Kurium - Curium

Curium,  96 Cm
Curium.jpg
Curium
Výslovnost / K j ʊər jsem ə m / ( KEWR -EE-əm )
Vzhled stříbrná metalíza, ve tmě září purpurově
Hromadné číslo [247]
Curium v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Gd

Cm

(Upn)
americiumcuriumberkelium
Atomové číslo ( Z ) 96
Skupina skupina n/a
Doba období 7
Blok   f-blok
Konfigurace elektronů [ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
Elektrony na skořápku 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze na  STP pevný
Bod tání 1613  K (1340 ° C, 2444 ° F)
Bod varu 3383 K (3110 ° C, 5630 ° F)
Hustota (blízko  rt ) 13,51 g / cm 3
Teplo fúze 13,85  kJ/mol
Tlak páry
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T  (K) 1788 1982
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy +3 , +4, +5, +6 (  amfoterní oxid)
Elektronegativita Paulingova stupnice: 1,3
Ionizační energie
Atomový poloměr empirické: 174  hod
Kovalentní poloměr 169 ± 15 hodin
Color lines in a spectral range
Spektrální linie kuria
Další vlastnosti
Přirozený výskyt syntetický
Krystalická struktura dvojité hexagonální těsně uspořádané (DHCP)
Double hexagonal close packed crystal structure for curium
Elektrický odpor 1,25 µΩ⋅m
Magnetické uspořádání antiferomagneticko-paramagnetický přechod při 52 K.
Číslo CAS 7440-51-9
Dějiny
Pojmenování pojmenoval Marie Skłodowska-Curie a Pierre Curie
Objev Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Albert Ghiorso (1944)
Hlavní izotopy kuria
Izotop Hojnost Poločas rozpadu ( t 1/2 ) Režim rozpadu Produkt
242 cm syn 160 d SF -
α 238 Pu
243 cm syn 29,1 r α 239 Pu
ε 243 dop
SF -
244 cm syn 18,1 r SF -
α 240 Pu
245 cm syn 8500 let SF -
α 241 Pu
246 cm syn 4730 let α 242 Pu
SF -
247 cm syn 1,56 x 10 7  y α 243 Pu
248 cm syn 3,40 x 10 5  y α 244 Pu
SF -
250 cm syn 9 000 let SF -
α 246 Pu
β - 250 Bk
Category Kategorie: Curium
| Reference

Curium je transuranický radioaktivní chemický prvek se symbolem Cm a atomovým číslem 96. Tento prvek z řady aktinidů byl pojmenován podle Marie a Pierra Curie , oba známí pro svůj výzkum radioaktivity . Curium bylo poprvé záměrně vyrobeno a identifikováno v červenci 1944 skupinou Glenna T. Seaborga na Kalifornské univerzitě v Berkeley . Tento objev byl držen v tajnosti a pouze propuštěn k veřejnosti v listopadu 1947. Most curium je produkován tím, že bombarduje uran nebo plutonium s neutronů v jaderných reaktorech - jedna tuna vyhořelého jaderného paliva obsahuje asi 20 gramů curium.

Curium je tvrdý, hustý, stříbřitý kov s relativně vysokou teplotou tání a teplotou varu pro aktinid. Zatímco v okolních podmínkách je paramagnetický , po ochlazení se stává antiferomagnetický a u mnoha sloučenin kuria jsou také pozorovány další magnetické přechody. Ve sloučeninách kurium obvykle vykazuje valenci +3 a někdy +4 a +3 valence převládá v roztocích. Curium snadno oxiduje a jeho oxidy jsou dominantní formou tohoto prvku. S různými organickými sloučeninami tvoří silně fluoreskující komplexy, ale neexistuje důkaz o jeho začlenění do bakterií a archea . Po zavedení do lidského těla se kurium hromadí v kostech, plicích a játrech, kde podporuje rakovinu .

Všechny známé izotopy kuria jsou radioaktivní a mají malou kritickou hmotnost pro trvalou jadernou řetězovou reakci . Vyzařují převážně α-částice a teplo uvolněné v tomto procesu může sloužit jako zdroj tepla v radioizotopových termoelektrických generátorech , ale této aplikaci brání nedostatek a vysoké náklady na izotopy kuria. Curium se používá při výrobě těžších aktinidů a radionuklidu 238 Pu pro energetické zdroje v umělých kardiostimulátorech a RTG pro kosmické lodě. Sloužil jako zdroj α v rentgenových spektrometrech alfa částic instalovaných na několika vesmírných sondách, včetně rover Sojourner , Spirit , Opportunity a Curiosity Mars a přistávacího modulu Philae na kometě 67P/Churyumov – Gerasimenko , k analýze složení a struktury povrchu.

