Kurium - Curium

Kurium,  96 cm²
Curium.jpg
Kiur
Wymowa / K j ʊər í ə m / ( KEWR -ee-əm )
Wygląd zewnętrzny srebrzysto metaliczny, świeci fioletowo w ciemności
Liczba masowa [247]
Curium w układzie okresowym
Gd

Cm

(góra)
amerykkuriumberkel
Liczba atomowa ( Z ) 96
Grupa grupa nie dotyczy
Okres okres 7
Blok   f-blok
Konfiguracja elektronów [ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny
Temperatura topnienia 1613  K ​(1340 °C, ​2444 °F)
Temperatura wrzenia 3383 K (3110 °C, 5630 °F)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 13,51 g / cm 3
Ciepło stapiania 13,85  kJ/mol
Ciśnienie pary
P  (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
T  (K) 1788 1982
Właściwości atomowe
Stany utleniania +3 , +4, +5, +6 (  amfoteryczny tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 1,3
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczny: 174  pm
Promień kowalencyjny 169±15:00
Kolorowe linie w zakresie spektralnym
Linie spektralne kurium
Inne właściwości
Naturalne występowanie syntetyczny
Struktura krystaliczna podwójne sześciokątny gęstego upakowania (DHCP)
Podwójnie sześciokątna, zamknięta struktura krystaliczna dla curium
Rezystancja 1,25 µΩ⋅m
Zamawianie magnetyczne przejście antyferromagnetyczno-paramagnetyczne przy 52 K
Numer CAS 7440-51-9
Historia
Nazewnictwo im. Marii Skłodowskiej-Curie i Pierre'a Curie
Odkrycie Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Albert Ghiorso (1944)
Główne izotopy kiuru
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
242 cm syn 160 dni SF
α 238 Pu
243 cm² syn 29,1 lat α 239 Pu
ε 243 rano
SF
244 cm² syn 18,1 lat SF
α 240 pu
245 cm² syn 8500 lat SF
α 241 Pu
246 cm² syn 4730 lat α 242 Pu
SF
247 cm² syn 1,56×10 7  lat α 243 Pu
248 cm syn 3,40×10 5  lat α 244 Pu
SF
250 cm syn 9000 lat SF
α 246 Pu
β 250 Bk
Kategoria Kategoria: Curium
| Bibliografia

Curium jest transuranowym radioaktywnym pierwiastkiem chemicznym o symbolu Cm i liczbie atomowej 96. Ten pierwiastek z serii aktynowców został nazwany na cześć Marii i Pierre'a Curie , obaj znani z badań nad radioaktywnością . Curium zostało po raz pierwszy celowo wyprodukowane i zidentyfikowane w lipcu 1944 przez grupę Glenna T. Seaborga z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley . Odkrycie było trzymane w tajemnicy i wydany tylko dla publiczności w listopadzie 1947. Większość kiur jest produkowany przez bombardowanie uranu lub plutonu z neutronów w reaktorach jądrowych - jedna tona zużytego paliwa jądrowego zawiera około 20 gramów Curium.

Curium to twardy, gęsty, srebrzysty metal o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia i temperaturze wrzenia aktynowca. Podczas gdy jest paramagnetyczny w warunkach otoczenia , staje się antyferromagnetyczny po ochłodzeniu, a dla wielu związków kurium obserwuje się również inne przejścia magnetyczne. W związkach kiur zwykle wykazuje walencję +3, a czasem +4, a w roztworach dominuje walencja +3. Kurium łatwo się utlenia, a jego tlenki są dominującą formą tego pierwiastka. Tworzy silnie fluorescencyjne kompleksy z różnymi związkami organicznymi, ale nie ma dowodów na jego wbudowywanie do bakterii i archeonów . Kurium wprowadzone do organizmu człowieka gromadzi się w kościach, płucach i wątrobie, gdzie sprzyja rozwojowi raka .

Wszystkie znane izotopy kiuru są radioaktywne i mają małą masę krytyczną dla długotrwałej reakcji łańcucha jądrowego . Przeważnie emitują cząstki α , a ciepło uwalniane w tym procesie może służyć jako źródło ciepła w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych , ale to zastosowanie jest utrudnione przez niedobór i wysoki koszt izotopów kiuru. Curium jest wykorzystywane do produkcji cięższych aktynowców i radionuklidu 238 Pu do źródeł zasilania sztucznych rozruszników serca i RTG dla statków kosmicznych. Służył jako źródło α w spektrometrach rentgenowskich cząstek alfa zainstalowanych na kilku sondach kosmicznych, w tym łazikach Sojourner , Spirit , Opportunity i Curiosity Mars oraz lądowniku Philae na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko , w celu analizy składu i struktury powierzchni.

Historia

60-calowy (150 cm) cyklotron w Lawrence Radiation Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w sierpniu 1939 r.

