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Curandeiro

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Informações de fundo

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Curandeiro
96 Cm
Gd

Cm

(UQO)
ameríciocuriumberquélio
Aparência
argênteo
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número curium, Cm, 96
Pronúncia / k jʊər Eu ə m /
KEWR -ee-əm
Categoria elemento actinide
Grupo, período, bloco n / D, 7, f
Peso atômico padrão (247)
Configuração eletrônica [ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Conchas de electrões de cúrio (2, 8, 18, 32, 25, 9, 2)
História
Descoberta Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Albert Ghiorso (1944)
Propriedades físicas
Fase sólido
Densidade (perto RT) 13,51 g · cm -3
Ponto de fusão 1613 K , de 1340 ° C, 2444 ° F
Ponto de ebulição 3383 K, 3110 ° C, 5630 ° F
Calor de fusão ? 15 kJ mol -1 ·
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 1788 1982
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 4, 3 ( óxido anfotérico)
Eletronegatividade 1,3 (escala de Pauling)
Energias de ionização 1º: 581 kJ · mol -1
Raio atômico 174 pm
O raio de covalência 169 ± 15:00
Miscelânea
A estrutura de cristal hexagonal repleto de perto
Cúrio tem uma estrutura de cristal cheio de perto hexagonal
Ordenamento magnético antiferromagnetic → transição paramagnética a 52 K
Resistividade elétrica 1,25 μΩ · m
Número de registo CAS 7440-51-9
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de cúrio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP
242 Cm traço 160 d SF - -
α 6.1 238 Pu
243 Cm traço 29,1 y α 6,169 239 Pu
ε 0,009 243 Am
SF - -
244 Cm traço 18,1 y SF - -
α 5,8048 240 Pu
245 Cm traço 8500 y SF - -
α 5.623 241 Pu
246 Cm traço 4730 y α 5,475 242 Pu
SF - -
247 Cm traço 1.56 × 10 7 y α 5.353 243 Pu
248 Cm traço 3,40 x 10 5 y α 5,162 244 Pu
SF - -
250 Cm syn 9000 y SF - -
α 5,169 246 Pu
β - 0,037 250 Bk

Cúrio é um transuranic radioativo elemento químico com o símbolo Cm e número atômico 96. Este elemento da actinide série foi nomeada após Marie Skłodowska-Curie e seu marido Pierre Curie - ambos eram conhecidos por suas pesquisas sobre radioatividade. Cúrio foi primeiro intencionalmente produzido e identificado em julho de 1944 pelo grupo de Glenn T. Seaborg no Universidade da Califórnia, Berkeley. A descoberta foi mantida em segredo e só lançado ao público em novembro de 1945. A maioria cúrio é produzido bombardeando urânio ou plutónio com neutrões em reactores nucleares - uma tonelada de gasto combustível nuclear contém cerca de 20 gramas de cúrio.

Cúrio é uma dura, densa, metal prateado com um ponto de fusão relativamente elevado e ponto de ebulição para um actinide. Considerando que é paramagnética em condições ambientais, torna-se antiferromagnéticas após arrefecimento, e outras transições magnéticas são também observados para muitos compostos cúrio. Em compostos, cúrio geralmente apresenta valência três e às vezes quatro, e três a valência é predominante em soluções. Cúrio facilmente oxida, e seus óxidos são uma forma dominante de este elemento. Ele forma fortemente complexos fluorescentes com vários compostos orgânicos, mas não há nenhuma evidência da sua incorporação em bactérias e archaea. Quando introduzido no corpo humano, cúrio acumula nos ossos, pulmão e fígado, onde promove o cancro .

Todos os conhecidos isótopos de cúrio são radioativos e têm um pequeno massa crítica para uma sustentada reação nuclear em cadeia. Eles emitem predominantemente e o calor libertado neste processo pode potencialmente produzir eletricidade em partículas α geradores termoelétricos de radioisótopos. Esta aplicação é dificultada pela escassez, de alto custo e radioatividade dos isótopos cúrio. Cúrio é usado na produção de actinídeos e mais pesados do 238 Pu radionuclídeo para fontes de alimentação nos marcapasso artificial. Serviu como o α-fonte no partículas alfa espectrómetros de raios-X instalados no Sojourner, Marte, Mars 96, Athena , Espírito e Rovers Opportunity, bem como a Mars Science Laboratory para analisar a composição e estrutura das rochas na superfície de Marte e da Lua . Um tal espectrómetro também será usado pela Philae lander do Rosetta sonda para sondar a superfície do 67P / Churyumov-Gerasimenko cometa .

História

Glenn T. Seaborg
O de 60 polegadas (150 cm) ciclotrão no Lawrence Radiation Laboratory, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, em agosto de 1939.

