Curio

Este artículo trata sobre el elemento químico. Para la ciudad antigua ubicada en Chipre, vea Kourion .

No confundir con cerio .

elemento químico con número atómico 96

Elemento químico con número atómico 96

Curio,  ₉₆ Cm

Curio
Pronunciación	/ K j ʊər i ə m / ( KEWR -ee-əm )
Apariencia	plateado metálico, brilla de color púrpura en la oscuridad
Número de masa	[247]
Curio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Gd ↑ Cm ↓ (Upn) americio ← curio → berkelio
Número atómico ( Z )	96
Grupo	grupo n / a
Período	período 7
Cuadra	bloque f
Configuración electronica	[ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
Electrones por capa	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido
Punto de fusion	1613  K (1340 ° C, 2444 ° F)
Punto de ebullición	3383 K (3110 ° C, 5630 ° F)
Densidad (cerca de  rt )	13,51 g / cm 3
Calor de fusión	13,85  kJ / mol
Presión de vapor P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k en  T  (K) 1788 mil novecientos ochenta y dos
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	+3 , +4, +5, [1] +6 [2] (un óxido anfótero )
Electronegatividad	Escala de Pauling: 1.3
Energías de ionización	1 °: 581 kJ / mol
Radio atómico	empírico: 174  pm
Radio covalente	169 ± 3 pm
Líneas espectrales de curio
Otras propiedades
Ocurrencia natural	sintético
Estructura cristalina	doble hexagonal compacta (DHCP)
Resistividad electrica	1,25 µΩ⋅m [3]
Orden magnético	transición antiferromagnético-paramagnético a 52 K [3]
Número CAS	7440-51-9
Historia
Nombrar	nombrado en honor a Marie Skłodowska-Curie y Pierre Curie
Descubrimiento	Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Albert Ghiorso (1944)
Isótopos principales del curio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto 242 Cm syn 160 días SF - α 238 Pu 243 cm syn 29,1 años α 239 Pu ε 243 am SF - 244 cm syn 18,1 años SF - α 240 Pu 245 cm syn 8500 años SF - α 241 Pu 246 cm syn 4730 años α 242 Pu SF - 247 cm syn 1,56 × 10 7  y α 243 Pu 248 cm syn 3,40 × 10 5  y α 244 Pu SF - 250 cm syn 9000 años SF - α 246 Pu β - 250 Bk
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El curio es un elemento químico radiactivo transuránico con el símbolo Cm y número atómico 96. Este elemento de la serie de actínidos recibió el nombre de Marie y Pierre Curie , ambos conocidos por sus investigaciones sobre la radiactividad . El curio fue producido e identificado por primera vez intencionalmente en julio de 1944 por el grupo de Glenn T. Seaborg en la Universidad de California, Berkeley . El descubrimiento se mantuvo en secreto y solo se dio a conocer al público en noviembre de 1947. La mayor parte del curio se produce bombardeando uranio o plutonio con neutrones en reactores nucleares : una tonelada de combustible nuclear gastado contiene aproximadamente 20 gramos de curio.

El curio es un metal plateado, denso y duro con un punto de fusión y un punto de ebullición relativamente altos para un actínido. Mientras que es paramagnético en condiciones ambientales , se vuelve antiferromagnético al enfriarse, y también se observan otras transiciones magnéticas para muchos compuestos de curio. En los compuestos, el curio suele presentar valencia +3 y, a veces, +4, y la valencia +3 predomina en las soluciones. El curio se oxida fácilmente y sus óxidos son una forma dominante de este elemento. Forma complejos fuertemente fluorescentes con varios compuestos orgánicos, pero no hay evidencia de su incorporación a bacterias y arqueas.. Cuando se introduce en el cuerpo humano, el curio se acumula en los huesos, los pulmones y el hígado, donde promueve el cáncer .

Todos los isótopos conocidos de curio son radiactivos y tienen una pequeña masa crítica para una reacción nuclear en cadena sostenida . Emiten predominantemente partículas α , y el calor liberado en este proceso puede servir como fuente de calor en generadores termoeléctricos de radioisótopos , pero esta aplicación se ve obstaculizada por la escasez y el alto costo de los isótopos de curio. El curio se utiliza en la producción de actínidos más pesados ​​y del radionúclido Pu ²³⁸ para fuentes de energía en marcapasos artificiales y RTG para naves espaciales. Sirvió como fuente α en los espectrómetros de rayos X de partículas alfainstalado en varias sondas espaciales, incluidos los rovers Sojourner , Spirit , Opportunity y Curiosity Mars y el módulo de aterrizaje Philae en el cometa 67P / Churyumov – Gerasimenko , para analizar la composición y estructura de la superficie.

