Кюрий
Кюрий | ||||
---|---|---|---|---|
← Америций | Берклий → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
![]() Образец кюрия |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Кю́рий / Curium (Cm), 96 | |||
Группа, период, блок |
3 (устар. 3), 7, f-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
247,0703 а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация | [Rn] 5f76d17s2 | |||
Радиус атома | 299 пм | |||
Химические свойства | ||||
Электроотрицательность | 1,3 (шкала Полинга) | |||
Электродный потенциал |
Cm←Cm3+ -2,06 В Cm←Cm2+ -1,2 В |
|||
Степени окисления | +3, +4 | |||
Энергия ионизации (первый электрон) |
581(6,02) кДж/моль (эВ) | |||
Термодинамические свойства простого вещества | ||||
Плотность (при н. у.) | 13,51[1] г/см³ | |||
Температура плавления | 1358 °С[1] | |||
Температура кипения | 3110 °С[1] | |||
Молярная теплоёмкость | 27[1] Дж/(K·моль) | |||
Молярный объём | 18,28 см³/моль | |||
Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
Структура решётки | Гексагональная | |||
Параметры решётки | a = 3,496 Å, c = 11,331 Å[1] | |||
Отношение c/a | 3,24 | |||
Номер CAS | 7440-51-9 |
96 | Кюрий
|
5f76d17s2 |
Кю́рий (химический символ — Cm, от лат. Curium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 96.
Относится к семейству актиноидов.
Простое вещество кюрий — это синтезированный радиоактивный трансурановый металл серебристого цвета.
История
[править | править код]После завершения работ, связанных с получением плутония, внимание исследователей Металлургической лаборатории (ныне — Аргоннская национальная лаборатория) было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов[2]. В этой работе участвовали Г. Сиборг, А. Гиорсо, Л. О. Морган и Р. А. Джеймс. На протяжении довольно длительного периода синтезировать и идентифицировать элементы № 95 и № 96 не удавалось, так как предполагалось, что они будут иметь сходство с плутонием и довольно легко окисляться до шестивалентного состояния. Но в 1944 году, когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в отдельную группу элементов, называемую актиноидами, открытие состоялось. Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке 239Pu α-частицами.
Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так они очень схожи по своим химическим свойствам. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред». Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента.
Кюрий был впервые выделен в чистом виде Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида, полученного из гидроксида америция, подвергнутого облучению нейтронами.
Происхождение названия
[править | править код]Назван в честь Пьера и Марии Кюри — по примеру расположенного в периодической таблице прямо над ним гадолиния, названного в честь химика Юхана Гадолина[3]. В символе элемента (Cm) его латинского названия первая буква обозначает фамилию Кюри, вторая — имя Марии, а также последнюю в его полном названии — Curium[4].
Физические свойства
[править | править код]Полная электронная конфигурация атома кюрия: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p65f76d17s2.
Кюрий — это мягкий металл серебристо-белого цвета. Радиоактивен, вследствие α-распада светится в темноте. Наиболее устойчивые изотопы — 247Cm (период полураспада 15,8 млн лет) и 248Cm (период полураспада 340 тыс лет)[1].
Химические свойства
[править | править код]Наиболее стабильная степень окисления кюрия в водном растворе — +3[1]. В степени окисления +4 кюрий присутствует в твёрдых оксиде кюрия(IV) и фториде кюрия(IV)[5], в степени окисления +6 — в соединениях с катионом CmO2+
2[1]. Разбавленные водные растворы солей Cm3+ бесцветны[1]; для концентрированных растворов характерна бледно-зелёная[6] или желтоватая[1] окраска, в темноте они светятся бледно-голубым цветом[1].
Изучение химии кюрия осложнено его высокой радиоактивностью: растворы его солей подвержены интенсивному разогреву и радиолизу.
Получение
[править | править код]Определённые изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путём последовательного захвата нейтронов ядрами элемента-мишени, в качестве которых могут выступать уран или плутоний, происходит накопление атомов кюрия. Одна тонна отработанного ядерного топлива содержит около 20 грамм кюрия. После накопления кюрия в достаточных количествах его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают оксид кюрия.
Кюрий — крайне дорогой металл. На 2014 год он используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются[7]:
- Максимальное увеличение количества кюрия в облучённом топливе.
- Максимальное сокращение сроков наработки кюрия.
- Разработка рациональных технологий облучения топлива и разработка топливных композиций.
- Снижение цен на кюрий.
Это связано с тем, что спрос на кюрий в основных его областях использования многократно превышает предложение. Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолётов с ядерными двигателями и др[источник не указан 121 день].
Согласно отчёту комиссии РАН под руководством академика В. А. Тартаковского от 23 апреля 2010 года, на исследовательских реакторах ГНЦ НИИАР (г. Димитровград) создана уникальная технология производства кюрия-244[8].
Изотопы и их применение
[править | править код]Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 г/см3 и период полураспада 162,8 суток[9]) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см3), при этом 1 грамм металлического кюрия-242 выделяет около 120 Вт. Несмотря на относительно небольшой период полураспада, продуктом его альфа-распада является заметно более долгоживущий плутоний-238, благодаря чему источник тепла на основе кюрия-242 служит заметно дольше, чем, например, полониевый, но при этом заметно теряет в тепловыделении (поскольку у дочернего продукта распада заметно меньше удельная активность, и, следовательно, удельное тепловыделение). Интегральная энергия альфа-распада одного грамма кюрия-242 за год составляет приблизительно 480 кВт·ч.