Embora cúrio provavelmente tinha sido produzido em experiências nucleares anteriores, era primeiro intencionalmente sintetizadas, isoladas e identificadas em 1944, no University of California, Berkeley por Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, e Albert Ghiorso. Em seus experimentos, eles usaram um de 60 polegadas (150 cm) ciclotrão.

Cúrio foi identificado quimicamente no Laboratório Metalúrgico (agora Argonne National Laboratory) com a Universidade de Chicago. Foi a terceira transurânico elemento a ser descoberto, embora seja o quarto da série - o elemento mais leve amerício era desconhecido na época.

A amostra foi preparada como se segue: primeiro plutónio solução de nitrato foi revestida sobre uma platina de folha de cerca de 0,5 cm2 de área, a solução foi evaporada e o resíduo foi convertido em dióxido de plutónio (Può 2) pela recozimento. A seguir à irradiação de ciclotrão do óxido, o revestimento foi dissolvido com ácido nítrico e depois precipitado como o hidróxido usando uma solução aquosa concentrada solução de amoníaco. O resíduo foi dissolvido em ácido perclórico, e posterior separação foi realizada por de permuta iónica para se obter uma certa isótopo de cúrio. A separação de cúrio e amerício era tão meticuloso que o grupo de Berkeley chamado inicialmente esses elementos pandemônio (do grego para todos os demônios ou inferno) e delirium (do latim para a loucura).

O isótopo cúrio-242 foi produzido em julho-agosto de 1944 bombardeando 239 Pu com α-partículas para produzir cúrio com o lançamento de um nêutron :

\ Mathrm {^ {239 \! \,} _ {\ 94} Pu \ + \ ^ {4} _ {2} Ele \ \ longrightarrow \ ^ {242} _ {\ 96} Cm \ + \ ^ {1} _ {0} n}

Cúrio-242 foi inequivocamente identificado pela energia característica dos α-partículas emitidas durante o decaimento:

\ Mathrm {^ {242} _ {\ 96} Cm \ \ longrightarrow \ ^ {238} _ {\ 94} Pu \ + \ ^ {4} _ {2}} Ele

A meia-vida da presente decaimento alfa foi medido pela primeira vez como 150 dias e, em seguida corrigido para 162,8 dias.

Outro isótopo 240 cm foi produzido numa reacção semelhante março 1945:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ + \ ^ {4} _ {2} Ele \ \ longrightarrow \ ^ {240} _ {\ 96} Cm \ + \ 3 \ ^ {1} _ { 0} N}

A meia-vida do 240 Cm α-decadência foi correctamente determinado como 26,7 dias.

A descoberta de cúrio, bem como amerício, em 1944, estava intimamente relacionado com a Manhattan Project, os resultados eram confidenciais e desclassificados apenas em 1945. Seaborg vazou a síntese dos elementos 95 e 96 sobre o programa de rádio dos Estados Unidos para as crianças, os Questionário Kids, cinco dias antes da apresentação oficial em um American Chemical Society reunião em 11 de Novembro de 1945, quando um dos ouvintes perguntou se algum novo elemento transurânico ao lado de plutónio e neptunium tinha sido descoberto durante a guerra. A descoberta de cúrio (242 Cm e 240 cm), a sua produção e os compostos foram mais tarde patenteado listando apenas Seaborg como o inventor.

Marie e Pierre Curie

O novo elemento foi nomeado após Marie Skłodowska-Curie e seu marido Pierre Curie, que estão marcados para descobrir o rádio e para o seu trabalho em radioactividade. Ele seguiu o exemplo de gadolínio , um dos lantanídeos elemento acima cúrio na tabela periódica, que foi nomeado após o explorador do elementos de terras raras Johan Gadolin:

"Como o nome para o elemento de número atômico 96 gostaríamos de propor" cúrio ", com o símbolo Cm. A evidência indica que 96 elemento contém sete 5F elétrons e, portanto, análogo ao gadolínio elemento com seus sete 4f elétrons no regulares série de terras raras. Por este elemento de base 96 tem o nome de os Curie de uma maneira análoga à nomenclatura de gadolínio, em que o químico foi confirmada Gadolin. "

As primeiras amostras cúrio foram pouco visíveis, e foram identificados pela sua radioatividade. Louis e Werner Isadore Perlman criou a primeira amostra substancial de 30 ug cúrio-242 hidróxido na Universidade da Califórnia, em 1947, bombardeando o amerício -241 com nêutrons. Quantidades macroscópicas de fluoreto de cúrio foram obtidos em 1950 por WWT Crane, JC Wallmann e BB Cunningham. A sua susceptibilidade magnética foi muito próximo ao de GdF 3 fornecendo a primeira evidência experimental para a valência de 3 cúrio em seus compostos. Cúrio de metal foi produzido apenas em 1951 por redução do fluoreto de cúrio com bário .