Dějiny

60 palců (150 cm) cyklotron v Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley, v srpnu 1939.

Ačkoli curium měl by byly vyrobeny v předchozích nukleárních pokusů bylo nejprve záměrně syntetizován , izolován a identifikován v roce 1944, na University of California, Berkeley , od Glenn Seaborg , Ralph A. James a Albert Ghiorso . Při svých experimentech použili 60 palců (150 cm) cyklotron .

Curium bylo chemicky identifikováno v Metallurgical Laboratory (nyní Argonne National Laboratory ) na University of Chicago . Byl to třetí transuranový prvek, který byl objeven, přestože je čtvrtým v řadě - lehčí prvek americium nebyl v té době znám.

Vzorek byl připraven následujícím způsobem: první plutonia roztok dusičnanu se nanese na platinovou fólii asi 0,5 cm 2 plochy, roztok se odpaří a zbytek se převede na plutonium (IV) oxid (può 2 ) od žíhání . Po cyklotronovém ozáření oxidu se povlak rozpustí kyselinou dusičnou a poté se vysráží jako hydroxid za použití koncentrovaného vodného roztoku amoniaku . Zbytek byl rozpuštěn v kyselině chloristé a další separace byla provedena iontovou výměnou za získání určitého izotopu kuria. Oddělení curia a americiia bylo tak pečlivé, že skupina Berkeley původně nazývala tyto prvky pandemonium (z řečtiny pro všechny démony nebo peklo ) a delirium (z latiny šílenství ).

Izotop curium-242 byl vyroben v červenci až srpnu 1944 bombardováním 239 Pu částicemi α za vzniku curia s uvolněním neutronu :

Curium-242 bylo jednoznačně identifikováno charakteristickou energií α-částic emitovaných během rozpadu:

Poločas tohoto alfa rozpad byl nejprve změřen za 150 dnů, a potom upravena na 162,8 dní.

V březnu 1945 byl v podobné reakci vyroben další izotop 240 cm:

Poločas rozpadu α-a 240 Cm byl správně určen jako 26,7 dne.

Objev curia, stejně jako americium, v roce 1944 úzce souvisel s projektem Manhattan , takže výsledky byly důvěrné a odtajněny až v roce 1945. Seaborg unikl syntéze prvků 95 a 96 v americkém rozhlasovém pořadu pro děti, Quiz Kids , pět dní před oficiálním představením na setkání Americké chemické společnosti 11. listopadu 1945, kdy se jeden z posluchačů zeptal, zda byl během války objeven nový transuranový prvek vedle plutonia a neptunia . Objev curia ( 242 cm a 240 cm), jeho produkce a jeho sloučenin byl později patentován a jako vynálezce byl uveden pouze Seaborg.

Nový prvek byl pojmenován podle Marie Skłodowska-Curie a jejího manžela Pierra Curie, kteří jsou známí objevováním radia a prací v radioaktivitě . Navázalo na příklad gadolinia , lanthanoidového prvku nad kuriem v periodické tabulce, která byla pojmenována podle průzkumníka prvků vzácných zemin Johana Gadolina :

"Jako název prvku atomového čísla 96 bychom rádi navrhli" curium "se symbolem Cm. Důkazy naznačují, že prvek 96 obsahuje sedm elektronů 5f a je tedy analogický prvku gadolinia se sedmi elektrony 4f v pravidelných řada vzácných zemin. Na tomto základním prvku je 96 pojmenován po Curieových způsobem analogickým s pojmenováním gadolinia, ve kterém byl oceněn chemik Gadolin. “

První vzorky kuria byly sotva viditelné a byly identifikovány podle jejich radioaktivity. Louis Werner a Isadore Perlman vytvořili první podstatný vzorek 30 µg hydroxidu curia -242 na Kalifornské univerzitě v Berkeley v roce 1947 bombardováním americium -241 neutrony. Makroskopická množství fluoridu curia (III) byla získána v roce 1950 společnostmi WWT Crane, JC Wallmann a BB Cunningham. Jeho magnetická citlivost byla velmi blízká citlivosti GdF 3, což poskytlo první experimentální důkaz o +3 valenci kuria v jeho sloučeninách. Curium metal byl vyroben pouze v roce 1951 redukcí CmF 3 s bariem .

Charakteristika

Fyzický

Dvojitý hexagonální těsný obal se sekvencí vrstev ABAC v krystalové struktuře α-curium (A: zelená, B: modrá, C: červená)
Oranžová fluorescence iontů Cm 3+ v roztoku komplexu tris (hydrotris) pyrazolylborato-Cm (III), excitovaná při 396,6 nm.