Chociaż kiur prawdopodobnie został wyprodukowany w poprzednich eksperymentach jądrowych, został po raz pierwszy celowo zsyntetyzowany , wyizolowany i zidentyfikowany w 1944 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley przez Glenna T. Seaborga , Ralpha A. Jamesa i Alberta Ghiorso . W swoich eksperymentach użyli 60-calowego (150 cm) cyklotronu .

Curium zostało chemicznie zidentyfikowane w Laboratorium Metalurgicznym (obecnie Argonne National Laboratory ) na Uniwersytecie w Chicago . Był to trzeci odkryty pierwiastek transuranowy, mimo że jest czwartym w serii – lżejszy pierwiastek ameryk był wówczas nieznany.

Próbkę przygotowano w następujący sposób: najpierw pluton azotan pokryto platyny folii około 0,5 cm 2 powierzchni, roztwór odparowano, a pozostałość przekształcono plutonu (IV) (puo 2 ) poprzez wyżarzanie . Po napromieniowaniu tlenku cyklotronem, powłokę rozpuszczono kwasem azotowym, a następnie wytrącono jako wodorotlenek przy użyciu stężonego wodnego roztworu amoniaku . Pozostałość rozpuszczono w kwasie nadchlorowym i prowadzono dalsze rozdzielanie metodą wymiany jonowej, uzyskując pewien izotop kiuru. Oddzielenie curium i americium było tak żmudne, że grupa Berkeley początkowo nazwała te elementy pandemonium (z greki oznaczające wszystkie demony lub piekło ) i delirium (z łac. szaleństwo ).

Izotop curium-242 został wyprodukowany w lipcu-sierpniu 1944 przez bombardowanie 239 Pu cząstkami α w celu wytworzenia kiuru z uwolnieniem neutronu :

Curium-242 zostało jednoznacznie zidentyfikowane przez charakterystyczną energię cząstek α ​​emitowanych podczas rozpadu:

Okres półtrwania tego rozpadu alfa zmierzono najpierw jako 150 dni, a następnie skorygowano do 162,8 dni.

Inny izotop 240 Cm został wyprodukowany w podobnej reakcji w marcu 1945 roku:

Okres półtrwania rozpadu α 240 cm został prawidłowo określony na 26,7 dni.

Odkrycie curium, podobnie jak americium, w 1944 roku było ściśle związane z Projektem Manhattan , więc wyniki były poufne i odtajnione dopiero w 1945 roku. Seaborg ujawnił syntezę pierwiastków 95 i 96 w amerykańskim programie radiowym dla dzieci, Quiz Kids , pięć dni przed oficjalną prezentacją na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego 11 listopada 1945 roku, kiedy jeden ze słuchaczy zapytał, czy podczas wojny odkryto jakikolwiek nowy pierwiastek transuranowy oprócz plutonu i neptunu . Odkrycie kiuru ( 242 cm i 240 cm), jego produkcja i jego związki zostały później opatentowane, wymieniając tylko Seaborga jako wynalazcę.

Nowy pierwiastek został nazwany na cześć Marii Skłodowskiej-Curie i jej męża Pierre'a Curie, którzy są znani z odkrywania radu i pracy nad promieniotwórczością . Poszło za przykładem gadolinu , pierwiastka lantanowca znajdującego się powyżej curium w układzie okresowym, który został nazwany na cześć odkrywcy pierwiastków ziem rzadkich Johana Gadolina :

„Jako nazwę pierwiastka o liczbie atomowej 96 chcielibyśmy zaproponować „kurium” o symbolu Cm. Dowody wskazują, że pierwiastek 96 zawiera siedem elektronów 5f, a zatem jest analogiczny do pierwiastka gadolinu z siedmioma elektronami 4f w regularnych szereg ziem rzadkich.

Pierwsze próbki curium były ledwo widoczne i zostały zidentyfikowane na podstawie ich radioaktywności. Louis Werner i Isadore Perlman stworzyli pierwszą pokaźną próbkę 30 µg wodorotlenku curium-242 na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w 1947 roku, bombardując ameryk -241 neutronami. Makroskopowe ilości fluorku kurium(III) uzyskali w 1950 roku WWT Crane, JC Wallmann i BB Cunningham. Jego podatność magnetyczna była bardzo zbliżona do GdF 3, co stanowi pierwszy eksperymentalny dowód na wartość +3 kiuru w jego związkach. Curium metaliczny został wyprodukowany dopiero w 1951 roku poprzez redukcję CmF 3 za pomocą baru .

Charakterystyka

Fizyczny

Podwójne heksagonalne ciasne upakowanie z sekwencją warstw ABAC w strukturze krystalicznej α-kurium (A: zielony, B: niebieski, C: czerwony)
Pomarańczowa fluorescencja jonów Cm 3+ w roztworze kompleksu tris(hydrotris)pirazoliloborato-Cm(III) wzbudzona przy 396,6 nm.