Características

Físico

Double-hexagonal perto a embalagem com o ABAC sequência camada na estrutura cristalina do α-cúrio (A: verde, B: azul, C: vermelho)
Laranja Cm fluorescência de iões 3+ numa solução de cloreto de tris (hydrotris) pyrazolylborato-CM (III) complexo, excitada a 396,6 nm.

Um sintético, elemento radioativo, cúrio é um metal denso duro com aparência de branco prateado e propriedades físicas e químicas semelhantes às do gadolínio . O seu ponto de fusão de 1340 ° C é significativamente maior do que a do anterior elementos Neptúnio transurânico (637 ° C), o plutónio (639 ° C) e amerício (1173 ° C). Em comparação, o gadolínio funde a 1312 ° C. O ponto de ebulição é curium 3110 ° C. Com uma densidade de 13,52 g / cm3, cúrio é significativamente mais leves do que Neptúnio (20,45 g / cm 3) e o plutónio (19,8 g / cm 3), mas é mais pesado do que a maioria de outros metais. Entre duas formas cristalinas de cúrio, o α-Cm é mais estável em condições ambientes. Tem uma simetria hexagonal, grupo de espaço P6 3 / mmc, parâmetros de rede a = 365 pm e c = 1,182 pm, e quatro por unidades de fórmulas célula unitária. O cristal é constituído por um duplo hexagonal perto a embalagem com a sequência camada ABAC e por isso é isotípico com α-lantânio. Com pressões acima de 23 GPa, à temperatura ambiente, α-Cm transforma em β-CM, que tem um de face centrada cúbico simetria, grupo espacial Fm 3 m e da rede constante a = 493 pm. Após a compressão adicional a 43 GPa, cúrio transforma a um ortorrômbica γ-Cm estrutura semelhante à da α-urânio, sem mais transições observadas até 52 GPa. Estas três fases cúrio também são referidos como Cm I, II e III.

Cúrio tem propriedades magnéticas peculiares. Considerando que a sua actinium elemento vizinho mostra nenhum desvio Curie-Weiss paramagnetismo em toda a gama de temperaturas, α-Cm transforma a um estado antiferromagnetic após arrefecimento até 65-52 K e β-Cm exibe um transição ferrimagnético a cerca de 205 K. Enquanto isso, pnictides cúrio mostrar transições ferromagnéticos Após arrefecimento: 244 CMN e 244 CMAs em 109 K, 248 cmp a 73 K e 248 CMSB a 162 K. De forma semelhante, o análogo de lantanídeo cúrio, gadolínio, bem como os seus pnictides também mostram transições magnéticas Após arrefecimento, mas o caráter de transição é um pouco diferente: D'us e GDN tornar ferromagnético, e do PIB, VDR e GdSb mostrar ordenamento antiferromagnético.

De acordo com os dados magnéticos, de cúrio resistividade eléctrica aumenta com a temperatura - cerca de duas vezes entre 4 e 60 K - e, em seguida, mantém-se praticamente constante até a temperatura ambiente. Há um aumento significativo na resistvity ao longo do tempo (cerca de 10 μOhm · cm / h) devido à auto-dano da estrutura de cristal por radiação alfa. Isso torna incerto o valor da resistividade absoluta para cúrio (cerca de 125 μΩ · cm). A resistividade de cúrio é semelhante ao de gadolinio e do plutónio actinídeos e Neptúnio, mas é significativamente mais elevada do que a de amerício, urânio, polônio e tório .

Sob iluminação ultravioleta, cúrio (III) íons apresentam amarelo-laranja forte e estável fluorescência com um máximo na gama de cerca de 590-640 nm, em função do seu ambiente. A fluorescência origina das transições a partir do primeiro estado animado 6 D 7/2 eo estado fundamental 8 S 7/2. A análise deste fluorescência permite interacções entre monitorização Cm (III) em iões complexos orgânicos e inorgânicos.

Químico

Cúrio iões em solução assumir o estado de oxidação de +3, que é o estado de oxidação mais estável para cúrio. O estado de oxidação +4 é observado apenas em algumas fases sólidas, tais como CMO 2 e 4 CMF. O comportamento químico de cúrio é diferente de actinídeos tório e urânio, e é semelhante ao de amerício e muitas lantanídeos . Em solução aquosa, o Cm 3+ é incolor a verde pálido, e Cm 4+ íon é amarelo pálido. A absorção óptica de iões Cm 3+ contém três picos agudos em 375,4, 381,2 e 396,5 nm e a sua força pode ser directamente convertido para a concentração dos iões. ?ons são Cúrio ácidos de Lewis duras e, assim, formar complexos mais estáveis com bases duras. A ligação é principalmente iónico, com um componente covalente pequena. Cúrio nos seus complexos geralmente exibe um ambiente de coordenação de 9 vezes, dentro de um tricapped geometria trigonal prismática.

