Киријум

Киријум (, лат. ) хемијски је елемент из групе актиноида.^[3] Име је добио по презимену Марије Склодовске-Кири и Пјера Кирија. Киријум је хемијски веома активан, разлаже воду, и његова хемијска активност је слична мангану. Киријум се обично јавља са оксидационим бројем + . Соли киријума су растворљиве у води. Гради растворљиве нитриде, нитрите, сулфиде, сулфите, хлориде, бромиде, нерастворљива једињења са угљеником силицијумом и фосфором. У природи се јавља у количинама приближно истим као калифорнијум. Целокупна количина киријума на Земљи износи 0,0001 грама. Киријум настаје бомбардовањем плутонијума 241 хелијумом 4. Гради јон 2+. Овај јон је врло јако редукционо средство. Оксидује злато, јод, бром, хлор, сумпор као и многе метале.^[4]

Киријум

Општа својства
Име, симбол	киријум,
Изглед	сребрнасто металан, у мраку светли љубичасто
У периодноме систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон ↑ ↓ (Upn) америцијум ← киријум → берклијум ‍
Атомски број (Z)	96
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Категорија	актиноид
Рел. ат. маса (Ar)	243,0613893(22)[1]
Масени број	247 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Физичка својства
Тачка топљења	1613 K ​(1340 °‍C, ​2444 °F)
Тачка кључања	3383 K ​(3110 °‍C, ​5630 °F)
Густина при с.т.	13,51 g/cm3
Топлота фузије	13,85 kJ/mol
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 1788 1982 P (Pa) 103 104 105 на T (K)
Атомска својства
Електронегативност	1,3
Енергије јонизације	1: 581 kJ/mol
Атомски радијус	174 pm
Ковалентни радијус	169±3 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​дупла збијена хексагонална (dHCP)
Електроотпорност	1,25 µΩ·m[2]
Магнетни распоред	антиферомагнетично-парамагнетична транзиција при 52 K[2]
CAS број	7440-51-9
Историја
Именовање	именова по Марији Кири и Пјеру Кирију
Откриће	Глен Т. Сиборг, Ралф А. Џејмс, Алберт Гиорсо (1944)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (1/2) ТР ПР 242 160 d СФ – α 238 243 29,1 y α 239 ε 243 СФ – 244 18,1 y СФ – α 240 245 8500 y СФ – α 241 246 4730 y α 242 СФ – 247 1,56×107 y α 243 248Cm 3,40×105 y α 244 СФ – 250 9000 y СФ – α 246 β− 250
референце • Википодаци

Историја

60-инчни циклотрон

Киријум је током 1944. године открио Глен Т. Сиборг са својим сарадницима Ралф А. Џејмсом и Албертом Гиорсом. Они су у серији експеримената користили су 60-инчни циклотрон на Универзитету Калифорније у Берклију. Након нептунијума и плутонијума, био је то трећи трануранијски елемент откривен након 1940. године. Његова синтеза десила се много пре него што је синтетизиран елемент који се у периодном систему налази једно мјесто пре киријума, америцијум.^[5][6]

За добијање новог елемента кориштени су претежно оксиди полазних елемената. У том процесу, најпре се раствор плутонијум-нитрата (и то изотопа ²³⁹) наносио на фолију начињену од платине, површине око 0,5 ². Након тога раствор је испаравао а остатак се жарио до настанка оксида (₂). Након бомбардовања узорка у циклотрону, он се растварао са азотном киселином те поновно помоћу концентрованог воденог раствора амонијум хидроксида да би се исталожио у виду хидроксида. Остатак се растварао у перхлорној киселини. Даљњи ток одвајања следио је помоћу јонских измењивача. У низу експеримената настајала су два различита изотопа: ²⁴² и ²⁴⁰.

Први изотоп ²⁴² добијен је у јулу/аугусту 1944. након бомбардирања узорка ²³⁹ алфа-честицама. При томе је у такозваној (α,)-реакцији настајао жељени изотоп и један неутрон:

${\displaystyle \mathrm {^{239\!\,}_{\ 94}Pu\ +\ _{2}^{4}He\ \longrightarrow \ _{\ 96}^{242}Cm\ +\ _{0}^{1}n} }$

Несумњива идентификација новог елемента извршена је на основу карактеристичних нивоа енергије емитованих алфа-честица при распаду. Време полураспада тих алфа-распада првобитно је процењено на око 150 дана (162,8 дана^[7] по актуелним подацима).

${\displaystyle \mathrm {^{242}_{\ 96}Cm\ \longrightarrow \ _{\ 94}^{238}Pu\ +\ _{2}^{4}He} }$

Други, краткоживећи изотоп ²⁴⁰, који је такође настао бомбардовањем плутонијума ²³⁹ алфа-честицама, откривен је тек касније у марту 1945. године:

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

Време полураспада овог изотопа најпре је процењено на 26,7 дана (док је према актуелним подацима измерено 27 дана^[7]).