Syntetický, radioaktivní prvek, curium je tvrdý, hustý kov se stříbřitě bílým vzhledem a fyzikálními a chemickými vlastnostmi podobnými vlastnostem gadolinia . Jeho teplota tání 1344 ° C je výrazně vyšší než u předchozích transuranických prvků neptunium (637 ° C), plutonium (639 ° C) a americium (1173 ° C). Pro srovnání, gadolinium taje při 1312 ° C. Teplota varu kuria je 3556 ° C. S hustotou 13,52 g/cm 3 je kurium výrazně lehčí než neptunium (20,45 g/cm 3 ) a plutonium (19,8 g/cm 3 ), ale je těžší než většina ostatních kovů. Mezi dvěma krystalickými formami kuria je a-Cm stabilnější za okolních podmínek. Má hexagonální symetrii, prostorovou skupinu P6 3 /mmc, parametry mřížky a = 365 pm a c = 1182 pm a čtyři jednotky vzorců na jednotku buňky . Krystal se skládá z dvojitě hexagonálního těsného obalu se sekvencí vrstev ABAC, takže je izotypový s α-lanthanem. Při tlacích nad 23 GPa se při pokojové teplotě α-Cm transformuje na β-Cm, který má kubickou symetrii zaměřenou na obličej , prostorovou skupinu Fm 3 m a mřížkovou konstantu a = 493 pm. Po další kompresi na 43 GPa se kurium transformuje na ortorombickou strukturu y-Cm podobnou struktuře a-uranu, aniž by byly pozorovány žádné další přechody až do 52 GPa. Tyto tři fáze kuria jsou také označovány jako Cm I, II a III.

Curium má zvláštní magnetické vlastnosti. Zatímco jeho sousední element americium nevykazuje žádnou odchylku od Curie-Weissova paramagnetismu v celém teplotním rozsahu, α-Cm se po ochlazení na 65–52 K transformuje do antiferomagnetického stavu a β-Cm vykazuje ferrimagnetický přechod asi při 205 K. curium pnictides vykazují feromagnetické přechody po ochlazení: 244 CmN a 244 CmAs při 109 K, 248 CmP při 73 K a 248 CmSb při 162 K. Lanthanidový analog kuria, gadolinia a jeho pniktidů také vykazuje magnetické přechody po ochlazení, ale přechodový charakter je poněkud odlišný: Gd a GdN se stávají feromagnetickými a GdP, GdAs a GdSb vykazují antiferomagnetické uspořádání.

V souladu s magnetickými daty se elektrický odpor kuria zvyšuje s teplotou - přibližně dvakrát mezi 4 a 60 K - a poté zůstává téměř konstantní až do teploty místnosti. V průběhu času dochází k významnému zvýšení odporu (asi10 µΩ · cm/h ) v důsledku vlastního poškození krystalové mřížky zářením alfa. To činí nejistou absolutní hodnotu odporu pro curium (asi125 µΩ · cm ). Odpor curia je podobný odporu gadolinia a aktinidů plutonia a neptunia, ale je výrazně vyšší než měrný odpor americiia, uranu, polonia a thoria .

Při ultrafialovém osvětlení ionty kuria (III) vykazují silnou a stabilní žlutooranžovou fluorescenci s maximem v rozmezí přibližně 590–640 nm v závislosti na prostředí. Fluorescence pochází z přechodů z prvního excitovaného stavu 6 D 7/2 a základního stavu 8 S 7/2 . Analýza této fluorescence umožňuje sledování interakcí mezi ionty Cm (III) v organických a anorganických komplexech.

Chemikálie

Curiové ionty v roztoku téměř výhradně předpokládají oxidační stav +3, což je pro kurium nejstabilnější oxidační stav. Oxidační stav +4 je pozorován hlavně v několika pevných fázích, jako je CmO 2 a CmF 4 . Vodné kurium (IV) je známé pouze v přítomnosti silných oxidačních činidel, jako je persíran draselný , a lze jej snadno redukovat na kurium (III) radiolýzou a dokonce i samotnou vodou. Chemické chování kuria se liší od aktinidů thoria a uranu a je podobné chování americiia a mnoha lanthanoidů . Ve vodném roztoku je ion Cm 3+ bezbarvý až světle zelený a ion Cm 4+ je světle žlutý. Optická absorpce iontů Cm 3+ obsahuje tři ostré píky při 375,4, 381,2 a 396,5 nanometrech a jejich pevnost lze přímo převést na koncentraci iontů. Oxidační stav +6 byl v roztoku v roce 1978 zaznamenán pouze jednou jako curylový iont ( CmO2+
2
): Tato sloučenina byla připravena z beta rozpadu z americium-242 v americium (V) ion242
AmO+
2
. Nezískání Cm (VI) oxidací Cm (III) a Cm (IV) může být způsobeno vysokým ionizačním potenciálem Cm 4+ /Cm 3+ a nestabilitou Cm (V).