Historia

Glenn T. Seaborg

El ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) en el Laboratorio de Radiación Lawrence, Universidad de California, Berkeley, en agosto de 1939.

Aunque el curio probablemente se había producido en experimentos nucleares anteriores, fue sintetizado , aislado e identificado intencionalmente por primera vez en 1944, en la Universidad de California, Berkeley , por Glenn T. Seaborg , Ralph A. James y Albert Ghiorso . En sus experimentos, utilizaron un ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) . ^[4]

El curio fue identificado químicamente en el Laboratorio Metalúrgico (ahora Laboratorio Nacional Argonne ) de la Universidad de Chicago . Fue el tercer elemento transuránico que se descubrió, aunque es el cuarto de la serie; el elemento más ligero, el americio, era desconocido en ese momento. ^{[5] [6]}

La muestra se preparó como sigue: primero plutonio solución de nitrato fue revestida sobre un platino lámina de aproximadamente 0,5 cm ² de área, la solución se evaporó y el residuo se convirtió en plutonio (IV) óxido (PuO ₂ ) por recocido . Después de la irradiación con ciclotrón del óxido, el revestimiento se disolvió con ácido nítrico y luego se precipitó como hidróxido usando una solución acuosa concentrada de amoniaco . El residuo se disolvió en ácido perclórico y la separación adicional se llevó a cabo mediante intercambio iónico.para producir un determinado isótopo de curio. La separación de curio y americio fue tan minuciosa que el grupo de Berkeley inicialmente llamó a esos elementos pandemonium (del griego para todos los demonios o infierno ) y delirio (del latín para locura ). ^{[7] [8]}

El isótopo curio-242 se produjo en julio-agosto de 1944 bombardeando ²³⁹ Pu con partículas α para producir curio con la liberación de un neutrón :

${\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu + ^{4}_{2}He -> ^{242}_{96}Cm + ^{1}_{0}n}}}$

El curio-242 se identificó sin ambigüedades por la energía característica de las partículas α emitidas durante la desintegración:

${\displaystyle {\ce {^{242}_{96}Cm -> ^{238}_{94}Pu + ^{4}_{2}He}}}$

La vida media de esta desintegración alfa se midió primero como 150 días y luego se corrigió a 162,8 días. ^[9]

Otro isótopo de ²⁴⁰ Cm se produjo en una reacción similar en marzo de 1945:

${\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu + ^{4}_{2}He -> ^{240}_{96}Cm + 3^{1}_{0}n}}}$

La vida media de la desintegración α de ²⁴⁰ Cm se determinó correctamente como 26,7 días. ^[9]

El descubrimiento de curio, así como americio, en 1944 estuvo estrechamente relacionado con el Proyecto Manhattan , por lo que los resultados fueron confidenciales y desclasificados solo en 1945. Seaborg filtró la síntesis de los elementos 95 y 96 en el programa de radio estadounidense para niños, el Quiz Kids , cinco días antes de la presentación oficial en una reunión de la American Chemical Society el 11 de noviembre de 1945, cuando uno de los oyentes preguntó si se había descubierto algún nuevo elemento transuránico además del plutonio y el neptunio durante la guerra. ^[7] El descubrimiento del curio ( ²⁴² cm y ²⁴⁰ cm), su producción y sus compuestos fueron patentados más tarde y solo se incluyó a Seaborg como inventor.^[10]

Marie y Pierre Curie

El nuevo elemento lleva el nombre de Marie Skłodowska-Curie y su esposo Pierre Curie, que se destacan por descubrir el radio y por su trabajo en radioactividad . Se siguió el ejemplo de gadolinio , un lantánido elemento por encima de curio en la tabla periódica, que fue nombrado después de que el explorador del elementos de tierras raras Johan Gadolin : ^[11]

"Como nombre para el elemento de número atómico 96 nos gustaría proponer" curio ", con el símbolo Cm. La evidencia indica que el elemento 96 contiene siete electrones 5f y, por lo tanto, es análogo al elemento gadolinio con sus siete electrones 4f en el serie de tierras raras. En este elemento base 96 lleva el nombre de los Curie de una manera análoga al nombre del gadolinio, en el que se honró al químico Gadolin ". ^[5]

