. ^{[72] [73]} В пниктиды кюрия типа CMX известны для элементов азота , фосфора , мышьяка и сурьмы . ^[6] Их можно получить путем взаимодействия гидрида кюрия (III) (CmH ₃ ) или металлического кюрия с этими элементами при повышенных температурах. ^[74]

Органикоорганические соединения и биологические аспекты [ править ]

Металлоорганические комплексы, аналогичные ураноцену , известны также для других актинидов, таких как торий, протактиний, нептуний, плутоний и америций. Молекулярная орбитальная теория предсказывает стабильный «куроценовый» комплекс (η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ₂ Cm, но экспериментально об этом еще не сообщалось. ^{[75] [76]}

Образование комплексов типа Cm (nC
₃ЧАС
₇-BTP)
₃, где BTP означает 2,6-ди (1,2,4-триазин-3-ил) пиридин, в растворах, содержащих ионы nC ₃ H ₇ -BTP и Cm ³⁺ , подтверждено EXAFS . Некоторые из этих комплексов BTP-типа селективно взаимодействуют с кюрием и поэтому могут использоваться для его селективного отделения от лантаноидов и других актинидов. ^{[24] [77]} Растворенные ионы Cm ³⁺ связываются со многими органическими соединениями, такими как гидроксамовая кислота , ^[78] мочевина , ^[79] флуоресцеин ^[80] и аденозинтрифосфат . ^[81]Многие из этих соединений связаны с биологической активностью различных микроорганизмов . Полученные комплексы демонстрируют сильную желто-оранжевую эмиссию при возбуждении УФ-светом, что удобно не только для их обнаружения, но и для изучения взаимодействий между ионом Cm ³⁺ и лигандами через изменение периода полураспада (порядка ~ 0,1 мс) и спектр флуоресценции. ^{[25] [78] [79] [80] [81]}

Кюрий не имеет биологического значения. ^[82] Есть несколько сообщений о биосорбции Ст ³⁺ по бактерий и архей , однако никаких доказательств для включения кюри в них. ^{[83] [84]}

Приложения [ править ]

Радионуклиды [ править ]

Кюрий - один из самых радиоактивных изолируемых элементов. Два его наиболее распространенных изотопа ²⁴² Cm и ²⁴⁴ Cm являются сильными альфа-излучателями (энергия 6 МэВ); они имеют относительно короткий период полураспада, составляющий 162,8 дня и 18,1 года, и производят до 120 Вт / г и 3 Вт / г тепловой энергии, соответственно. ^{[12] [85] [86]} Таким образом, кюрий может использоваться в его обычной оксидной форме в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, например, в космических кораблях. Это приложение было изучено для изотопа ²⁴⁴ Cm, в то время как от ²⁴² Cm отказались из-за его непомерно высокой цены около 2000 долларов США / г. ²⁴³См с периодом полураспада ~ 30 лет и хорошим выходом энергии ~ 1,6 Вт / г может быть подходящим топливом, но он производит значительное количество вредного гамма- и бета- излучения из продуктов радиоактивного распада. Хотя как α-излучатель ²⁴⁴ Cm требует гораздо более тонкой радиационной защиты, он имеет высокую скорость спонтанного деления, и, следовательно, интенсивность нейтронного и гамма-излучения относительно высока. По сравнению с изотопом конкурирующего термоэлектрического генератора, таким как ²³⁸ Pu, ²⁴⁴ Cm излучает в 500 раз больший флюенс нейтронов, а его более высокое гамма-излучение требует экрана, который в 20 раз толще - около 2 дюймов свинца для источника мощностью 1 кВт. по сравнению с 0,1 дюйма для ²³⁸Пу. Поэтому такое применение кюрия в настоящее время считается нецелесообразным. ^[51]