Ionty kuria jsou tvrdé Lewisovy kyseliny a tvoří tak nejstabilnější komplexy s tvrdými bázemi. Spojení je většinou iontové, s malou kovalentní složkou. Curium ve svých komplexech běžně vykazuje 9násobné koordinační prostředí v rámci trojúhelníkové trigonální prizmatické geometrie .

Izotopy

Pro kurium je známo asi 19 radioizotopů a 7 jaderných izomerů mezi 233 Cm a 251 Cm, z nichž žádný není stabilní . Nejdelší poločasy byly hlášeny pro 247 Cm (15,6 milionů let) a 248 Cm (348 000 let). Ostatní izotopy s dlouhou životností jsou 245 cm (poločas rozpadu 8500 let), 250 cm (8300 let) a 246 cm (4760 let). Curium-250 je neobvyklý v tom, že se převážně (asi 86%) rozkládá spontánním štěpením . Nejčastěji používanými izotopy kuria jsou 242 Cm a 244 Cm s poločasem rozpadu 162,8 dní, respektive 18,1 roku.

Tepelné neutronové průřezy ( stodoly )
242 cm 243 cm 244 cm 245 cm 246 cm 247 cm
Štěpení 5 617 1,04 2145 0,14 81,90
Zachytit 16 130 15.20 369 1.22 57
Poměr C/F 3.20 0,21 14,62 0,17 8,71 0,70
LEU vyhořelé palivo 20 let po vyhoření 53 MWd/kg
3 běžné izotopy 51 3700 390
Palivo MOX pro rychlý reaktor (průměr 5 vzorků, vyhoření 66–120 GWd/t)
Celkové kurium 3,09 × 10 - 3 % 27,64% 70,16% 2,166% 0,0376% 0,000928%
Izotop 242 cm 243 cm 244 cm 245 cm 246 cm 247 cm 248 cm 250 cm
Kritická hmotnost , kg 25 7.5 33 6.8 39 7 40,4 23.5

Všechny izotopy mezi 242 Cm a 248 Cm, stejně jako 250 Cm, procházejí soběstačnou jadernou řetězovou reakcí a v zásadě tedy mohou v reaktoru fungovat jako jaderné palivo . Stejně jako ve většině transuranických prvků je průřez jaderného štěpení zvláště vysoký pro izotopy kurie o liché hmotnosti 243 Cm, 245 Cm a 247 Cm. Ty mohou být použity v tepelně neutronových reaktorech , zatímco směs izotopů kuria je vhodná pouze pro rychlé šlechtitelské reaktory, protože izotopy s rovnoměrnou hmotností nejsou v tepelném reaktoru štěpné a hromadí se, jak se zvyšuje vyhoření. Smíšený-oxid (MOX) palivo, které se má použít v energetických reaktorech, by měl obsahovat malý nebo žádný curium, protože neutronová aktivační z 248 Cm vytvoří kalifornium . Californium je silný neutronový zářič a znečišťuje zadní část palivového cyklu a zvyšuje dávku personálu reaktoru. Pokud tedy mají být drobné aktinidy použity jako palivo v tepelném neutronovém reaktoru, mělo by být curium z paliva vyloučeno nebo by mělo být umístěno do speciálních palivových tyčí, kde je jediným přítomným aktinidem.

Transmutační tok mezi 238 Pu a 244 Cm v LWR.
Procentní štěpení je 100 mínus zobrazené procenta.
Celková rychlost transmutace se velmi liší podle nuklidu.
245 cm- 248 cm mají dlouhou životnost se zanedbatelným rozpadem.

Sousední tabulka uvádí kritické hmotnosti izotopů kuria pro kouli bez moderátoru a reflektoru. U kovového reflektoru (30 cm oceli) jsou kritické hmotnosti lichých izotopů asi 3–4 kg. Při použití vody (tloušťka ~ 20–30 cm) jako reflektoru může být kritická hmotnost až 59 gramů pro 245 cm, 155 gramů pro 243 cm a 1550 gramů pro 247 cm. V těchto kritických hodnotách hmotnosti existuje značná nejistota. Zatímco je to obvykle řádově 20%, některé výzkumné skupiny uváděly hodnoty 242 cm a 246 cm až 371 kg, respektive 70,1 kg.