Las primeras muestras de curio eran apenas visibles y se identificaron por su radiactividad. Louis Werner e Isadore Perlman crearon la primera muestra sustancial de 30 µg de hidróxido de curio-242 en la Universidad de California, Berkeley en 1947 bombardeando americio -241 con neutrones. ^{[12] [13] [14]} En 1950 WWT Crane, JC Wallmann y BB Cunningham obtuvieron cantidades macroscópicas de fluoruro de curio (III) . Su susceptibilidad magnética era muy cercana a la de GdF ₃ proporcionando la primera evidencia experimental de la valencia +3 del curio en sus compuestos. ^{[12] El} curio metálico se produjo solo en 1951 mediante la reducción de CmF ₃ conbario . ^{[15] [16]}

Características

Físico

Empaquetamiento cerrado doble-hexagonal con la secuencia de capas ABAC en la estructura cristalina de α-curio (A: verde, B: azul, C: rojo)

Fluorescencia naranja de iones Cm ³⁺ en una solución de complejo tris (hydrotris) pirazolilborato-Cm (III), excitado a 396,6 nm.

Un elemento radiactivo sintético, el curio es un metal duro y denso con un aspecto blanco plateado y propiedades físicas y químicas que se asemejan a las del gadolinio . Su punto de fusión de 1344 ° C es significativamente más alto que el de los elementos transuránicos anteriores neptunio (637 ° C), plutonio (639 ° C) y americio (1173 ° C). En comparación, el gadolinio se funde a 1312 ° C. El punto de ebullición del curio es 3556 ° C. Con una densidad de 13,52 g / cm ³ , el curio es significativamente más ligero que el neptunio (20,45 g / cm ³ ) y el plutonio (19,8 g / cm ³ ), pero es más pesado que la mayoría de los otros metales. Entre dos formas cristalinas de curio, el α-Cm es más estable en condiciones ambientales. Tiene una simetría hexagonal, grupo espacial P6 ₃/ MMC, parámetros de red una = 365 pm y c = 1,182 pm, y cuatro unidades de fórmula por celda unidad . ^[17] El cristal consiste en un empaquetamiento cerrado doble hexagonal con la secuencia de capas ABAC y, por lo tanto, es isotípico con α-lantano. A presiones superiores a 23 GPa , a temperatura ambiente, α-Cm se transforma en β-Cm, que tiene una simetría cúbica centrada en las caras , grupo espacial Fm 3 my la constante de celosía a = 493 pm. ^[17] Tras una compresión adicional a 43 GPa, el curio se transforma en un ortorrómbicoEstructura de γ-Cm similar a la del α-uranio, sin más transiciones observadas hasta 52 GPa. Estas tres fases de curio también se denominan Cm I, II y III. ^{[18] [19]}

El curio tiene propiedades magnéticas peculiares. Mientras que su elemento vecino americio no muestra desviación del paramagnetismo de Curie-Weiss en todo el rango de temperatura, α-Cm se transforma en un estado antiferromagnético al enfriarse a 65-52 K, ^{[20] [21]} y β-Cm exhibe una transición ferrimagnética en alrededor de 205 K.Mientras tanto, los pnictides de curio muestran transiciones ferromagnéticas al enfriarse: ²⁴⁴ CmN y ²⁴⁴ CmAs a 109 K, ²⁴⁸ CmP a 73 K y ²⁴⁸CmSb a 162 K. El análogo lantánido de curio, gadolinio, así como sus pnictidos, también muestran transiciones magnéticas al enfriarse, pero el carácter de transición es algo diferente: Gd y GdN se vuelven ferromagnéticos, y GdP, GdAs y GdSb muestran un orden antiferromagnético. ^[22]

De acuerdo con los datos magnéticos, la resistividad eléctrica del curio aumenta con la temperatura, aproximadamente el doble entre 4 y 60 K, y luego permanece casi constante hasta la temperatura ambiente. Hay un aumento significativo de la resistividad con el tiempo (aproximadamente10 µΩ · cm / h ) debido al daño propio de la red cristalina por radiación alfa. Esto hace que sea incierto el valor de resistividad absoluta para el curio (aproximadamente125 µΩ · cm ). La resistividad del curio es similar a la del gadolinio y de los actínidos plutonio y neptunio, pero es significativamente más alta que la del americio, uranio, polonio y torio . ^{[3] [23]}

