Кюрій

Кюрій — трансурановий хімічний елемент із атомним номером 96. Електронна конфігурація [Rn]5f⁷7s²6d¹; період 7, f-блок (актиноїд). Ізотопи: ²⁴⁸Cm (4,7×10⁵ років) утворюється при розпаді ²⁵²Cf; ²⁴⁴Cm (18 років) і ²⁴²Cm (162 днів) — при промінюванні нейтронами ²³⁹Pu. Основний ступінь окиснення +3 (галогеніди), також стан +4 в оксиді (CmO₂) і флуорид і (CmF₄), який стабілізується в водних розчинах йонами флуориду.

Кюрій (Cm)
Атомний номер	96
Зовнішній вигляд простої речовини	сріблястий м'який радіоактивний метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	247,0703 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	299 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	5,9914 кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Rn] 5f7 6d1 7s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	169 пм
Радіус іона	n/a пм
Електронегативність (за Полінгом)	1,3
Електродний потенціал	Cm←Cm3+ -2,06В Cm←Cm2+ -1,2В
Ступені окиснення	4, 3
Термодинамічні властивості
Густина	13,51 г/см³
Молярна теплоємність	n/a Дж/(К·моль)
Теплопровідність	8,7[1] Вт/(м·К)
Температура плавлення	1613 К
Теплота плавлення	13,85 кДж/моль
Температура кипіння	3383 К
Теплота випаровування	345[1] кДж/моль
Молярний об'єм	18,28 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	Гексагональна
Період ґратки	a=3,496 Å, c=11,331 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	n/a К
Інші властивості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Кюрій у Вікісховищі

Проста речовина — кюрій. Метал, т. пл. 1340 °С, т. к. 3110 °С. Легко оксидується.

Історія

Марія і П'єр Кюрі

Вперше елемент був синтезований в університеті Берклі, Каліфорнія, Гленом Сіборгом, Ральфом Джеймсом^[en] та Альбертом Ґіорсо в 1944 році, під час бомбардування плутонію іонами гелію (альфа-частинками)^[2].

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

Кюрій названий на честь Марії та П'єра Кюрі, аналогічно тому як його аналог серед лантаноїдів, гадоліній названий на честь фінського хіміка Югана Гадоліна^[2].

Фізичні властивості

Кюрій — блискучий, ковкий, сріблястий метал. Його температура плавлення (1345 ± 50 °C) на кількасот градусів вища ніж у його попередників у періодичній таблиці (Np, Pu, Am), і майже збігається з температурою плавлення гадолінію (аналога кюрію серед лантаноїдів). Температура кипіння 3110 °C розрахована теоретично. Відомо дві алотропні модифікації кюрію. Основною є подвійна гексагональна щільноупакована ґратка з параметрами a=3,496Å, c=11,331Å і густиною 13,5 г/см³. Також за допомогою процесу волатилізації була отримана високотемпературна гранецентрована кубічна ґратка з періодом 5,039Å. Деякі дослідження вказують також на можливість існування орторомбічної ґратки^[3].

Магнітна сприйнятливість підкоряється закону Кюрі-Вайса у діапазоні температур від 100 до 550 К. Магнітний момент дорівнює 8,07 магнетонів Бора. Температура Нееля — 52,5К (нижче цієї температури кюрій є антиферомагнетиком). Кюрій є першим відкритим актиноїдом, що може перебувати у магнітновпорядкованому стані ^[3].

Ізотопи

Відомо 20 штучно створених ізотопів кюрію з атомними масами від 233 до 251. Відомий один метастабільний ізотоп кюрію (^253mCm). Сім ізотопів мають період напіврозпаду більший ніж рік^[4]:

Масове число	Період напіврозпаду
243	29,1 року
244	18,1 року
245	8423 роки
246	4706 років
247	15,6 млн. років
248	348 тис. років
250	8300 років

У природі зустрічаються слідові кількості ізотопів з атомними масами від 242 до 249, що утворюються у природних уранових рудах під час багатократного нейтронного захоплення. Більш активно кюрій вироблявся у природному ядерному реакторі Окло 1,8 мільярдів років тому^[5].

Хімічні властивості

Оскільки кюрій є порівняно доступним, відомо багато його сполук^[6]: оксиди (Cm₂O₃, CmO, CmO₂), сульфіди (CmS, Cm₂S₃), телуриди (CmTe, CmTe₃), селеніди (CmSe, Cm₂Se₃), пніктиди (CmN, CmP, CmAs, CmSb), фториди (CmF₃, CmF₄), хлорид (CmCl₃), гідриди ( а також кілька більш складних сполук.

Зазвичай у сполуках кюрій має ступінь окиснення +3, і переходить до +4 лише при взаємодії з найсильнішими окисниками^[7].

Отримання

Кюрій отримують шляхом тривалого опромінювання плутонію нейтронами. Потужні потоки нейтронів виникають під час роботи ядерних реакторів, тому для отримання цього елементу плутоній розміщують на довгий час у активній зоні ядерного реактора. Після опромінення, кюрій відділяється від інших елементів: суміш розчиняють у азотній кислоті, з розчину видаляють чотиривалентний плутоній, потім америцій, кюрій і лантаноїди екстрагуються трибутилфосфатом у керосині, і знову розчиняються у кислоті. Далі америцій і кюрій відділяються від лантаноїдів за допомогою Tramex-процесу, і, нарешті, америцій осаджується з розчину бікарбонатом калію. Таким способом з моменту відкриття було отримано декілька кілограмів кюрію^[8]. Кюрій є найважчим елементом, що доступний у грамових кількостях (хоча для досліджень зазвичай використовуються міліграми металу)^[2].

Ланцюжок атомних реакцій, що призводять до перетворення плутонію на кюрій можна записати як^[9]:

${\displaystyle \mathrm {^{239}_{94}Pu{\xrightarrow {n,\gamma } }_{94}^{240}Pu{\xrightarrow {n,\gamma } }_{94}^{241}Pu{\xrightarrow {n,\gamma } }_{94}^{242}Pu{\xrightarrow {n,\gamma } }_{94}^{243}Pu{\xrightarrow {\beta ^{-},5h} }_{95}^{243}Am{\xrightarrow {n,\gamma } }_{95}^{244}Am{\xrightarrow {\beta ^{-},10h} }_{96}^{244}Cm} }$

Кюрій-244 продовжує захоплювати нейтрони, перетворюючись на більш важкі ізотопи ²⁴⁵Cm, ²⁴⁶Cm, ²⁴⁷Cm,²⁴⁸Cm (ізотопи з непарною масою утворюються у меншій кількості), тому після розділення продуктів реакцій утворюється суміш ізотопів. Чистий (97 %) ізотоп кюрій-248 можна отримати в результаті альфа-розпаду каліфорнію-252^[8].

Використання

Потужність тепловиділення кюрію-242 становить 3 вати на грам (вище ніж у плутонію)^[10], тому кюрій може використовуватися у радіоізотропних генераторах, що є джерелами енергії для багатьох космічних апаратів^[11].

Кюрій-244 використовується як джерело альфа-випромінювання у спектрометрі APXS, що працює на кількох космічних місіях^[12].