Isótopos

Nêutrons térmicos (secções transversais celeiros)
242 Cm 243 Cm 244 Cm 245 Cm 246 Cm 247 Cm
Fissão 5 617 1.04 2145 0,14 81.90
Captura 16 130 15.20 369 1.22 57
C rácio / F 3.20 0.21 14,62 0,17 8.71 0,70
LEU O combustível irradiado 20 anos após 53 MWD / kg Queime
3 isótopos comuns 51 3700 390
Reator rápido Combustível MOX (AVG cinco amostras, burnup 66-120GWd / t)
Cúrio total 3,09 × 10 -3% 27,64% 70,16% 2,166% 0,0376% 0.000928%
Isótopo 242 Cm 243 Cm 244 Cm 245 Cm 246 Cm 247 Cm 248 Cm 250 Cm
Massa crítica, kg 25 7,5 33 6.8 39 7 40,4 23,5

Cerca de 20 radioisótopos e 7 isômeros nucleares entre 233 e 252 Cm Cm são conhecidos por cúrio, e não há estáveis isótopos . As meias-vidas mais longas têm sido relatados por 247 Cm (15.6 milhões de anos) e 248 cm (348.000 anos). Outros isótopos de longa vida são 245 cm (meia-vida de 8500 anos), 250 cm (8.300 anos) e 246 cm (4.760 anos). Cúrio-250 é incomum por que predominantemente (cerca de 86%) decai via fissão espontânea. Os isótopos cúrio mais utilizados são 242 Cm e 244 cm de altura com as meias-vidas de 162,8 dias e 18,1 anos, respectivamente.

Fluxo transmutação entre 238 e Pu 244 cm de LWR.
Percentual de fissão é 100 menos mostrado porcentagens.
Taxa total de transmutação varia muito, por nuclide.
CM- 245 248 Cm são de longa duração com a deterioração insignificante.

Todos os isótopos de entre 242 e 248 Cm Cm, bem como 250 Cm, passam por uma auto-sustentável reacção em cadeia nuclear e, portanto, em princípio, pode actuar como um combustível nuclear num reactor. Como na maioria dos elementos transuranianos, a fissão nuclear seção transversal é especialmente elevado para o cúrio odd-massa isótopos 243 Cm, 245 e 247 Cm Cm. Estes podem ser usados em reatores de nêutrons térmico, enquanto que uma mistura de isótopos cúrio só é adequado para reactores reprodutores rápidos desde os isótopos mesmo em série não são físseis em um reator térmico e se acumulam à medida que aumenta-se queimar. O combustível de óxidos mistos (MOX), que é para ser utilizado em reactores de potência, deverá conter pouca ou nenhuma cúrio porque a activação de neutrões de 248 Cm criará californium . Este é forte neutrões emissor, e iria poluir a extremidade traseira do ciclo do combustível e aumentar a dose para o pessoal do reactor. Por isso, se o actinídeos menores são para ser usado como combustível em um reator de nêutrons térmicos, o cúrio devem ser excluídos do combustível ou colocados em barras de combustível especiais onde é o único presente actinide.

A tabela à direita lista o massas críticas de isótopos cúrio para uma esfera, sem um moderador e refletor. Com um reflector de metal (30 cm de aço), as massas críticas dos isótopos ímpares são cerca de 3-4 kg. Quando se utiliza água (~ 20-30 cm de espessura) como reflector, a massa crítica pode ser tão pequena como 59 gramas por 245 cm, 155 grama por 243 Cm e 1,550 grama por 247 Cm. Há uma incerteza significativa nesses valores de massa crítica. Considerando que é geralmente da ordem de 20%, os valores de 242 e 246 Cm Cm foram coletados tão grande como 371 kg e 70,1 kg, respectivamente, por alguns grupos de pesquisa.

Actualmente, cúrio não é utilizado como um combustível nuclear, devido à sua disponibilidade e baixo preço elevado. 245 Cm e 247 cm têm uma muito pequena massa crítica e, por conseguinte, pode ser utilizado em portáteis armas nucleares , mas nenhum foi relatado até agora. Cúrio-243 não é adequado para este fim, devido à sua semi-vida curto e forte emissão α que iria provocar um aquecimento excessivo. Cúrio-247 seria altamente adequados, tendo uma semi-vida de 647 vezes maior do que o plutónio-239.