Bajo iluminación ultravioleta, los iones de curio (III) exhiben una fluorescencia amarillo-naranja fuerte y estable con un máximo en el rango de aproximadamente 590-640 nm, dependiendo de su entorno. ^[24] La fluorescencia se origina en las transiciones desde el primer estado excitado ⁶ D _7/2 y el estado fundamental ⁸ S _7/2 . El análisis de esta fluorescencia permite monitorear las interacciones entre los iones Cm (III) en complejos orgánicos e inorgánicos. ^[25]

Química

Los iones de curio en solución asumen casi exclusivamente el estado de oxidación de +3, que es el estado de oxidación más estable del curio. ^[26] El estado de oxidación +4 se observa principalmente en unas pocas fases sólidas, como CmO ₂ y CmF ₄ . ^{[27] [28]} El curio acuoso (IV) solo se conoce en presencia de oxidantes fuertes como el persulfato de potasio , y se reduce fácilmente a curio (III) por radiólisis e incluso por el agua misma. ^[29] El comportamiento químico del curio es diferente al de los actínidos, torio y uranio, y es similar al del americio y muchos lantánidos . En solución acuosa, el Cm ³⁺el ion es de incoloro a verde pálido, ^[30] y el ion Cm ⁴⁺ es de color amarillo pálido. ^[31] La absorción óptica de los iones Cm ³⁺ contiene tres picos agudos a 375,4, 381,2 y 396,5 nanómetros y su fuerza se puede convertir directamente en la concentración de los iones. ^[32] El estado de oxidación +6 solo se informó una vez en solución en 1978, como el ion curilo ( CmO²⁺
₂): esto se preparó a partir de la desintegración beta del americio-242 en el ion americio (V)²⁴²
AmO⁺
₂. ^{[2] La} imposibilidad de obtener Cm (VI) a partir de la oxidación de Cm (III) y Cm (IV) puede deberse al alto potencial de ionización de Cm ⁴⁺ / Cm ³⁺ ya la inestabilidad de Cm (V). ^[29]

Los iones de curio son ácidos de Lewis duros y, por tanto, forman la mayoría de los complejos estables con bases duras. ^[33] El enlace es principalmente iónico, con un pequeño componente covalente. ^{[34] El} curio en sus complejos comúnmente exhibe un entorno de coordinación de 9 veces, dentro de una geometría prismática trigonal tricapada . ^[35]

Isótopos

Ver también: isótopos de curio

Aproximadamente 19 radioisótopos y 7 isómeros nucleares entre ²³³ Cm y ²⁵¹ Cm son conocidos para el curio, ninguno de los cuales es estable . Las semividas más largas se han informado de ²⁴⁷ cm (15,6 millones de años) y ²⁴⁸ cm (348.000 años). Otros isótopos de larga vida son ²⁴⁵ cm (vida media 8.500 años), ²⁵⁰ cm (8.300 años) y ²⁴⁶ cm (4.760 años). El curio-250 es inusual porque predominantemente (alrededor del 86%) se desintegra por fisión espontánea . Los isótopos de curio más utilizados son ²⁴² Cm y ²⁴⁴Cm con vidas medias de 162,8 días y 18,1 años, respectivamente. ^[9]

Secciones transversales de neutrones térmicos ( graneros ) [36]
	242 Cm	243 cm	244 cm	245 cm	246 cm	247 cm
Fisión	5	617	1.04	2145	0,14	81,90
Capturar	dieciséis	130	15.20	369	1,22	57
Relación C / F	3,20	0,21	14,62	0,17	8,71	0,70
LEU combustible gastado 20 años después de 53 MWd / kg quemado [37]
3 isótopos comunes		51	3700	390
Combustible MOX de reactor rápido (promedio de 5 muestras, quemado 66-120 GWd / t) [38]
Curio total 3,09 × 10 - 3 %		27,64%	70,16%	2,166%	0,0376%	0,000928%

Isótopo	242 Cm	243 cm	244 cm	245 cm	246 cm	247 cm	248 cm	250 cm
Masa crítica , kg	25	7.5	33	6,8	39	7	40,4	23,5