Curium se v současné době nepoužívá jako jaderné palivo kvůli své nízké dostupnosti a vysoké ceně. 245 cm a 247 cm mají velmi malé kritické hmotnosti, a proto by mohly být použity v taktických jaderných zbraních , ale není známo, že by byly vyrobeny. Curium-243 není pro tento účel vhodný, protože má krátký poločas rozpadu a silné emise α, což by mělo za následek nadměrné teplo. Curium-247 by bylo velmi vhodné díky svému dlouhému poločasu rozpadu, který je 647krát delší než plutonium-239 (používané v mnoha stávajících jaderných zbraních ).

Výskyt

Ve spadu z jaderného testu Ivy Mike bylo detekováno několik izotopů kuria .

Nejdelší izotop kuria, 247 cm, má poločas rozpadu 15,6 milionu let. Jakékoli prvotní kurium, tj. Kurium přítomné na Zemi během jeho vzniku, by se již mělo rozpadnout, i když některé z nich by byly detekovatelné jako vyhynulý radionuklid jako přebytek jeho prvotní, dlouhověké dcery 235 U. kuria se může přirozeně vyskytovat v uranových minerálech v důsledku sekvence neutronového záchytu a rozpadu beta, i když to nebylo potvrzeno.

Curium se uměle vyrábí v malých množstvích pro výzkumné účely. Kromě toho se vyskytuje ve vyhořelém jaderném palivu . Curium je v přírodě přítomno v určitých oblastech používaných pro testování jaderných zbraní . Analýza nečistot v testovacím místě prvního amerického vodíkové bomby , Ivy Mike , (1 listopadu 1952, eniwetok ), kromě einsteinium , fermium , plutonia a americium také odhalila izotopy berkelium, californium a curium, zejména 245 cm, 246 Cm a menší množství 247 Cm, 248 Cm a 249 Cm.

Atmosférické sloučeniny kuria jsou v běžných rozpouštědlech špatně rozpustné a většinou ulpívají na půdních částicích. Analýza půdy odhalila asi 4 000krát vyšší koncentraci kuria v částicích písčité půdy než ve vodě přítomné v pórech půdy. Ještě vyšší poměr asi 18 000 byl naměřen v hlinitých půdách.

Tyto transuranové prvky z americium do fermium, včetně curium, došlo přirozeně v přírodní jaderný reaktor na Oklo , ale už ne tak učinit.

Curium je také jedním z prvků, které byly detekovány v Przybylského hvězdě .

Syntéza

Příprava izotopů

Curium se vyrábí v malých množstvích v jaderných reaktorech a do této doby bylo nahromaděno pouze kilogramů pro 242 Cm a 244 Cm a gramů nebo dokonce miligramů pro těžší izotopy. To vysvětluje vysokou cenu kuria, která byla kótována na 160–185 USD za miligram, s novějším odhadem na 2 000 USD/g pro 242 Cm a 170 USD/g pro 244 Cm. V jaderných reaktorech se kurium tvoří z 238 U v sérii jaderných reakcí. V prvním řetězci 238 U zachytí neutron a převede se na 239 U, které se prostřednictvím β - rozpadu transformuje na 239 Np a 239 Pu.

(časy jsou poločasy ) .

 

 

 

 

( 1 )

Dále zachycování neutronů a následně p - -decay produkuje 241 Am izotop americium , který dále převádí do 242 cm:

.

 

 

 

 

( 2 )

Pro výzkumné účely se curium získává ozařováním ne uranu, ale plutonia, které je k dispozici ve velkém množství z vyhořelého jaderného paliva. K ozáření se používá mnohem vyšší tok neutronů, který má za následek jiný reakční řetězec a tvorbu 244 Cm:

 

 

 

 

( 3 )

Curium-244 se rozpadá na 240 Pu emisí alfa částic, ale také absorbuje neutrony, což vede k malému množství těžších izotopů kuria. Mezi nimi je 247 cm a 248 cm populární ve vědeckém výzkumu kvůli dlouhému poločasu rozpadu. Rychlost produkce 247 cm v tepelných neutronových reaktorech je však relativně nízká, protože je náchylná k štěpení vyvolanému tepelnými neutrony. Syntéza 250 Cm prostřednictvím absorpce neutronů je také poměrně nepravděpodobná kvůli krátkému poločasu meziproduktu 249 Cm (64 min), který se přeměňuje β - rozpadem na izotop berkelium 249 Bk.