Ocorrência

Vários isótopos de cúrio foram detectados na precipitação a partir do teste nuclear Ivy Mike.

O isótopo mais longa duração de cúrio, 247 Cm, tem uma meia-vida de 15,6 milhões de anos. Portanto, tudo cúrio primordial, que é curium presente na Terra durante sua formação, deve ter se deteriorado por agora. Cúrio é produzido artificialmente, em pequenas quantidades para fins de investigação. Além disso, ocorre no gasto combustível nuclear. Cúrio está presente na natureza em determinadas áreas utilizadas para a atmosfera testes de armas nucleares, que foram realizadas entre 1945 e 1980. Assim, a análise dos destroços no local de teste do primeiro US bomba de hidrogênio, Ivy Mike, (01 de novembro de 1952, Enewetak), ao lado einsteinium , fermium , plutónio e amerício também revelou isótopos de berquélio, califórnio e cúrio, em especial 245 Cm, 246 Cm e menores quantidades de 247 cm, 248 e 249 Cm Cm. Por razões de segredo militar, esse resultado só foi publicado em 1956.

Compostos cúrio atmosféricas são pouco solúveis em solventes comuns e principalmente aderir às partículas do solo. A análise do solo revelou cerca de 4.000 vezes mais elevada concentração de cúrio nas partículas do solo de areia do que em água presente nos poros do solo. Uma proporção ainda maior de cerca de 18.000 foi medida em solos argilosos.

Alguns átomos de cúrio pode ser produzido por reações captura de neutrões e decaimento beta em muito altamente concentrados de urânio depósitos -bearing.

Síntese

Preparação Isotope

Cúrio é produzido em pequenas quantidades na reatores nucleares, e por agora só quilos de ele ter sido acumulado para o 242 e 244 Cm Cm gramas e miligramas ou mesmo para isótopos mais pesados. Isso explica o alto preço do cúrio, que foi ser cotado a 160-185 dólares por miligrama, com uma estimativa mais recente em 2000 USD / g para 242 Cm e 170 USD / g para 244 Cm. Em reactores nucleares, cúrio é formado a partir de 238 L de uma série de reacções nucleares. Na primeira cadeia, L 238 capta um neutrão e converte-se em 239 L, o qual através β - decadência se transforma em 239 Np e 239 Pu.

\ Mathrm {^ {238} _ {\ 92} L \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {239} _ {\ 92} L \ \ xrightarrow [23.5 \ min] {\ beta ^ -} \ ^ {239} _ {\ 93} Np \ \ xrightarrow [2,3565 \ d] {\ beta ^ -} \ ^ {239} _ {\ 94}} Pu (Os tempos são meias-vidas ).

Além disso captura de neutrões seguido de β - decaimento produz o isótopo 241 Am de amerício que mais se converte em 242 Cm:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow {2 (n, \ gamma)} \ ^ {241} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow [14,35 \ yr] {\ beta ^ -} \ ^ {241} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {242} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow [16.02 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ { 242} _ {\ 96}} Cm .

Para fins de pesquisa, cúrio é obtido por irradiação de urânio, mas não plutônio, que está disponível em grandes quantidades a partir de combustível nuclear gasto. Muito maior fluxo de neutrões é utilizado para a irradiação que resulta numa cadeia diferente de reacção e formação de 244 Cm:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow {4 (n, \ gamma)} \ ^ {243} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow [4956 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ {243} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {244} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow [10.1 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ { 244} _ {\ 96}} Cm
\ Mathrm {^ {244} _ {\ 96} Cm \ \ xrightarrow [18.11 \ yr] {\ alpha} \ ^ {240} _ {\ 94}} Pu

Cúrio-244 decai em 240 Pu por emissão de partículas alfa, mas também absorve neutrões resultam numa pequena quantidade de isótopos mais pesados cúrio. Entre estes, 247 e 248 Cm Cm são populares na investigação científica por causa de suas longas semi-vidas. No entanto, a taxa de produção de 247 cm de reactores de neutrões térmicos é relativamente baixa por causa disso é propenso a sofrer fissão induzida por neutrões térmicos. Síntese de 250 cm através absorção de neutrões, também é bastante improvável devido à meia-vida curta do produto intermediário 249 cm (64 min), que converte pelo β - decaimento para o berkélio isótopo 249 Bk.