Todos los isótopos entre ²⁴² Cm y ²⁴⁸ Cm, así como ²⁵⁰ Cm, sufren una reacción nuclear en cadena autosostenida y, por tanto, en principio pueden actuar como combustible nuclear en un reactor. Como en la mayoría de los elementos transuránicos, la sección transversal de fisión nuclear es especialmente alta para los isótopos de curio de masa impar ²⁴³ Cm, ²⁴⁵ Cm y ²⁴⁷ Cm. Estos pueden usarse en reactores de neutrones térmicos , mientras que una mezcla de isótopos de curio solo es adecuada para reactores reproductores rápidos, ya que los isótopos de masa uniforme no son fisionables en un reactor térmico y se acumulan a medida que aumenta la combustión. ^[39]El combustible de óxido mixto (MOX), que se utilizará en reactores de potencia, debe contener poco o ningún curio porque la activación neutrónica de ²⁴⁸ Cm creará californio . El californio es un fuerte emisor de neutrones y contaminaría la parte final del ciclo del combustible y aumentaría la dosis para el personal del reactor. Por lo tanto, si los actínidos menores se van a usar como combustible en un reactor de neutrones térmicos, el curio debe excluirse del combustible o colocarse en barras de combustible especiales donde sea el único actínido presente. ^[40]

Flujo de transmutación entre ²³⁸ Pu y ²⁴⁴ Cm en LWR. ^{[41] El}
porcentaje de fisión es 100 menos los porcentajes mostrados.
La tasa total de transmutación varía mucho según el nucleido.
²⁴⁵ cm a ²⁴⁸ cm son de larga duración con una desintegración insignificante.

La tabla adyacente enumera las masas críticas de los isótopos de curio para una esfera, sin moderador ni reflector. Con un reflector de metal (30 cm de acero), las masas críticas de los isótopos impares son aproximadamente de 3 a 4 kg. Cuando se usa agua (espesor ~ 20-30 cm) como reflector, la masa crítica puede ser tan pequeña como 59 gramos para ²⁴⁵ cm, 155 gramos para ²⁴³ cm y 1550 gramos para ²⁴⁷ cm. Existe una incertidumbre significativa en estos valores de masa crítica. Mientras que por lo general es del orden del 20%, algunos grupos de investigación enumeraron valores de ²⁴² cm y ²⁴⁶ cm tan grandes como 371 kg y 70,1 kg, respectivamente. ^{[39] [42]}

Actualmente, el curio no se utiliza como combustible nuclear debido a su baja disponibilidad y alto precio. ^{[43] 245} Cm y ²⁴⁷ Cm tienen masas críticas muy pequeñas y, por lo tanto, podrían usarse en armas nucleares tácticas , pero no se sabe que se haya producido ninguna. Curium-243 no es adecuado para este propósito debido a su corta vida media y fuerte emisión α, lo que daría como resultado un calor excesivo. ^{[44] El} curio-247 sería muy adecuado debido a su larga vida media, que es 647 veces más larga que el plutonio-239 (utilizado en muchas armas nucleares existentes ).

Ocurrencia

Se detectaron varios isótopos de curio en las consecuencias de la prueba nuclear de Ivy Mike .

El isótopo de curio más longevo, ²⁴⁷ Cm, tiene una vida media de 15,6 millones de años. Por lo tanto, cualquier curio primordial , que es el curio presente en la Tierra durante su formación, debería haberse descompuesto a estas alturas, aunque parte de él sería detectable como un radionúclido extinto como un exceso de su hija primordial y longeva ²³⁵ U. Cantidades traza de curio posiblemente se encuentre naturalmente en los minerales de uranio como resultado de la captura de neutrones y las secuencias de desintegración beta, aunque esto no ha sido confirmado. ^{[45] [46]}

El curio se produce artificialmente en pequeñas cantidades con fines de investigación. Además, ocurre en el combustible nuclear gastado . El curio está presente en la naturaleza en ciertas áreas utilizadas para ensayos de armas nucleares . ^{[47] El} análisis de los escombros en el sitio de prueba de la primera bomba de hidrógeno estadounidense , Ivy Mike , (1 de noviembre de 1952, Enewetak Atoll ), además de einstenio , fermio , plutonio y americio, también reveló isótopos de berkelio, californio y curio, en particular. ²⁴⁵ cm, ²⁴⁶ cm y cantidades menores de ²⁴⁷ cm,²⁴⁸ Cm y ²⁴⁹ Cm. ^[48]

Los compuestos de curio atmosférico son poco solubles en disolventes comunes y, en su mayoría, se adhieren a las partículas del suelo. El análisis del suelo reveló una concentración de curio aproximadamente 4.000 veces mayor en las partículas del suelo arenoso que en el agua presente en los poros del suelo. Una proporción incluso mayor de alrededor de 18,000 se midió en la marga suelos. ^[49]