Более многообещающим применением ²⁴² Cm является производство ²³⁸ Pu, более подходящего радиоизотопа для термоэлектрических генераторов, таких как кардиостимуляторы. Альтернативные пути получения ²³⁸ Pu используют (n, γ) реакцию ²³⁷ Np или бомбардировку урана дейтронами , которые всегда производят ²³⁶ Pu как нежелательный побочный продукт, поскольку последний распадается до ²³² U с сильным гамма-излучением. ^[87] Кюрий также является обычным исходным материалом для производства высших трансурановых элементов и трансактинидов . Таким образом, бомбардировка ²⁴⁸ см неоном ( ²²Ne), магний ( ²⁶ Mg) или кальций ( ⁴⁸ Ca) дали определенные изотопы сиборгия ( ²⁶⁵ Sg), хассия ( ²⁶⁹ Hs и ²⁷⁰ Hs) и ливермория ( ²⁹² Lv, ²⁹³ Lv и, возможно, ²⁹⁴ Lv). ^[88] Калифорний был открыт, когда мишень из кюрия-242 размером микрограмм была облучена альфа-частицами с энергией 35 МэВ с использованием 60-дюймового (150 см) циклотрона в Беркли:

²⁴²
₉₆См
+ ⁴
₂Он
→ ²⁴⁵
₉₈Cf
+ ¹
₀п

В этом эксперименте было произведено всего около 5000 атомов калифорния. ^[89]

Рентгеновский спектрометр [ править ]

Наиболее практическое применение ²⁴⁴ Cm - хотя и весьма ограниченное по общему объему - это источник альфа-частиц в рентгеновских спектрометрах альфа-частиц (APXS). Эти приборы были установлены на Соджорнер , Марс , Марс 96 , марсоходы и Филае кометы посадочного модуля , ^[90] , а также научной лаборатории Mars для анализа состава и структуры пород на поверхности планеты Марс . ^[91] APXS также использовался в лунных зондах Surveyor 5–7, но с источником ²⁴² см. ^{[49] [92][93]}

Разработанная установка APXS оснащена сенсорной головкой, содержащей шесть источников кюрия с суммарной скоростью радиоактивного распада в несколько десятков милликюри (примерно гигабеккерель ). Источники коллимируются на образце, и анализируются энергетические спектры рассеянных от образца альфа-частиц и протонов (протонный анализ реализован только в некоторых спектрометрах). Эти спектры содержат количественную информацию обо всех основных элементах в образцах, кроме водорода, гелия и лития. ^[94]

Безопасность [ править ]

Из-за его высокой радиоактивности с кюрием и его соединениями следует обращаться в соответствующих лабораториях с соблюдением специальных мер. В то время как сам кюрий в основном испускает α-частицы, которые поглощаются тонкими слоями обычных материалов, некоторые из продуктов его распада испускают значительные доли бета- и гамма-излучения, которые требуют более сложной защиты. ^[47] При употреблении кюрий выводится из организма в течение нескольких дней, и только 0,05% всасывается в кровь. Оттуда около 45% попадает в печень , 45% - в кости, а оставшиеся 10% выводятся из организма. В кости кюрий накапливается на внутренней стороне границ раздела с костным мозгом и со временем существенно не перераспределяется; его излучение разрушает костный мозг и таким образом останавливаетсоздание красных кровяных телец . Биологический период полураспада кюрия составляет около 20 лет в печени и 50 лет в костях. ^{[47] [49]} Кюрий поглощается в организме значительно сильнее посредством ингаляции, и допускается общая доза ²⁴⁴ Cm в растворимой форме составляет 0,3 μ С . ^[12] Внутривенное введение растворов, содержащих ²⁴² Cm и ²⁴⁴ Cm, крысам увеличивало частоту опухолей костей , а вдыхание способствовало развитию рака легких и печени . ^[47]

Изотопы кюрия неизбежно присутствуют в отработавшем ядерном топливе с концентрацией около 20 г / т. ^[95] Среди них изотопы ²⁴⁵ Cm– ²⁴⁸ Cm имеют время распада в тысячи лет, и их необходимо удалить, чтобы нейтрализовать топливо для утилизации. ^[96] Соответствующая процедура включает несколько этапов, на которых кюрий сначала отделяется, а затем превращается нейтронной бомбардировкой в ​​специальных реакторах в короткоживущие нуклиды. Эта процедура ядерной трансмутации , хотя и хорошо задокументирована для других элементов, все еще разрабатывается для кюрия. ^[24]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
• Холлеман, Арнольд Ф. и Виберг, Nils Lehrbuch der Anorganischen Chemie , 102 Edition, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 . 
• Пеннеман Р.А. и Кинан Т.К. Радиохимия америция и кюрия , Калифорнийский университет, Лос-Аламос, Калифорния, 1960 г.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме Куриум .

Найдите curium в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Куриум в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• Банк данных по опасным веществам NLM - Кюрий, радиоактивный