Kurium, syntetyczny, radioaktywny pierwiastek, jest twardym, gęstym metalem o srebrzystobiałym wyglądzie i właściwościach fizycznych i chemicznych przypominających gadolin . Jego temperatura topnienia 1344 °C jest znacznie wyższa niż poprzednich transuranowych pierwiastków: neptunu (637 °C), plutonu (639 °C) i ameryku (1173 °C). Dla porównania gadolin topi się w temperaturze 1312 °C. Temperatura wrzenia kiuru wynosi 3556°C. Przy gęstości 13,52 g/cm 3 kiur jest znacznie lżejszy niż neptun (20,45 g/cm 3 ) i pluton (19,8 g/cm 3 ), ale jest cięższy niż większość innych metali. Pomiędzy dwiema krystalicznymi formami kiur, α-Cm jest bardziej stabilny w warunkach otoczenia. Ma symetrię heksagonalną, grupę przestrzenną P6 3 /mmc, parametry sieci a = 365 pm i c = 1182 pm oraz cztery jednostki formuły na komórkę elementarną . Kryształ składa się z podwójnego heksagonalnego ciasnego upakowania z sekwencją warstw ABAC, a więc jest izotypowy z α-lantanem. Przy ciśnieniach powyżej 23 GPa , w temperaturze pokojowej, α-Cm przekształca się w β-Cm, który ma sześcienną symetrię ścienną, grupę przestrzenną Fm 3 m i stałą sieciową a = 493 pm. Po dalszej kompresji do 43 GPa, kiur przekształca się w rombową strukturę γ-Cm podobną do struktury α-uranu, bez dalszych przejść do 52 GPa. Te trzy fazy curium są również określane jako Cm I, II i III.

Curium ma szczególne właściwości magnetyczne. Podczas gdy sąsiadujący z nim element americium nie wykazuje odchylenia od paramagnetyzmu Curie-Weissa w całym zakresie temperatur, α-Cm przechodzi w stan antyferromagnetyczny po ochłodzeniu do 65-52 K, a β-Cm wykazuje przejście ferrimagnetyczne przy około 205 K. Tymczasem, Pniktydy kiuru wykazują przejścia ferromagnetyczne po ochłodzeniu: 244 CmN i 244 CmAs w 109 K, 248 CmP w 73 K i 248 CmSb w 162 K. Analog lantanowca kiuru, gadolin, jak również jego pniktydy, również wykazują przejścia magnetyczne po ochłodzeniu, ale charakter przejścia jest nieco inny: Gd i GdN stają się ferromagnetyczne, a GdP, GdAs i GdSb wykazują uporządkowanie antyferromagnetyczne.

Zgodnie z danymi magnetycznymi oporność elektryczna kiuru wzrasta wraz z temperaturą – około dwukrotnie między 4 a 60 K – a następnie pozostaje prawie stała aż do temperatury pokojowej. Z biegiem czasu następuje znaczny wzrost rezystywności (około10 µΩ·cm/h ) na skutek samouszkodzenia sieci krystalicznej przez promieniowanie alfa. To sprawia, że ​​niepewna jest bezwzględna wartość rezystywności dla kiuru (około125 µΩ·cm ). Rezystywność kiru jest podobna do gadolinu i aktynowców, plutonu i neptunu, ale jest znacznie wyższa niż ameryku, uranu, polonu i toru .

W świetle ultrafioletowym jony curium(III) wykazują silną i stabilną żółto-pomarańczową fluorescencję z maksimum w zakresie około 590–640 nm w zależności od otoczenia. Fluorescencja pochodzi z przejść z pierwszego stanu wzbudzonego 6 D 7/2 i stanu podstawowego 8 S 7/2 . Analiza tej fluorescencji umożliwia monitorowanie interakcji między jonami Cm(III) w kompleksach organicznych i nieorganicznych.

Chemiczny

Jony kiuru w roztworze prawie wyłącznie przyjmują stan utlenienia +3, który jest najbardziej stabilnym stanem utlenienia kiuru. +4 stopniu utlenienia obserwowano głównie w kilku faz stałych, takich jak CMo 2 i CMF 4 . Wodny kiur(IV) jest znany tylko w obecności silnych utleniaczy, takich jak nadsiarczan potasu i jest łatwo redukowany do kiur(III) przez radiolizę, a nawet przez samą wodę. Zachowanie chemiczne kiuru różni się od aktynowców toru i uranu i jest podobne do zachowania ameryku i wielu lantanowców . W roztworze wodnym jon Cm 3+ jest bezbarwny do jasnozielonego, a jon Cm 4+ jest bladożółty. Absorpcja optyczna jonów Cm 3+ zawiera trzy ostre piki przy 375,4, 381,2 i 396,5 nanometrów, a ich siłę można bezpośrednio przeliczyć na stężenie jonów. Stan utlenienia +6 został zgłoszony tylko raz w roztworze w 1978 roku, jako jon kurylowy ( CmO2+
2
) Ten związek wytworzono z rozpadu beta z ameryk-242 w ameryku (V) jonu242
AmO+
2
. Niepowodzenie w uzyskaniu Cm(VI) z utleniania Cm(III) i Cm(IV) może być spowodowane wysokim
potencjałem jonizacyjnym Cm 4+ /Cm 3+ i niestabilnością Cm(V).