Los elementos transuránicos de americio a fermio, incluyendo el curio, se produjo de forma natural en el reactor de fisión nuclear naturales en Oklo , pero ya no lo hacen. ^[50]

Síntesis

Preparación de isótopos

El curio se produce en pequeñas cantidades en reactores nucleares , y hasta ahora solo se han acumulado kilogramos para los ²⁴² Cm y ²⁴⁴ Cm y gramos o incluso miligramos para los isótopos más pesados. Esto explica el alto precio del curio, que se ha cotizado en 160-185 USD por miligramo, ^[12] con una estimación más reciente en 2.000 dólares EE.UU. / g para ²⁴² Cm y 170 dólares EE.UU. / g para ²⁴⁴ Cm. ^[51] En los reactores nucleares, el curio se forma a partir de ²³⁸ U en una serie de reacciones nucleares. En la primera cadena, ²³⁸ U captura un neutrón y se convierte en ²³⁹ U, que a través de β -la desintegración se transforma en ²³⁹ Np y ²³⁹ Pu.

${\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U->[{\ce {(n,\gamma )}}]{^{239}_{92}U}->[\beta ^{-}][23.5\ {\ce {min}}]_{93}^{239}Np->[\beta ^{-}][2.3565\ {\ce {d}}]_{94}^{239}Pu}}}$ (los tiempos son vidas medias ) .

( 1 )

Además de captura de neutrones seguido de β ^- -decay produce el ²⁴¹ Am isótopo del americio que además convertidos en ²⁴² Cm:

${\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu->[{\ce {2(n,\gamma )}}]_{94}^{241}Pu->[\beta ^{-}][14.35\ {\ce {yr}}]{^{241}_{95}Am}->[{\ce {(n,\gamma )}}]_{95}^{242}Am->[\beta ^{-}][16.02{\ce {h}}]_{96}^{242}Cm}}}$.

( 2 )

Para fines de investigación, el curio se obtiene irradiando no uranio sino plutonio, que está disponible en grandes cantidades a partir del combustible nuclear gastado. Se utiliza un flujo de neutrones mucho mayor para la irradiación que da como resultado una cadena de reacción diferente y la formación de ²⁴⁴ Cm: ^[6]

${\displaystyle {\ce {^{239}_{94}Pu->[{\ce {4(n,\gamma )}}]_{94}^{243}Pu->[\beta ^{-}][4.956\ {\ce {h}}]_{95}^{243}Am->[({\ce {n}},\gamma )]_{95}^{244}Am->[\beta ^{-}][10.1{\ce {h}}]_{96}^{244}Cm->[\alpha ][18.11\ {\ce {yr}}]_{94}^{240}Pu}}}$

( 3 )

El curio-244 se descompone en ²⁴⁰ Pu por emisión de partículas alfa, pero también absorbe neutrones, lo que da como resultado una pequeña cantidad de isótopos de curio más pesados. Entre ellos, ²⁴⁷ cm y ²⁴⁸ cm son populares en la investigación científica debido a su larga vida media. Sin embargo, la tasa de producción de ²⁴⁷ Cm en los reactores de neutrones térmicos es relativamente baja porque es propenso a sufrir fisión inducida por neutrones térmicos. ^[52] Síntesis de ²⁵⁰ Cm a través de absorción de neutrones es también bastante improbable debido a la corta vida media del producto intermedio ²⁴⁹ cm (64 min), que convierte por β ^- decaimiento a la berkeliumisótopo ²⁴⁹ Bk. ^[52]

${\displaystyle {\ce {^{\mathit {A}}_{96}Cm{}+_{0}^{1}n->_{96}^{{\mathit {A}}+1}Cm{}+\gamma }}\ ({\text{for }}244\leq A\leq 248)}$

( 4 )

La cascada anterior de reacciones (n, γ) produce una mezcla de diferentes isótopos de curio. Su separación posterior a la síntesis es engorrosa y, por lo tanto, se desea una síntesis selectiva. El curio-248 se prefiere con fines de investigación debido a su larga vida media. El método de preparación más eficaz de este isótopo es mediante la desintegración α del isótopo de californio ²⁵² Cf, que está disponible en cantidades relativamente grandes debido a su larga vida media (2,65 años). Cada año se producen alrededor de 35 a 50 mg de ²⁴⁸ Cm con este método. La reacción asociada produce ²⁴⁸ Cm con una pureza isotópica del 97%. ^[52]

${\displaystyle {\begin{matrix}{}\\{\ce {^{252}_{98}Cf ->[\alpha][2.645\ {\ce {yr}}] ^{248}_{96}Cm}}\\{}\end{matrix}}}$

( 5 )

Otro isótopo interesante para la investigación ²⁴⁵ Cm puede obtenerse de la desintegración α de ²⁴⁹ Cf, y este último isótopo se produce en cantidades diminutas a partir de la desintegración β ^- del isótopo de berkelio ²⁴⁹ Bk.