Због Другог светског рата који је тада трајао, откриће новог елемента није одмах објављено. За постојање овог елемента јавност је сазнала на необичан начин: у америчкој радио емисији Квиз Кидс, 11. новембра 1945. један од млађих слушалаца упитао је чувеног Глена Сиборга који је том приликом био гост, да ли је током Другог светског рата у склопу истраживања нуклеарног оружја откривен неки нови елемент. Сиборг је потврдно одговорио на питање и тиме је истовремено открио и постојање елемента са следећим најмањим атомским бројем, америцијума.^[8] Ова објава десила се пре званичног извештаја поднесеног на симпозију Америчког хемијског друштва.

Откриће киријума (изотопа ²⁴² и ²⁴⁰), његово добијање и једињења касније су патентирани под називом Елемент 96 и њихове композиције, при чему се као проналазач појављује само Глен Т. Сиборг.^[9] Име киријум изабрано је аналогно имену елемента гадолинијума, металу ретких земаља, који се у периодном систему елемената налази тачно изнад киријума. Одабиром имена указана је част брачном пару Пјер и Марија Кири, чији је научни рад био кључна прекретница у истраживању радиоактивности. Тиме је настављен тренд давања имена гадолинијума, који је такође добио име по познатом истраживачу ретких земаља, Јохану Гадолину.^[5]

Прве мерљиве количине овог елемента сачинили су Луис Б. Вернер и Исадор Перлман 1947. у облику хидроксида. Радило се о 40 изотопа ²⁴² који је настао бомбардовањем изотопа америцијума ²⁴¹.^[10] У елементарном облику добијен је тек 1951. реакцијом редукције киријум() флуорида са баријумом.^[11][12]

Особине

У периодном систему, киријум са атомским бројем 96 налази се у групи актиноида, његов претходник је америцијум, а наредни елемент је берклијум. Његов аналог у групи лантаноида је гадолинијум.

Физичке

Киријум је вештачки, радиоактивни метал. Доста је тврд, а по изгледу је сребрнасто-бео слично као и гадолинијум, његов аналог међу лантаноидима. И под другим физичким и хемијским особинама, киријум му доста наликује. Његова тачка топљења износи 1340 ° што је знатно више него код претходних трансуранијских елемената: нептунијума (637 °^[13]), плутонијума (639 °) и америцијума (1173 °). У поређењу с претходним, гадолинијум се топи при 1312 °. Тачка кључања киријум износи 3110 °.

При стандардним условима температуре и притиска киријум постоји само у облику алотропске модификације. Кристализује се у хексагоналном кристалном систему у просторној групи са параметрима решетке и као и четири формулске јединице по елементарној ћелији.^[14] Кристална структура састоји се из двоструког хексагоналног, кугластог густог паковања где се слојеви ређају по редоследу па је према томе изотип структуре лантана .

При притиску изнад 23 , прелази у . Бета модификација се кристализује у кубичном кристалном систему у просторној групи ${\displaystyle \scriptstyle {\overline {\mathbb {3} }}}$ са параметром решетке ,^[14] што одговара кубној површинско-центрираној решетки односно кубној густо пакованој кугластој решетки са редоследом .

Флуоресценција побуђених јона адекватно је дуговечна, да би се искористила за ласерску спектроскопију флуоресценцијом.^[15] Дуго трајање флуоресценције вероватно је узроковано великом енергетском празнином између основног стања и првог побуђеног стања . То омогућава циљану детекцију једињења киријума, јер након одређеног времена краткотрајни процеси флуоресценције других металних јона и органских супстанци почињу бледити.^[16]

Хемијске

Најстабилније оксидационо стање киријума је +3. У неким једињењима понекад се може јавити и у оксидационом стању +4.^[17][18] У хемијском смислу доста је сличан америцијуму и многим лантаноидима. У разблаженим воденим растворима, јон је безбојан а јон ⁴⁺ светло жут.^[19] У јаче концентрованим растворима, и јон је такође светло жут.^[6][20][21]

Јони киријума спадају у јаке Луисове киселине, због чега најстабилније комплексе гради са јаким базама.^[22] При томе грађење комплекса садржи врло низак удео ковалентне везе и углавном се заснива на Јонској вези. У својим особинама комплексирања, киријум се разликује од раније откривених актиноида попут торијума и уранијума, а и по томе веома наликује на лантаноиде.^[23]

Изотопи

Киријум нема нити један стабилан изотоп већ су му сви радиоактивни. До данас је познато двадесет изотопа и седам нуклеарних изомера овог елемента између ²³³ и ²⁵².^[7] Најдуже време полураспада имају ²⁴⁷ које износи 15,6 милиона година, те ²⁴⁸ са 348 хиљада година. Осим њих, изотопи са нешто дужим временима полураспада су ²⁴⁵ (8.500 година), ²⁵⁰ (8.300 година) и ²⁴⁶ (4.760 година). При томе је изотоп ²⁵⁰ донекле посебан јер се његов радиоактивни распад претежно (око 86%) састоји из спонтаног распада. Изотопи киријума који се технички најчешће користе су ²⁴² са временом полураспада од 162,8 дана и ²⁴⁴ са 18,1 година.

Попречни пресеци за индукован распад путем термичких неутрона износе:^[24] за ²⁴² око 5 , ²⁴³, ²⁴⁴, ²⁴⁵, ²⁴⁶, ²⁴⁷ и за ²⁴⁸. Ово одговара правилу, према којем се већина трансуранијских нуклида са непарним бројем неутрона „термички лако цепа」.