Jony curium są twardymi kwasami Lewisa, a zatem tworzą najbardziej stabilne kompleksy z twardymi zasadami. Wiązanie jest głównie jonowe, z małym składnikiem kowalencyjnym. Curium w swoich kompleksach zwykle wykazuje 9-krotne środowisko koordynacyjne, w trigonalnej geometrii pryzmatycznej .

Izotopy

Około 19 radioizotopów i 7 izomerów jądrowych między 233 Cm a 251 Cm jest znanych dla kiuru, z których żaden nie jest stabilny . Najdłuższe okresy półtrwania odnotowano dla 247 cm (15,6 mln lat) i 248 cm (348 000 lat). Inne izotopy długowieczne to 245 Cm (okres półtrwania 8500 lat), 250 Cm (8300 lat) i 246 Cm (4760 lat). Curium-250 jest niezwykłe, ponieważ głównie (około 86%) rozpada się przez samorzutne rozszczepienie . Najczęściej stosowane izotopy kiuru to 242 cm i 244 cm z okresami półtrwania odpowiednio 162,8 dnia i 18,1 roku.

Przekroje neutronów termicznych ( stodoły )
242 cm 243 cm² 244 cm² 245 cm² 246 cm² 247 cm²
Rozszczepienie 5 617 1,04 2145 0,14 81,90
Schwytać 16 130 15.20 369 1,22 57
Stosunek C/F 3.20 0,21 14,62 0,17 8.71 0,70
Wypalone paliwo LEU 20 lat po wypaleniu 53 MWd/kg
3 wspólne izotopy 51 3700 390
Paliwo MOX z reaktora prędkiego (średnio 5 próbek, wypalenie 66–120 GWd/t)
Kurium ogółem 3,09 × 10 3 % 27,64% 70,16% 2,166% 0,0376% 0,000928%
Izotop 242 cm 243 cm² 244 cm² 245 cm² 246 cm² 247 cm² 248 cm 250 cm
Masa krytyczna , kg 25 7,5 33 6,8 39 7 40,4 23,5

Wszystkie izotopy pomiędzy 242 Cm a 248 Cm oraz 250 Cm podlegają samopodtrzymującej się jądrowej reakcji łańcuchowej, dzięki czemu w zasadzie mogą działać jak paliwo jądrowe w reaktorze. Jak w większości pierwiastków transuranowych, przekrój rozszczepienia jądrowego jest szczególnie wysoki dla izotopów o nieparzystej masie kiuru 243 cm, 245 cm i 247 cm. Można je stosować w reaktorach termiczno-neutronowych , podczas gdy mieszanina izotopów kiuru nadaje się tylko do reaktorów prędkich powielających, ponieważ izotopy o równomiernej masie nie są rozszczepialne w reaktorze termicznym i gromadzą się wraz ze wzrostem wypalenia. Paliwo z mieszanym tlenkiem (MOX), które ma być stosowane w reaktorach energetycznych, powinno zawierać niewiele lub wcale kiuru, ponieważ aktywacja neutronów na 248 cm wytworzy kaliforn . Kaliforn jest silnym emiterem neutronów i zanieczyszczałby koniec cyklu paliwowego i zwiększał dawkę dla personelu reaktora. Stąd, jeśli mniejsze aktynowce mają być stosowane jako paliwo w reaktorze z neutronami termicznymi, kiur powinien być wyłączony z paliwa lub umieszczony w specjalnych prętach paliwowych, gdzie jest jedynym obecnym aktynowcem.

Przepływ transmutacji między 238 Pu i 244 cm w LWR.
Procent rozszczepienia wynosi 100 minus pokazane wartości procentowe.
Całkowita szybkość transmutacji jest bardzo zróżnicowana w zależności od nuklidu.
245 cm 248 cm są długowieczne ze znikomym rozkładu.

W sąsiedniej tabeli wymieniono masy krytyczne dla izotopów kurium dla kuli, bez moderatora i reflektora. W przypadku metalowego reflektora (30 cm stali) masy krytyczne nieparzystych izotopów wynoszą około 3-4 kg. Gdy używa się wody (grubość ~20–30 cm) jako reflektora, masa krytyczna może być tak mała jak 59 gram dla 245 cm, 155 gram dla 243 cm i 1550 gram dla 247 cm. W tych wartościach masy krytycznej istnieje znaczna niepewność. Podczas gdy zwykle jest to około 20%, wartości dla 242 Cm i 246 Cm zostały podane przez niektóre grupy badawcze jako duże, odpowiednio, 371 kg i 70,1 kg.

Curium nie jest obecnie wykorzystywane jako paliwo jądrowe ze względu na jego niską dostępność i wysoką cenę. 245 Cm i 247 Cm mają bardzo małe masy krytyczne i dlatego mogą być stosowane w taktycznej broni jądrowej , ale nie wiadomo, czy zostały wyprodukowane. Curium-243 nie nadaje się do tego celu ze względu na krótki okres półtrwania i silną emisję α, co skutkowałoby nadmiernym nagrzewaniem. Curium-247 byłby bardzo odpowiedni ze względu na długi okres półtrwania, który jest 647 razy dłuższy niż pluton-239 (stosowany w wielu istniejących broniach jądrowych ).