${\displaystyle {\ce {^{249}_{97}Bk ->[\beta^-][330\ {\ce {d}}] ^{249}_{98}Cf ->[\alpha][351\ {\ce {yr}}] ^{245}_{96}Cm}}}$

( 6 )

Preparación de metales

Curvas de elución cromatográfica que revelan la similitud entre los lantánidos de Tb, Gd, Eu y los correspondientes actínidos de Bk, Cm, Am.

La mayoría de las rutinas de síntesis producen una mezcla de diferentes isótopos de actínidos como óxidos , de los cuales es necesario separar un determinado isótopo de curio. Un ejemplo de procedimiento podría ser disolver el combustible gastado del reactor (por ejemplo, combustible MOX ) en ácido nítrico y eliminar la mayor parte del uranio y plutonio utilizando una extracción de tipo PUREX ( P lutonio - UR anio EX tracción) con fosfato de tributilo en un hidrocarburo. Los lantánidos y los actínidos restantes se separan luego del residuo acuoso ( refinado) mediante una extracción a base de diamida para dar, después de la separación, una mezcla de actínidos trivalentes y lantánidos. A continuación, se extrae selectivamente un compuesto de curio utilizando técnicas de cromatografía y centrifugación de varios pasos con un reactivo apropiado. ^[53] Recientemente se ha propuesto el complejo bis -triazinil bipiridina como un reactivo altamente selectivo para el curio. ^{[54] La} separación del curio de un americio muy similar también se puede lograr tratando una suspensión de sus hidróxidos en bicarbonato de sodio acuoso con ozono.a temperatura elevada. Tanto el americio como el curio están presentes en soluciones principalmente en el estado de valencia +3; mientras que el americio se oxida a complejos de Am (IV) solubles, el curio permanece inalterado y, por tanto, puede aislarse mediante centrifugación repetida. ^[55]

El curio metálico se obtiene por reducción de sus compuestos. Inicialmente, se utilizó fluoruro de curio (III) para este propósito. La reacción se llevó a cabo en un ambiente libre de agua y oxígeno, en el aparato de tántalo y tungsteno , utilizando bario o litio elemental como agentes reductores. ^{[6] [15] [56] [57] [58]}

${\displaystyle \mathrm {CmF_{3}\ +\ 3\ Li\ \longrightarrow \ Cm\ +\ 3\ LiF} }$

Otra posibilidad es la reducción de óxido de curio (IV) usando una aleación de magnesio-zinc en una masa fundida de cloruro de magnesio y fluoruro de magnesio . ^[59]

Compuestos y reacciones

Ver también: Categoría: Compuestos de curio

Óxidos

El curio reacciona fácilmente con el oxígeno formando principalmente óxidos Cm ₂ O ₃ y CmO ₂ , ^[47] pero también se conoce el óxido divalente CmO. ^[60] El CmO ₂ negro se puede obtener quemando oxalato de curio ( Cm
₂(C
₂O
₄)
₃), nitrato ( Cm (NO
₃)
₃), o hidróxido en oxígeno puro. ^{[28] [61]} Al calentarse a 600–650 ° C en vacío (aproximadamente 0.01 Pa ), se transforma en Cm ₂ O ₃ blanquecino : ^{[28] [62]}

${\displaystyle {\ce {4CmO2 ->[\Delta T] 2Cm2O3 + O2}}}$.