\ Mathrm {^ {A} _ {96} Cm \ + \ ^ _ {1} {0} n \ \ longrightarrow \ ^ {A + 1} _ {\ \ 96} Cm \ + \ \ gamma} (Para A = 244-248)

A cascata acima de (n), γ reacções produz uma mistura de diferentes isótopos cúrio. A sua separação pós-síntese é pesado, e, por conseguinte, uma síntese selectiva é desejada. Cúrio-248 é favorecido para fins de pesquisa, devido à sua longa meia-vida. O método mais eficiente de preparação de este isótopo é através α-deterioração do californium isótopo 252 Cf, que é disponível em quantidades relativamente grandes, devido à sua longa meia-vida (2,65 anos). Cerca de 35-50 mg de 248 Cm está a ser produzido por este método a cada ano. A reacção associada produz 248 cm de altura com pureza isotópica de 97%.

\ Mathrm {^ {252} _ {\ 98} Cf \ \ xrightarrow [2.645 \ yr] {\ alpha} \ ^ {248} _ {\ 96}} Cm

Outro isótopo interessante para pesquisa 245 cm pode ser obtido a partir do decaimento de α-249 Cf, e este último isótopo é produzido em quantidades da β minutos - decaimento do berkélio isótopo 249 Bk.

\ Mathrm {^ {249} _ {\ 97} Bk \ \ xrightarrow [330 \ d] {\ beta ^ -} \ ^ {249} _ {\ 98} Cf \ \ xrightarrow [351 \ yr] {\ alpha} \ ^ {245} _ {\ 96}} Cm

Preparação de metal

Cromatográfica curvas de eluição revelando a semelhança entre lantanídeos Tb, D'us, da UE e correspondentes actinides Bk, CM, Am.

A maioria das rotinas de síntese de produzir uma mistura de diferentes isótopos como actinídeos óxidos, a partir do qual um determinado isótopo de cúrio precisa de ser separados. Um procedimento de exemplo poderia ser a de dissolver combustível de reator usado (por exemplo, MOX) em ácido nítrico , e remover a maior parte do urânio e plutónio usando um PUREX (P lutonium - tração UR anium EX) tipo de extração com o fosfato de tributilo num hidrocarboneto. Os lantanídeos e actinídeos os restantes são em seguida separados a partir do resíduo aquoso ( refinado) por uma extracção à base de diamida para dar, após a remoção, uma mistura de actinídeos e lantanídeos trivalentes. Um composto cúrio é, em seguida, extraiu-se selectivamente utilizando várias etapas cromatográficas e técnicas de centrifugação com um reagente apropriado. Bis complexo -triazinyl bipiridina foi recentemente proposto como tal reagente que é altamente seletivo para cúrio. Separação de cúrio a partir de um amerício muito semelhante também pode ser conseguida por tratamento de uma lama de hidróxidos em solução aquosa seus bicarbonato de sódio, com ozono a uma temperatura elevada. Ambos amerício e cúrio estão presentes em soluções principalmente no estado de valência 3; Considerando que oxida a amerício solúvel Am (IV) complexos, cúrio permanece inalterada e pode, assim, ser isolado por meio de centrifugação repetida.

Cúrio metálico é obtido pela redução dos seus compostos. Inicialmente, cúrio (III), fluoreto foi usada para este fim. A reacção foi conduzida no ambiente livre de oxigénio e de água, no aparelho feito de tântalo e tungsténio , usando elementar de bário ou de lítio como agente redutor.

\ Mathrm {CmF_3 \ + \ 3 \ Li \ \ longrightarrow \ Cm \ + \ 3 \ LiF}

Outra possibilidade é a redução de cúrio (IV) utilizando uma liga de magnésio-zinco num fundido de cloreto de magnésio e fluoreto de magnésio.

Os compostos e reacções

Óxidos

Cúrio prontamente reage com o oxigênio formando principalmente Cm 2 O 3 e CMO 2 óxidos, mas o CMO óxido bivalente é também conhecido. Preto OCM 2 pode ser obtido por queima cúrio oxalato (cm 2 (C 2 O 4) 3), nitrato (Cm (NO 3) 3) ou em hidróxido de oxigénio puro. Após aquecimento a 600-650 ° C em vácuo (cerca de 0,01 Pa), transforma-se o Cm esbranquiçada 2 O 3:

\ Mathrm {4 \ CmO_2 \ \ xrightarrow {\ Delta T} \ 2 \ Cm_2O_3 \ + \ O_2} .

Alternativamente, Cm 2 O 3 pode ser obtido por redução de 2 OCM com molecular hidrogénio :

\ Mathrm {2 \ CmO_2 \ + \ H_2 \ \ longrightarrow \ Cm_2O_3 \ + \ H_2O}

Além disso, um certo número de óxidos ternários do tipo H (II) são conhecidos OCM 3, em que M permanece por um metal divalente, tal como o bário.