Występowanie

W opadach z próby jądrowej Ivy Mike wykryto kilka izotopów kiuru .

Najdłużej żyjący izotop kiuru, 247 cm, ma okres półtrwania 15,6 miliona lat. Dlatego każde pierwotne kiur, czyli kiur obecne na Ziemi podczas jego formowania, powinno już ulec rozkładowi, chociaż część z nich byłaby wykrywalna jako wymarły radionuklid jako nadmiar jego pierwotnej, długowiecznej córki 235 U. Śladowe ilości Curium prawdopodobnie występuje naturalnie w minerałach uranu w wyniku wychwytywania neutronów i sekwencji rozpadu beta, chociaż nie zostało to potwierdzone.

Curium jest produkowane sztucznie w niewielkich ilościach do celów badawczych. Ponadto występuje w wypalonym paliwie jądrowym . Curium występuje w naturze w niektórych obszarach wykorzystywanych do testowania broni jądrowej . Analiza zanieczyszczeń w miejscu badania pierwszego US bomby wodoru , bluszcz Mike (1 listopada 1952, Enewetak ) oprócz einsteinium , ferm , plutonu i ameryku wykazały również izotopy Berkelium, Californium i Curium, zwłaszcza 245 cm, 246 Cm i mniejsze ilości 247 Cm, 248 Cm i 249 Cm.

Atmosferyczne związki kurium są słabo rozpuszczalne w zwykłych rozpuszczalnikach i przeważnie przylegają do cząstek gleby. Analiza gleby wykazała około 4000 razy wyższe stężenie kiuru w cząsteczkach gleby piaszczystej niż w wodzie obecnej w porach gleby. Jeszcze wyższy stosunek około 18 000 zmierzono w glebach ilastych .

W pierwiastków transuranowych z ameryk do ferm, w tym Curium, sposób naturalny w naturalny reaktor jądrowy w Oklo , ale już nie tak.

Curium jest również jednym z pierwiastków, które wykryto w Gwieździe Przybylskiego .

Synteza

Preparat izotopowy

Curium jest produkowane w niewielkich ilościach w reaktorach jądrowych i do tej pory zgromadzono tylko jego kilogramy dla 242 Cm i 244 Cm oraz gramy, a nawet miligramy dla cięższych izotopów. Wyjaśnia to wysoką cenę kiuru, którą podaje się na poziomie 160–185 USD za miligram, z nowszymi szacunkami na 2000 USD/g dla 242 cm3 i 170 USD/g dla 244 cm3. W reaktorach jądrowych kiur powstaje z 238 U w serii reakcji jądrowych. W pierwszym łańcuchu 238 U wychwytuje neutron i przekształca się w 239 U, które poprzez rozpad β przekształca się w 239 Np i 239 Pu.

(czasy są półtrwaniami ) .

 

 

 

 

( 1 )

Dalsze wychwytywanie neutronów, po którym następuje rozpad β −, daje izotop 241 Am ameryku, który dalej przekształca się w 242 Cm:

.

 

 

 

 

( 2 )

Do celów badawczych kiur uzyskuje się przez napromieniowanie nie uranu, lecz plutonu, który jest dostępny w dużych ilościach ze zużytego paliwa jądrowego. Do napromieniowania stosuje się znacznie wyższy strumień neutronów, co skutkuje innym łańcuchem reakcji i tworzeniem 244 Cm:

 

 

 

 

( 3 )

Curium-244 rozpada się na 240 Pu przez emisję cząstki alfa, ale pochłania również neutrony, co skutkuje niewielką ilością cięższych izotopów kiuru. Wśród nich 247 Cm i 248 Cm są popularne w badaniach naukowych ze względu na ich długi okres półtrwania. Jednak szybkość produkcji 247 cm w reaktorach neutronów termicznych jest stosunkowo niska, ponieważ jest podatna na rozszczepienie indukowane przez neutrony termiczne. Synteza 250 Cm przez absorpcję neutronów jest również mało prawdopodobna ze względu na krótki okres półtrwania produktu pośredniego 249 Cm (64 min), który przekształca się w wyniku rozpadu β do izotopu berkelu 249 Bk.

 

 

 

 

( 4 )

Powyższa kaskada reakcji (n,γ) wytwarza mieszaninę różnych izotopów kiuru. Ich rozdzielanie po syntezie jest kłopotliwe i dlatego pożądana jest selektywna synteza. Curium-248 jest preferowane do celów badawczych ze względu na jego długi okres półtrwania. Najbardziej wydajną metodą przygotowania tego izotopu jest rozpad α izotopu kalifornowego 252 Cf, który jest dostępny w stosunkowo dużych ilościach ze względu na długi okres półtrwania (2,65 roku). Około 35-50 mg 248 Cm jest produkowane co roku tą metodą. Powiązana reakcja daje 248 cm3 o czystości izotopowej 97%.

