Remove ads
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.
| 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 | |
Относится к семейству актиноидов.
Простое вещество кюрий — это синтезированный радиоактивный трансурановый металл серебристого цвета.
Remove ads
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.
Remove ads
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].
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].
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.
Remove ads
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 241 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].
Remove ads
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].
Remove ads
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.
Remove ads
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.
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
Remove ads