 

 

 

 

( 4 )

Výše uvedená kaskáda (n, γ) reakcí vytváří směs různých izotopů kuria. Jejich separace po syntéze je těžkopádná, a proto je žádoucí selektivní syntéza. Curium-248 je oblíbený pro výzkumné účely kvůli svému dlouhému poločasu rozpadu. Nejúčinnější způsob přípravy tohoto izotopu je prostřednictvím α-rozpadu izotopu kalifornie 252 Cf, který je díky svému dlouhému poločasu rozpadu (2,65 roku) k dispozici v relativně velkém množství. Touto metodou se ročně vyrobí asi 35–50 mg 248 cm. Přidružená reakce produkuje 248 Cm s izotopovou čistotou 97%.

 

 

 

 

( 5 )

Další zajímavou pro výzkum izotopu 245 Cm lze získat a-rozpadu 249 CF, a druhý izotop se vyrábí v malém množství z p - -decay z berkelium izotopu 249 Bk.

 

 

 

 

( 6 )

Příprava kovu

Chromatografické eluční křivky odhalující podobnost mezi Tb, Gd, Eu lanthanidy a odpovídajícími aktinidy Bk, Cm, Am.

Většina syntézních rutin poskytuje směs různých izotopů aktinidů jako oxidy , ze kterých je třeba oddělit určitý izotop kuria. Příkladem postupu může být rozpuštění použitého paliva z reaktoru (např. Paliva MOX ) v kyselině dusičné a odstranění většiny uranu a plutonia pomocí extrakce typu PUREX ( P lutonium - UR anium EX traction) s tributylfosfátem v uhlovodíku. Lanthanoidy a zbývající aktinidy se poté oddělí od vodného zbytku ( rafinátu ) extrakcí na bázi diamidu, čímž se po stripování získá směs trojmocných aktinidů a lanthanoidů. Sloučenina kuria se potom selektivně extrahuje pomocí vícestupňových chromatografických a centrifugačních technik s příslušným činidlem. Bis -triazinyl bipyridinový komplex byl nedávno navržen jako takové činidlo, které je vysoce selektivní vůči kuriu. Oddělení curia od velmi podobného americiia lze také dosáhnout zpracováním kaše jejich hydroxidů ve vodném hydrogenuhličitanu sodném s ozonem při zvýšené teplotě. Americium i curium jsou přítomny v roztocích většinou ve valenčním stavu +3; vzhledem k tomu, že americium oxiduje na rozpustné komplexy Am (IV), kurium zůstává nezměněno a lze jej tedy izolovat opakovanou centrifugací.

Metalické kurium se získává redukcí jeho sloučenin. Zpočátku byl pro tento účel použit fluorid curium (III). Reakce byla prováděna v prostředí prostém vody a kyslíku, v zařízení vyrobeném z tantalu a wolframu , s použitím elementárního barya nebo lithia jako redukčních činidel.

Další možností je redukce oxidu curium (IV) pomocí slitiny hořčíku a zinku v tavenině chloridu hořečnatého a fluoridu hořečnatého .

Sloučeniny a reakce

Oxidy

Curium snadno reaguje s kyslíkem za vzniku převážně oxidů Cm 2 O 3 a CmO 2 , ale je také znám dvojmocný oxid CmO. Černý CmO 2 lze získat spálením oxalátu curia ( Cm
2
(C
2
Ó
4
)
3
), dusičnan ( Cm (NO
3
)
3
), nebo hydroxid v čistém kyslíku. Po zahřátí na 600–650 ° C ve vakuu (asi 0,01 Pa ) se transformuje na bělavý Cm 2 O 3 :

.

Alternativně, Cm 2 O 3 je možno získat redukcí společné organizace trhu 2 s molekulárním vodíkem :

Kromě toho řada ternárních oxidů typu M (II) o společné organizaci trhů 3 jsou známé, kde M znamená dvojmocný kov, jako je barium.

Bylo oznámeno, že tepelná oxidace stopových množství hydridu curia (CmH 2–3 ) produkuje těkavou formu CmO 2 a těkavý oxid oxid CmO 3 , jeden ze dvou známých příkladů velmi vzácného stavu +6 pro kurium. Bylo hlášeno, že další pozorovaný druh se chová podobně jako údajný tetroxid plutonia a byl předběžně charakterizován jako CmO 4 s kuriem v extrémně vzácném stavu +8; Zdá se však, že nové experimenty naznačují, že CmO 4 neexistuje, a také zpochybnily existenci PuO 4 .

Halogenidy

Bezbarvý fluorid curium (III) (CmF 3 ) lze vyrobit zavedením fluoridových iontů do roztoků obsahujících curium (III). Na druhé straně hnědý čtyřmocný fluorid curium (IV) (CmF 4 ) se získává pouze reakcí fluoridu curia (III) s molekulárním fluorem :

Je známa řada ternárních fluoridů ve formě A 7 Cm 6 F 31 , kde A znamená alkalický kov .