 

 

 

 

( 5 )

Innym interesującym izotopów badania 245 Cm można uzyskać z alfa-rozpadu 249 Cf a drugi izotop jest wytwarzany w niewielkich ilościach z beta - -decay z Berkelium izotopem 249 BK.

 

 

 

 

( 6 )

Przygotowanie metalu

Krzywe chromatograficzne elucji wykazujące podobieństwo między lantanowcami Tb, Gd, Eu i odpowiednimi aktynowcami Bk, Cm, Am.

Większość procedur syntezy daje mieszaninę różnych izotopów aktynowców w postaci tlenków , z których należy oddzielić pewien izotop kiuru. Przykładową procedurą może być rozpuszczenie zużytego paliwa reaktora (np. paliwa MOX ) w kwasie azotowym i usunięcie większości uranu i plutonu przy użyciu ekstrakcji typu PUREX ( P lutonium – UR anium EX trakcji) z fosforanem tributylu w węglowodorze. Lantanowce i pozostałe aktynowce są następnie oddzielane od wodnej pozostałości ( rafinatu ) przez ekstrakcję na bazie diamidu, z wytworzeniem, po odpędzeniu, mieszaniny trójwartościowych aktynowców i lantanowców. Związek kurium jest następnie selektywnie ekstrahowany przy użyciu wieloetapowych technik chromatograficznych i wirowania z odpowiednim odczynnikiem. Niedawno zaproponowano kompleks bis- triazynylo-bipirydyny jako odczynnik wysoce selektywny w stosunku do kiuru. Oddzielenie Curium z bardzo podobnym ameryk można również osiągnąć przez traktowanie zawiesiny ich wodorotlenków wodnego roztworu wodorowęglanu sodu z ozonem w podwyższonej temperaturze. Zarówno ameryk, jak i kiur występują w roztworach głównie w stanie walencyjnym +3; podczas gdy ameryk utlenia się do rozpuszczalnych kompleksów Am(IV), kiur pozostaje niezmieniony i dlatego można go wyizolować przez powtarzane wirowanie.

Kurium metaliczne otrzymuje się poprzez redukcję jego związków. Początkowo do tego celu stosowano fluorek kiuru(III). Reakcję prowadzono w środowisku wolnym od wody i tlenu, w aparacie wykonanym z tantalu i wolframu , z użyciem pierwiastkowego baru lub litu jako reduktorów.

Inną możliwością jest redukcja tlenku curium(IV) za pomocą stopu magnezowo-cynkowego w stopie chlorku magnezu i fluorku magnezu .

Związki i reakcje

Tlenki

Kiur łatwo reaguje z tlenem tworząc głównie cm 2 O 3 a cmo 2 tlenki, ale tlenek dwuwartościowej CMo jest również znane. Czarny CmO 2 można uzyskać przez spalanie szczawianu kiuru ( Cm
2
(C
2
O
4
)
3
), azotan ( Cm (NO
3
)
3
) lub wodorotlenek w czystym tlenie. Po podgrzaniu do 600–650 °C w próżni (około 0,01 Pa ) przekształca się w białawy Cm 2 O 3 :

.

Alternatywnie, Cm 2 O 3 można otrzymać redukując CmO 2 wodorem cząsteczkowym :

Ponadto ilość potrójnych tlenków typu M (II) CMo 3 są znane, w którym M oznacza dwuwartościowy metal, taki jak bar.

Doniesiono, że utlenianie termiczne śladowych ilości wodorku kiuru (CmH 2–3 ) prowadzi do powstania lotnej formy CmO 2 i lotnego tritlenku CmO 3 , jednego z dwóch znanych przykładów bardzo rzadkiego stanu +6 dla kiuru. Inny obserwowany gatunek miał zachowywać się podobnie do rzekomego tetratlenku plutonu i został wstępnie scharakteryzowany jako CmO 4 , z kiurem w niezwykle rzadkim stanie +8; jednak nowe eksperymenty wydają się wskazywać, że CmO 4 nie istnieje i podają w wątpliwość również istnienie PuO 4 .

Halogenki

Bezbarwny kiur (III), fluorek (CMF 3 ) może być wytwarzany poprzez wprowadzenie jonów fluorkowych język Curium (III) roztwory Niezawierające. Brązową czterowartościowego kiur (IV), fluor (CMF 4 ), z drugiej zaś strony uzyskuje się tylko poprzez reakcję kiur (III) fluorku cząsteczkowym fluorem :

Szereg trójskładnikowych fluorki są znane Postać A 7 cm 6 F 31 , w którym A oznacza metal alkaliczny .