Другой важной областью применения кюрия-242 является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов.
Сходными свойствами обладает более тяжёлый изотоп кюрия — кюрий-244 (период полураспада 18,11 года[9]). Он также является альфа-излучателем, но его энерговыделение ниже, около 2,83 Вт/грамм. Кюрий-244 с вероятностью на уровне 1,37·10−6 способен к спонтанному делению[9], что вносит существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов.
Кюрий-245 (период полураспада 8,25 тыс. лет[9]) перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением. Изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа, который является почти чистым альфа-излучателем (вероятность спонтанного деления 6,1·10−9)[9].
Самым долгоживущим изотопом кюрия является альфа-активный (без признаков других типов радиоактивного распада) кюрий-247, период полураспада которого составляет 15,6 млн лет[9].
Кюрий как источник нейтронов
[править | править код]Четные изотопы кюрия обладают высокой интенсивностью спонтанного деления — миллионы и десятки миллионов делений на грамм в секунду, это на четыре порядка больше, чем изотопы плутония, и на 8—9 порядков больше, чем изотопы урана[10][11], при этом каждое деление дает в среднем 3 нейтрона. Поэтому кюрий иногда используется как компактный источник нейтронов, например, для нейтронно-активационного анализа (именно такой источник был установлен на марсоходе Кьюриосити)[12]. Благодаря высокой интенсивности спонтанного деления, именно изотопы кюрия вносят основной вклад в нейтронный фон ОЯТ, несмотря на то, что содержание кюрия в нем не превышает 40 г/т.
Безопасность
[править | править код]При употреблении кюрия только 0,05 % его всасывается в организм, из этого количества 45 % откладывается в печени (период полувыведения — около 20 лет), 45 % — в костях (период полувыведения — около 50 лет), остальные 10 % выводятся из организма[13]. При попадании в организм кюрий нарушает процесс образования эритроцитов[14]. Внутривенное введение растворов солей кюрия крысам приводило к опухоли костей, а вдыхание кюрия — к раку лёгких и раку печени[13].
Некоторые продукты распада кюрия испускают сильное бета- и гамма-излучение[13].
Изотопы кюрий-242 и кюрий-244 обладают исключительно высокой радиотоксичностью, притом кюрий-242 с более коротким периодом полураспада является крайне сильным ядом, значительно опаснее кюрия-244. Токсичность кюрия, как и токсичность всех трансурановых элементов, зависит от изотопного состава, и возрастает с увеличением доли относительно короткоживущих альфа-излучающих нуклидов.
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Химическая энциклопедия, 1990, Т. 2. Кюрий, с. 560.
- ↑ Рич, 1985, с. 115.
- ↑ Гольданский, 1953, с. 144.
- ↑ Леенсон, 2017, Кюрий.
- ↑ Keenan, Thomas K. (1961). "First Observation of Aqueous Tetravalent Curium". Journal of the American Chemical Society. 83 (17): 3719. doi:10.1021/ja01478a039.
- ↑ Greenwood, p. 1265
- ↑ Элементиада . Дата обращения: 25 декабря 2015. Архивировано 25 декабря 2015 года.
- ↑ Отчет комиссии по проведению экспертизы работ Петрика В.И . Дата обращения: 23 апреля 2010. Архивировано 3 мая 2010 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ↑ Физика деления атомных ядер. — 1957 / Просмотр издания // Электронная библиотека /// История Росатома . Дата обращения: 7 января 2024. Архивировано 7 января 2024 года.
- ↑ Источник . Дата обращения: 7 января 2024. Архивировано 7 января 2024 года.
- ↑ Элемент №98 . Дата обращения: 7 января 2024. Архивировано 7 января 2024 года.
- ↑ 1 2 3 Curium Архивная копия от 14 марта 2013 на Wayback Machine (in German)
- ↑ CRC Handbook, 2014—2015, p. 4–11.
Литература
[править | править код]- Химическая энциклопедия / под ред. И. Л. Кнунянца — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2 : Даф-Мед. — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5
- CRC Handbook of Chemistry and Physics : [англ.] / W. M. Haynes. — 95th Ed. — Boca Raton, FL : CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014—2015. — 2666 p. — ISBN 978-1-4822-0868-9.
- Гольданский В. И. Элемент № 96 — Кюрий // Новые элементы в Периодической системе Д. И. Менделеева / Отв. ред. К. В. Астахов. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1953. — С. 144—145. — 168 с. — (Научно-популярная серия).
- Кузнецов В. И. 96-й элемент-кюрий. Практическое использование кюрия // Трансурановые элементы. — М.: Знание, 1969. — С. 17—19. — 48 с. — (Физика, астрономия).
- Леенсон, Илья. Язык химии. Этимология химических названий. — М.: Corpus, 2017. — 464 с. — ISBN 978-5-17-095739-2.
- Рич В. И. Кони и всадники (кюрий, америций) // В поисках элементов. — М.: Химия, 1985. — С. 115—117. — 168 с.
- Curium Data Sheets, ORNL 1966
- Curium Data Sheets, ORNL 1973
Ссылки
[править | править код]- Кюрий на Webelements (англ.)
- Кюрий в Популярной библиотеке химических элементов, Издательство «Наука», 1977.