Bezbarvý chlorid curium (III), (CMCl 3 ) je produkován v reakci hydroxidu curium (III) (cm (OH) 3 ), s bezvodým chlorovodíkem plynu. Může být dále převeden na jiné halogenidy, jako je bromid curium (III) (bezbarvý až světle zelený) a jodid curium (III) (bezbarvý), jeho reakcí s amoniakovou solí odpovídajícího halogenidu při zvýšené teplotě asi 400 - 450 ° C:

Alternativním postupem je zahřívání oxidu curia na přibližně 600 ° C s odpovídající kyselinou (jako je bromovodíkový pro bromid kuritý). Hydrolýza chloridu curnatého v plynné fázi má za následek oxychlorid kuritý:

Chalkogenidy a pniktidy

Sulfidy, selenidy a telluridy kuria byly získány zpracováním kuria s plynnou sírou , selenem nebo telurem ve vakuu při zvýšené teplotě. K pnictides z curium typu CMX jsou známé pro prvků dusíku , fosforu , arsenu a antimonu . Mohou být připraveny reakcí buď curium (III) hydridu (CMH 3 ) nebo kovový curium s těmito prvky, při zvýšených teplotách.

Organocuriové sloučeniny a biologické aspekty

Předpovídaná kurocenová struktura

Organokovové komplexy analogické s uranocenem jsou známy také pro jiné aktinidy, jako je thorium, protactinium, neptunium, plutonium a americium. Molekulární orbitální teorie předpovídá stabilní „kurocenový“ komplex (η 8 -C 8 H 8 ) 2 Cm, experimentálně však dosud nebyl zaznamenán.

Tvorba komplexů typu Cm (nC
3
H
7
-BTP)
3
, Kde BTP znamená 2,6-di (1,2,4-triazin-3-yl) pyridinu, v roztocích obsahujících nC 3 H 7 -BTP a CM 3+ iontů, bylo potvrzeno EXAFS . Některé z těchto komplexů typu BTP interagují selektivně s kuriem, a proto jsou užitečné při jeho selektivní separaci od lanthanoidů a dalších aktinidů. Rozpuštěné ionty Cm 3+ se vážou s mnoha organickými sloučeninami, jako je kyselina hydroxamová , močovina , fluorescein a adenosintrifosfát . Mnoho z těchto sloučenin souvisí s biologickou aktivitou různých mikroorganismů . Výsledné komplexy vykazují silnou žlutooranžovou emisi při excitaci ultrafialovým světlem, což je výhodné nejen pro jejich detekci, ale také pro studium interakcí mezi iontem Cm 3+ a ligandy prostřednictvím změn poločasu rozpadu (řádu ~ 0,1 ms) a spektrum fluorescence.

Curium nemá žádný biologický význam. Existuje několik zpráv o biosorpce CM 3+ od bakterií a archeí , však žádný důkaz pro zabudování curium do nich.

Aplikace

Radionuklidy

Záření z kuria je tak silné, že kov ve tmě září purpurově.

Curium je jedním z nejvíce radioaktivních izolovatelných prvků. Jeho dva nejběžnější izotopy 242 Cm a 244 Cm jsou silné alfa zářiče (energie 6 MeV); mají relativně krátký poločas rozpadu 162,8 dní a 18,1 roku a produkují až 120 W/ga 3 W/g tepelné energie. Proto může být curium ve své běžné oxidové formě použito v radioizotopových termoelektrických generátorech, jako jsou ty v kosmických lodích. Tato aplikace byla studována pro izotop 244 cm, zatímco 242 cm bylo upuštěno kvůli jeho nepřiměřené ceně kolem 2000 USD/g. 243 cm3 s poločasem ~ 30 let a dobrým energetickým výnosem ~ 1,6 W/g by mohlo vytvořit vhodné palivo, ale produkuje značné množství škodlivého záření gama a beta z produktů radioaktivního rozpadu. Ačkoli jako a-emitor, 244 Cm vyžaduje mnohem tenčí stínění ochrany před zářením, má vysokou rychlost spontánního štěpení, a proto je rychlost neutronového a gama záření relativně silná. Ve srovnání s konkurenčním izotopem termoelektrického generátoru, jako je 238 Pu, 244 cm emituje 500krát větší tok neutronů a jeho vyšší emise gama vyžaduje štít, který je 20krát silnější-asi 2 palce olova pro zdroj 1 kW, ve srovnání s 0,1 palce pro 238 Pu. Proto je tato aplikace curia v současné době považována za nepraktickou.