Halides

O cúrio incolor (III), fluoreto (CMF 3) pode ser produzido através da introdução de iões fluoreto em cúrio (III) molecular contendo soluções. O castanho tetravalente cúrio (IV) fluoreto (CMF 4), por outro lado, só é obtido por reacção de cúrio (III) com fluoreto molecular flúor :

\ Mathrm {2 \ CmF_3 \ + \ f_2 \ \ longrightarrow \ 2 \} CmF_4

Uma série de fluoretos ternárias são conhecidos da forma A de 7 cm 6 F 31, em que A significa um metal alcalino .

O incolor cúrio (III) cloreto de (CMCL 3) é produzido na reacção de cúrio (III) de hidróxido de (Cm (OH) 3) com anidro de gás de cloreto de hidrogénio. Pode ainda ser convertidos em outros halogenetos, tais como cúrio (III) brometo de (incolores a luz verde) e cúrio (III) de iodeto de (incolor), fazendo-o reagir com o amoníaco sal do haleto correspondente a uma temperatura elevada de cerca de 400- 450 ° C:

\ Mathrm {CmCl_3 \ + \ 3 \ NH_4I \ \ longrightarrow \ CmI_3 \ + \ 3 \ NH_4Cl}

Um procedimento alternativo é o aquecimento do óxido cúrio a cerca de 600 ° C, com o ácido correspondente (tal como bromídrico para o brometo de cúrio). Fase de vapor hidrólise de cúrio (III) cloreto de resultados em curium oxicloreto:

\ Mathrm {CmCl_3 \ + \ \ H_2O \ \ longrightarrow \ CmOCl \ + \ 2 \ HCl}

Chalcogenides e pnictides

Sulfuretos, selenetos e teluretos de cúrio foram obtidos por tratamento com cúrio gasosa de enxofre , selénio ou telúrio em vácuo a temperatura elevada. O pnictides de cúrio do tipo CMX são conhecidos pela elementos azoto , fósforo , arsênio e antimônio . Eles podem ser preparados por reacção de qualquer um cúrio (III) de hidreto (CMH 3) ou cúrio metálico com estes elementos a temperaturas elevadas.

Compostos Organocurium e aspectos biológicos

Estrutura curocene previu

Complexos organometálicos análogos aos uranocene são conhecidos também para outros actinides, como o tório, protactinium, neptunium, de plutónio e amerício. Teoria molecular orbital prevê um "curocene" complexo estável (η 8 -C 8 H 8) de 2 cm, mas que não foi ainda relatado experimentalmente.

Formação de complexos do tipo cm (NC 3 H 7 -BTP) 3, onde BTP meios 2,6-di (1,2,4-triazina-3-il) piridina, em soluções que contenham NC 3 H 7 - iões BTP e Cm 3+ foi confirmada por EXAFS. Alguns desses complexos do tipo BTP interagir selectivamente com cúrio e, por conseguinte, são úteis na sua separação selectiva de lantanídeos e actinídeos outro. Cm 3+ iões dissolvidos ligam-se com muitos compostos orgânicos, tais como ácido hidroxâmico, ureia , fluoresceína e trifosfato de adenosina . Muitos destes compostos estão relacionados com a actividade biológica de várias microrganismos. Os complexos resultantes exibem forte emissão amarelo-laranja sob UV de luz de excitação, que é não só conveniente para a sua detecção, mas também para estudar as interacções entre o ião Cm 3+ e os ligandos através de alterações na meia-vida (da ordem ~ 0,1 ms) e espectro de fluorescência.

Cúrio não tem significado biológico. Há alguns relatórios sobre biosorption de Cm 3+ por bactérias e archaea, no entanto nenhuma evidência para a incorporação de cúrio neles.

Aplicações

Radionuclídeos

Cúrio é um dos elementos mais isoláveis radioativos. Seus dois isótopos mais comuns Cm 242 e 244 Cm fortes emissores alfa (6 MeV de energia); eles têm uma meia-vida relativamente curtos de 162,8 dias e 18,1 anos, e produzir tanto quanto 120 W / g e 3 W / g de energia térmica, respectivamente. Portanto, cúrio pode ser utilizado na sua forma de óxido em comum geradores termoelétricos de radioisótopos como os da nave espacial. Esta aplicação tem sido estudado para o 244 Cm isótopo, enquanto 242 Cm foi abandonado devido ao seu preço proibitivo de cerca de 2.000 USD / g. Cúrio-243 com um ~ 30 anos de semi-vida e bom rendimento energético de ~ 1,6 W / g poderia fazer para um combustível adequado, mas produz quantidades significativas de prejudicial gama e radiação beta a partir de produtos de decaimento radioativo. Embora como um α-emissor, 244 Cm requer uma muito mais fino blindagem de protecção contra radiações, que tem uma alta taxa de fissão espontânea, e assim a taxa de radiação de neutrões e gama são relativamente fortes. Em comparação com um gerador termoelétrico isótopo competindo como 238 Pu, 244 Cm emite um tempo maior fluência de 500 nêutrons, e sua emissão gama superior requer um escudo que é 20 vezes mais espessa - cerca de 2 polegadas de chumbo para uma fonte de 1 kW, como em comparação com 0,1 para 238 Pu. Por isso, esta aplicação de cúrio é atualmente considerado impraticável.