Bezbarwny chlorek kiur (III), (CmCl 3 ) wytwarza się w reakcji kiur (iii) wodorotlenek (cm (OH) 3 ) bezwodnego chlorowodoru gazem. Ponadto, związek może być przekształcony do innych halogenków, takich jak kiur (III) bromek (bezbarwna do lekko zielony) i kiur (III), jodek (bezbarwny), w reakcji z amoniakiem soli z odpowiednim halogenkiem w podwyższonej temperaturze około 400- 450 °C:

Alternatywną procedurą jest ogrzewanie tlenku kuru do około 600°C z odpowiednim kwasem (takim jak bromowodorek lub bromek kiuru). Hydroliza w fazie gazowej chlorku kiuru(III) powoduje powstanie tlenochlorku kiuru:

Chalkogenidy i pniktydy

Siarczki, selenki i tellurki kiru otrzymywano przez obróbkę kiur gazową siarką , selenem lub tellurem w próżni w podwyższonej temperaturze. W pnictides z Curium typu cmx znane są elementy azotu , fosforu , arsenu i antymonu . Można je wytwarzać w reakcji wodorku kuru(III) (CmH 3 ) lub kiru metalicznego z tymi pierwiastkami w podwyższonych temperaturach.

Związki organocurium i aspekty biologiczne

Przewidywana struktura kurocenu

Analogiczne do uranocenu kompleksy metaloorganiczne znane są również dla innych aktynowców, takich jak tor, protaktyn, neptun, pluton i ameryk. Teoria orbitali molekularnych przewiduje istnienie stabilnego kompleksu "kurocenu" (η 8 -C 8 H 8 ) 2 Cm, ale nie zostało to jeszcze odnotowane doświadczalnie.

Powstawanie kompleksów typu Cm(nC
3
h
7
-BTP)
3
Gdzie oznacza BTP dla 2,6-di (1,2,4-triazyn-3-ylo) pirydyny, w roztworach zawierających nC 3 H 7 -BTP oraz cm 3+ jony zostały potwierdzone EXAFS . Niektóre z tych kompleksów typu BTP selektywnie oddziałują z kiurem i dlatego są przydatne w jego selektywnym oddzielaniu od lantanowców i innych aktynowców. Rozpuszczone jony Cm 3+ wiążą się z wieloma związkami organicznymi, takimi jak kwas hydroksamowy , mocznik , fluoresceina i trifosforan adenozyny . Wiele z tych związków jest związanych z biologiczną aktywnością różnych mikroorganizmów . Powstałe kompleksy wykazują silną żółto-pomarańczową emisję pod wpływem wzbudzenia światłem UV, co jest wygodne nie tylko do ich wykrywania, ale także do badania oddziaływań między jonem Cm 3+ a ligandami poprzez zmiany okresu półtrwania (rzędu ~ 0,1 ms) i widmo fluorescencji.

Curium nie ma znaczenia biologicznego. Istnieje kilka doniesień na temat biosorpcji Cm 3+ przez bakterie i archeony , jednak nie ma dowodów na wbudowywanie do nich kurium.

Aplikacje

Radionuklidy

Promieniowanie z kiuru jest tak silne, że metal świeci w ciemności na fioletowo.

Curium jest jednym z najbardziej radioaktywnych pierwiastków izolacyjnych. Jego dwa najpopularniejsze izotopy 242 Cm i 244 Cm są silnymi emiterami alfa (energia 6 MeV); mają stosunkowo krótkie okresy półtrwania 162,8 dni i 18,1 lat i wytwarzają odpowiednio aż 120 W/g i 3 W/g energii cieplnej. W związku z tym kiur może być stosowany w jego zwykłej postaci tlenkowej w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych, takich jak te w statkach kosmicznych. To zastosowanie zostało zbadane dla izotopu 244 Cm, podczas gdy 242 Cm zostało porzucone ze względu na jego zaporową cenę około 2000 USD/g. 243 cm z okresem półtrwania ~30 lat i dobrą wydajnością energii ~1,6 W/g może stanowić odpowiednie paliwo, ale wytwarza znaczne ilości szkodliwego promieniowania gamma i beta z produktów rozpadu radioaktywnego. Chociaż jako emiter α, 244 cm wymaga znacznie cieńszego ekranu ochronnego przed promieniowaniem, ma wysoki współczynnik samorzutnego rozszczepienia, a zatem współczynniki promieniowania neutronowego i gamma są stosunkowo silne. W porównaniu z konkurencyjnym izotopem generatora termoelektrycznego, takim jak 238 Pu, 244 Cm emituje 500-krotnie większy strumień neutronów, a jego wyższa emisja gamma wymaga osłony, która jest 20 razy grubsza – około 2 cale ołowiu dla źródła 1 kW, w porównaniu do 0,1 cala dla 238 Pu. Dlatego takie zastosowanie curium jest obecnie uważane za niepraktyczne.