Slibnější aplikací 242 cm je produkce 238 Pu, vhodnějšího radioizotopu pro termoelektrické generátory, například v kardiostimulátorech. Alternativní cesty k 238 Pu používají (n, γ) reakci 237 Np nebo deuteronové bombardování uranu, které vždy produkují 236 Pu jako nežádoucí vedlejší produkt-protože ten se rozpadá na 232 U se silnou emisí gama. Curium je také běžným výchozím materiálem pro výrobu vyšších transuranových prvků a transaktinidů . Bombardování 248 cm neonem ( 22 Ne), hořčíkem ( 26 Mg) nebo vápníkem ( 48 Ca) poskytlo určité izotopy seaborgium ( 265 Sg), hassium ( 269 Hs a 270 Hs) a livermorium ( 292 Lv, 293 Lv, a případně 294 Lv). Californium bylo objeveno, když byl cíl curium-242 o velikosti mikrogramu ozářen 35 MeV alfa částicemi pomocí 60 palců (150 cm) cyklotronu v Berkeley:

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

V tomto experimentu bylo vyrobeno pouze asi 5 000 atomů kalifornie.

Izotopy kurie o liché hmotnosti 243 Cm, 245 Cm a 247 Cm jsou vysoce štěpné a lze je použít k výrobě další energie v jaderném reaktoru s tepelným spektrem ; zatímco všechny izotopy Cm jsou štěpitelné v rychlých reaktorech neutronového spektra. To je jednou z motivací menších separací aktinidů a transmutace v jaderném palivovém cyklu , což pomáhá snížit dlouhodobou radiotoxicitu použitého nebo vyhořelého jaderného paliva .

Alfa-částicový rentgenový spektrometr průzkumného roveru na Marsu

Rentgenový spektrometr

Nejpraktičtější aplikace 244 cm-i když je v celkovém objemu dosti omezená-je zdrojem a-částic v rentgenových spektrometrech alfa částic (APXS). Tyto nástroje byly instalovány na sondy Sojourner , Mars , Mars 96 , Mars Exploration Rovers a Philae comet , stejně jako Mars Science Laboratory k analýze složení a struktury hornin na povrchu planety Mars . APXS byl také použit v měsíčních sondách Surveyor 5-7, ale se zdrojem 242 cm.

Propracované nastavení APXS je vybaveno senzorovou hlavou obsahující šest zdrojů curia s celkovou rychlostí radioaktivního rozpadu několik desítek millicurií (zhruba gigabecquerel ). Zdroje se kolimují na vzorku a analyzují se energetická spektra částic alfa a protonů rozptýlených ze vzorku (protonová analýza je implementována pouze u některých spektrometrů). Tato spektra obsahují kvantitativní informace o všech hlavních prvcích ve vzorcích kromě vodíku, helia a lithia.

Bezpečnost

Vzhledem k vysoké radioaktivitě musí být s kuriem a jeho sloučeninami zacházeno ve vhodných laboratořích za zvláštních podmínek. Zatímco samotné curium emituje a-částice, které jsou absorbovány tenkými vrstvami běžných materiálů, některé jeho produkty rozpadu emitují významné frakce beta a gama záření, které vyžadují propracovanější ochranu. Při konzumaci se kurium vylučuje během několika dní a v krvi se absorbuje pouze 0,05%. Odtud jde asi 45% do jater , 45% do kostí a zbylých 10% se vyloučí. V kosti se kurium hromadí na vnitřní straně rozhraní ke kostní dřeni a s časem se výrazně nerozděluje; jeho záření ničí kostní dřeň a tím zastavuje tvorbu červených krvinek . Biologický poločas of curia je asi 20 let v játrech a 50 let v kostech. Curium se absorbuje v těle mnohem silněji inhalací, a nechá celková dávka 244 cm v rozpustné formě je 0,3 μ C . Intravenózní injekce roztoků obsahujících 242 cm a 244 cm krysám zvýšila výskyt kostního nádoru a vdechnutí podpořilo rakovinu plic a jater .

Izotopy kuria jsou nevyhnutelně přítomny v vyhořelém jaderném palivu o koncentraci asi 20 g/t. Mezi nimi se izotopy 245 cm - 248 cm rozpadají několik tisíc let a je třeba je odstranit, aby se neutralizovalo palivo určené k likvidaci. Související postup zahrnuje několik kroků, kdy se kurium nejprve oddělí a poté převede neutronovým bombardováním ve speciálních reaktorech na krátkodobé nuklidy. Tento postup, jaderná transmutace , i když je dobře zdokumentována pro jiné prvky, se stále vyvíjí pro kurium.

Reference

Bibliografie

externí odkazy