A aplicação mais promissora de 242 Cm é produzir 238 Pu, um radioisótopo mais adequado para geradores termoelétricos como em marca-passos cardíacos. As vias alternativas para usar o Pu 238 (n, γ) reacção de 237 Np, ou o deuteron bombardeio de urânio, que ambos sempre produzir 236 Pu como um subproduto indesejado - uma vez que os últimos decai para 208 Tl com emissões gama forte.

Cúrio é também um material de partida comum para a produção de maior elementos transuranianos e transactinides. Assim, o bombardeio de 248 cm, com oxigênio (18O) ou magnésio (26 mg) produziu determinados isótopos de seaborgium (265 Sg) e hassium (269 HS e 270 HS). Califórnio foi descoberto quando um alvo do tamanho de micrograma-de cúrio-242 foi irradiado com 35 MeV partículas alfa usando o ciclotrão de 60 polegadas (150 cm), em Berkeley:

242
96 Cm + 4
2 Ele245
98 Cf + 1
0 n

Apenas cerca de 5.000 átomos de califórnio foram produzidos neste experimento.

Alpha-partícula espectrômetro de raios-X de uma exploração Mars rover

Espectrômetro de raios-X

A aplicação mais prática de 244 cm - embora um pouco limitado no volume total - é como fonte de α-partícula na partículas alfa espectrômetros de raios-X (APXS). Estes instrumentos foram instalados no Sojourner, Marte, Mars 96, Espírito, Athena e Rovers Opportunity, bem como a Mars Science Laboratory para analisar a composição e estrutura das rochas na superfície do planeta Marte . APXS também foi utilizado no Surveyor 5-7 sondas lunares, mas com uma fonte de 242 Cm.

Uma configuração APXS elaborado é equipado com um sensor de cabeça contendo seis fontes cúrio tendo a taxa de decaimento radioativo total de várias dezenas de milicuries (aproximadamente um gigabecquerel). As fontes são colimado sobre a amostra, e o espectro de energia das partículas alfa e protões espalhados a partir da amostra é analisada (análise de protões é implementado apenas em alguns espectrómetros). Estes espectros conter informações quantitativas sobre todos os principais elementos nas amostras, exceto para o hidrogênio, hélio e lítio. Um APXS também irá ser utilizado pelo Philae lander do Rosetta sonda para sondar a superfície do 67P / Churyumov-Gerasimenko cometa .

Segurança

Devido à sua elevada radioatividade, cúrio e seus compostos devem ser manuseados em laboratórios apropriados sob regime especial. Considerando cúrio si emite principalmente α-partículas que são absorvidos por finas camadas de materiais comuns, alguns dos seus produtos de decaimento emitem fracções significativas de radiação gama e beta, que requerem uma protecção mais elaborada. Se consumido, cúrio é excretado em poucos dias e só 0,05% é absorvido no sangue. A partir daí, cerca de 45% para o fígado, 45% para os ossos, e os restantes 10% é excretado. No osso, cúrio se acumula no interior das interfaces para o medula óssea e não redistribuir significativamente com o tempo; seus destrói radiação paragens de medula óssea e, por conseguinte, criação de glóbulos vermelhos. O meia-vida biológica de cúrio é cerca de 20 anos no fígado e 50 anos nos ossos. Cúrio é absorvido no corpo muito mais fortemente através de inalação, e a dose total permitido de 244 cm de forma solúvel é de 0,3 μ C. injecção intravenosa de 242 Cm e 244 cm contendo as soluções para ratos aumentaram a incidência de tumor ósseo, e inalação promovido e pulmonar câncer de fígado.

Cúrio isótopos são inevitavelmente presente no combustível nuclear irradiado com uma concentração de cerca de 20 g / tonelada. Entre eles, os CM- 245 248 Cm isótopos têm tempos de decaimento de milhares de anos e têm de ser removidos para neutralizar o combustível para a eliminação. O procedimento associado envolve várias etapas, onde é separado antes cúrio e, em seguida, convertidos por bombardeamento de neutrões em reactores especiais para nuclídeos de vida curta. Este procedimento, transmutação, embora bem documentado por outros elementos, ainda está sendo desenvolvido para cúrio.

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