Bardziej obiecującym zastosowaniem 242 cm jest wytworzenie 238 Pu, bardziej odpowiedniego radioizotopu do generatorów termoelektrycznych, takich jak rozruszniki serca. Alternatywne drogi do 238 Pu wykorzystują reakcję (n, γ) 237 Np lub bombardowanie uranu deuteronami , które zawsze wytwarzają 236 Pu jako niepożądany produkt uboczny – ponieważ ten ostatni rozpada się do 232 U z silną emisją gamma. Curium jest również powszechnym materiałem wyjściowym do produkcji wyższych pierwiastków transuranowych i transaktynidów . Tak więc bombardowanie 248 cm3 neonem ( 22 Ne), magnezem ( 26 Mg) lub wapniem ( 48 Ca) dało pewne izotopy morskiego ( 265 Sg), hasu ( 269 Hs i 270 Hs) i wątroby ( 292 Lv, 293 Poz i prawdopodobnie 294 Poz). Kaliforn został odkryty, gdy mikrogramowy cel kiuru-242 został napromieniowany cząstkami alfa o energii 35 MeV przy użyciu 60-calowego (150 cm) cyklotronu w Berkeley:

242
96
Cm
+ 4
2
On
245
98
cf
+ 1
0
n

W tym eksperymencie wyprodukowano tylko około 5000 atomów kalifornu.

Izotopy o nieparzystej masie kiuru 243 Cm, 245 Cm i 247 Cm są wysoce rozszczepialne i mogą być wykorzystywane do generowania dodatkowej energii w reaktorze jądrowym o widmie termicznym ; podczas gdy wszystkie izotopy Cm są rozszczepialne w reaktorach o widmie prędkich neutronów. Jest to jedna z motywacji drobnych separacji i transmutacji aktynowców w jądrowym cyklu paliwowym , pomagająca zmniejszyć długoterminową radiotoksyczność zużytego lub wypalonego paliwa jądrowego .

Spektrometr rentgenowski cząstek alfa łazika badającego Marsa

Spektrometr rentgenowski

Najbardziej praktyczne zastosowanie 244 cm – choć raczej ograniczone w całkowitej objętości – to źródło cząstek α ​​w spektrometrach rentgenowskich cząstek alfa (APXS). Instrumenty te zainstalowano na pokładzie Sojourner , Mars , Mars 96 , Mars Exploration Rovers i lądowniku komet Philae , a także w Mars Science Laboratory w celu analizy składu i struktury skał na powierzchni planety Mars . APXS był również używany w sondach księżycowych Surveyor 5–7, ale ze źródłem 242 cm.

Opracowaną konfiguracji APXS jest wyposażony w głowicę czujnika zawierającego sześć źródeł kiur o całkowitej szybkości rozpadu radioaktywnego kilkudziesięciu milikiurów (z grubsza gigabecquerel ). Źródła są kolimowane na próbce i analizowane są widma energetyczne cząstek alfa i protonów rozproszonych w próbce (analiza protonów jest realizowana tylko w niektórych spektrometrach). Widma te zawierają informacje ilościowe dotyczące wszystkich głównych pierwiastków w próbkach z wyjątkiem wodoru, helu i litu.

Bezpieczeństwo

Ze względu na wysoką radioaktywność kiur i jego związki muszą być przetwarzane w odpowiednich laboratoriach na specjalnych warunkach. Podczas gdy samo kiur emituje głównie cząstki α, które są pochłaniane przez cienkie warstwy zwykłych materiałów, niektóre z jego produktów rozpadu emitują znaczne ułamki promieniowania beta i gamma, które wymagają bardziej skomplikowanej ochrony. Po spożyciu kurium jest wydalane w ciągu kilku dni i tylko 0,05% jest wchłaniane do krwi. Stamtąd około 45% trafia do wątroby , 45% do kości, a pozostałe 10% jest wydalane. W kości kiur gromadzi się po wewnętrznej stronie interfejsów do szpiku kostnego i nie ulega znacznej redystrybucji w czasie; jego promieniowanie niszczy szpik kostny, a tym samym zatrzymuje tworzenie czerwonych krwinek . Biologicznego półtrwania o Curium wynosi około 20 lat w wątrobie i 50 lat w kościach. Kiur jest absorbowana w organizmie znacznie silniej na drodze inhalacji, a pozostawiono całkowita dawka 244 cm w formie rozpuszczalnej 0,3 μ C . Dożylne wstrzyknięcie szczurom roztworów zawierających 242 cm i 244 cm zwiększyło częstość występowania guza kości , a inhalacja sprzyjała rakowi płuc i wątroby .

Izotopy kuru są nieuchronnie obecne w wypalonym paliwie jądrowym w stężeniu około 20 g/tonę. Wśród nich izotopy 245 Cm– 248 Cm mają czas rozpadu sięgający tysięcy lat i należy je usunąć, aby zneutralizować paliwo do utylizacji. Powiązana procedura obejmuje kilka etapów, w których kiur jest najpierw oddzielany, a następnie przekształcany przez bombardowanie neutronami w specjalnych reaktorach do krótkożyciowych nuklidów. Ta procedura transmutacji jądrowej , choć dobrze udokumentowana dla innych pierwiastków, wciąż jest opracowywana dla kurium.

Bibliografia

Bibliografia

Zewnętrzne linki