Кюрий

Кюрий
← Америций | Берклий →
96 Gd ↑ Cm ↓ (Upn) 96Cm
Внешний вид простого вещества
Серебристый радиоактивный металл
Свойства атома
Название, символ, номер	Кю́рий / Curium (Cm), 96
Атомная масса (молярная масса)	247,0703 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 5f7 6d1 7s2
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	4, 3
Энергия ионизации (первый электрон)	581(6,02) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	13,51 г/см³
Температура плавления	1613 K
Температура кипения	3383 K
Молярная теплоёмкость	27 Дж/(K·моль)
Молярный объём	18,28 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=3,496 c=11,33
Отношение c/a	3,24
Номер CAS	7440-51-9

96	Кюрий
Cm (247)
5f76d17s2

Кю́рий (лат. Curium (Cm)) — 96-й элемент таблицы Менделеева, синтезированный трансурановый элемент.

История

После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов. 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 потому, что 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 особую группу, называемую актиноидами, открытие состоялось. Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке ²³⁹Pu α-частицами.

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

Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. 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 выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида, полученного из гидроксида америция, подвергнутого облучению нейтронами.

Происхождение названия

Назван в честь Пьера и Марии Кюри.

Получение

Определённые изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путём последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени урана или плутония 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 — металл крайне дорогой. В настоящий момент (2014 год) используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются:

• Максимальное увеличение количества кюрия в облученном 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, самолетов с ядерными двигателями и др.

Согласно отчету 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.

Химические свойства

Наиболее стабильная степень окисления кюрия в водном растворе — +3. Степень окисления +4 наблюдалась в твёрдой фазе в виде таких соединений, как оксид кюрия(IV) и фторид кюрия(IV). В водном растворе ион Cm³⁺ имеет цвета от белого до бледно-зелёного.

Изотопы и их применение

Основная статья: Изотопы кюрия

Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 и период полураспада 162 дня) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см³), а 1 грамм металлического кюрия выделяет около 120 Вт. Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий — практически чистый альфа-излучатель. Интегрированная энергия альфа-распада одного грамма кюрия за год составляет приблизительно 480 кВт·ч.

Другой важной областью применения кюрия является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов. В последние годы очень важное место не только в умах инженеров, но и в производстве занимает другой, более тяжелый изотоп кюрия — Кюрий-244 (период полураспада 18,1 года) и он также альфа-излучатель (энерговыделение около 2,83 Вт/грамм). Однако Кюрий-244 также обладает достаточно большой вероятностью испускания спонтанных нейтронов (1,4*10⁻⁶ нейтронов/Бк), внося существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов. Кюрий-245 (период полураспада 8500 лет) очень перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением, и изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа.

Самым долгоживущим изотопом кюрия является Кюрий-247 (период полураспада — около 16 млн лет).

Безопасность

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. При вдыхании кюрия он всасывается в организм гораздо лучше. Внутривенное введение растворов солей кюрия крысам приводило к опухоли кости, а вдыхание кюрия — к раку лёгких и раку печени.

Некоторые продукты распада кюрия испускают сильное бета- и гамма-излучение.

Литература

• Curium Data Sheets, ORNL 1966
• Curium Data Sheets, ORNL 1973

Ссылки

• Кюрий на Webelements (англ.)
• Кюрий в Популярной библиотеке химических элементов, Издательство «Наука», 1977.