Кюрий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кюрий
← Америций | Берклий →
96 Gd

Cm

(Upn)
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
96Cm
Hexagonal.svg
Electron shell 096 Curium.svg
Внешний вид простого вещества
Кюрий.jpg
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 г/см³
Температура плавления 1613 K
Температура кипения 3383 K
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 c=11,33[2]
Отношение c/a 3,24
Номер CAS 7440-51-9
96
Кюрий
(247)
5f76d17s2

Кю́рий (химический символCm, 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 плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории (ныне — Аргоннская национальная лаборатория) было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов[3]. 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.

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[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[4]. В символе элемента (Cm) его латинского названия первая буква обозначает фамилию Кюри, вторая — имя Марии, а также последнюю в его полном названии — Curium[5].

Физические свойства[править | править код]

Полная электронная конфигурация атома кюрия: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p65f76d17s2.

Кюрий — это радиоактивный металл серебристого цвета. Наиболее устойчивый изотоп 247Cm.

Химические свойства[править | править код]

Наиболее стабильная степень окисления кюрия в водном растворе — +3[6]. Степень окисления +4 наблюдалась в твёрдой фазе в виде таких соединений, как оксид кюрия(IV) и фторид кюрия(IV)[7]. В водном растворе ион Cm3+ имеет цвета от белого до бледно-зелёного[8].

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 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 — 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[9]:

  • 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.

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[10].

Изотопы и их применение[править | править код]

Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 г/см3 и период полураспада 162,8 суток[11]) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см3), а 1 грамм металлического кюрия-242 выделяет около 120 Вт. Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий-242 — практически чистый альфа-излучатель (вероятность спонтанного деления 5,51·10−6)[11]. Несмотря на относительно небольшой период полураспада, продуктом его альфа-распада является заметно более долгоживущий плутоний-238, благодаря чему источник тепла на основе кюрия-242 прослужит заметно дольше, чем, например, полониевый, но при этом заметно потеряет в тепловыделении (поскольку у дочернего продукта распада заметно меньше удельная активность, и, следовательно, удельное тепловыделение). Интегрированная 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[11]). Он также является альфа-излучателем, но его энерговыделение ниже, около 2,83 Вт/грамм. С некоторой небольшой вероятностью (1,37·10−6[11]) кюрий-244 испытывает спонтанное деление, внося существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов.

Кюрий-245 (период полураспада 8,25 тыс. лет[11]) 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)[11].

Самым долгоживущим изотопом кюрия является альфа-активный (без признаков других типов радиоактивного распада) кюрий-247, период полураспада которого составляет 15,6 млн лет[11].

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[12]. При вдыхании кюрия он всасывается в организм гораздо лучше[13]. Внутривенное введение растворов солей кюрия крысам приводило к опухоли кости, а вдыхание кюрия — к раку лёгких и раку печени[12].

Некоторые продукты распада кюрия испускают сильное бета- и гамма-излучение[12].

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. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 560. — 671 с. — 100 000 экз.
  2. WebElements Periodic Table of the Elements | Curium | crystal structures. Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 17 июля 2010 года.
  3. Рич, 1985, с. 115.
  4. Гольданский, 1953, с. 144.
  5. Леенсон, 2017, Кюрий.
  6. Penneman, p. 24
  7. Keenan, Thomas K. (1961). “First Observation of Aqueous Tetravalent Curium”. Journal of the American Chemical Society. 83 (17): 3719. DOI:10.1021/ja01478a039.
  8. Greenwood, p. 1265
  9. Элементиада. Дата обращения: 25 декабря 2015. Архивировано 25 декабря 2015 года.
  10. Отчет комиссии по проведению экспертизы работ Петрика В.И. Дата обращения: 23 апреля 2010. Архивировано 3 мая 2010 года.
  11. 1 2 3 4 5 6 7 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.Открытый доступ
  12. 1 2 3 Curium Архивная копия от 14 марта 2013 на Wayback Machine (in German)
  13. Hammond C. R. «The elements» in Шаблон:RubberBible86th

Литература[править | править код]

  • 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]