Alternativamente, Cm ₂ O ₃ se puede obtener reduciendo CmO ₂ con hidrógeno molecular : ^[63]

${\displaystyle {\ce {2CmO2 + H2 -> Cm2O3 + H2O}}}$

Además, se conocen varios óxidos ternarios del tipo M (II) CmO ₃ , donde M representa un metal divalente, como el bario. ^[64]

Se ha informado que la oxidación térmica de trazas de hidruro de curio (CmH _2–3 ) produce una forma volátil de CmO ₂ y el trióxido volátil CmO ₃ , uno de los dos ejemplos conocidos del muy raro estado +6 del curio. ^[2] Se informó que otra especie observada se comportaba de manera similar a un supuesto tetróxido de plutonio y se caracterizó tentativamente como CmO ₄ , con curio en el estado extremadamente raro +8; ^[65] Sin embargo, nuevos experimentos parecen indicar que CmO ₄ no existe, y también han arrojado dudas sobre la existencia de PuO ₄ . ^[66]

Haluros

El fluoruro de curio (III) incoloro (CmF ₃ ) se puede producir introduciendo iones de fluoruro en soluciones que contienen curio (III). Por otro lado, el fluoruro de curio (IV) marrón tetravalente (CmF ₄ ) solo se obtiene haciendo reaccionar el fluoruro de curio (III) con flúor molecular : ^[6]

${\displaystyle \mathrm {2\ CmF_{3}\ +\ F_{2}\ \longrightarrow \ 2\ CmF_{4}} }$

Se conocen una serie de fluoruros ternarios de la forma A ₇ Cm ₆ F ₃₁ , donde A significa metal alcalino . ^[67]

El cloruro de curio (III) incoloro (CmCl ₃ ) se produce en la reacción del hidróxido de curio (III) (Cm (OH) ₃ ) con gas cloruro de hidrógeno anhidro . Además, se puede convertir en otros haluros, como bromuro de curio (III) (incoloro a verde claro) y yoduro de curio (III) (incoloro), haciéndolo reaccionar con la sal de amoniaco del haluro correspondiente a una temperatura elevada de aproximadamente 400ºC. 450 ° C: ^[68]

${\displaystyle \mathrm {CmCl_{3}\ +\ 3\ NH_{4}I\ \longrightarrow \ CmI_{3}\ +\ 3\ NH_{4}Cl} }$

Un procedimiento alternativo es calentar óxido de curio a aproximadamente 600 ° C con el ácido correspondiente (tal como bromhídrico para bromuro de curio). ^{[69] [70] La} hidrólisis en fase vapor del cloruro de curio (III) da como resultado oxicloruro de curio: ^[71]

${\displaystyle \mathrm {CmCl_{3}\ +\ \ H_{2}O\ \longrightarrow \ CmOCl\ +\ 2\ HCl} }$

Calcogenuros y pnictides

Se han obtenido sulfuros, seleniuros y telururos de curio tratando el curio con azufre gaseoso , selenio o telurio al vacío a temperatura elevada. ^{[72] [73]} Los pnictides de curio del tipo CmX son conocidos por los elementos nitrógeno , fósforo , arsénico y antimonio . ^[6] Pueden prepararse haciendo reaccionar hidruro de curio (III) (CmH ₃ ) o curio metálico con estos elementos a temperaturas elevadas. ^[74]

Compuestos organocurium y aspectos biológicos

Estructura de curoceno predicha

También se conocen complejos organometálicos análogos al uranoceno para otros actínidos, tales como torio, protactinio, neptunio, plutonio y americio. La teoría de los orbitales moleculares predice un complejo de "curoceno" estable (η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ₂ Cm, pero aún no se ha informado experimentalmente. ^{[75] [76]}

Formación de los complejos del tipo Cm (nC
₃H
₇-BTP)
₃, donde BTP significa 2,6-di (1,2,4-triazin-3-il) piridina, en soluciones que contienen iones nC ₃ H ₇ -BTP y Cm ³⁺ ha sido confirmado por EXAFS . Algunos de estos complejos de tipo BTP interactúan selectivamente con el curio y, por lo tanto, son útiles en su separación selectiva de los lantánidos y otros actínidos. ^{[24] [77] Los} iones Cm ³⁺ disueltos se unen con muchos compuestos orgánicos, como ácido hidroxámico , ^[78] urea , ^[79] fluoresceína ^[80] y trifosfato de adenosina . ^[81]Muchos de estos compuestos están relacionados con la actividad biológica de varios microorganismos . Los complejos resultantes exhiben una fuerte emisión amarillo-naranja bajo excitación de luz UV, lo cual es conveniente no solo para su detección, sino también para estudiar las interacciones entre el ion Cm ³⁺ y los ligandos a través de cambios en la vida media (del orden ~ 0,1 ms) y espectro de fluorescencia. ^{[25] [78] [79] [80] [81]}

El curio no tiene ningún significado biológico. ^[82] Hay algunos informes sobre la biosorción de Cm ³⁺ por bacterias y arqueas , sin embargo, no hay evidencia de incorporación de curio en ellas. ^{[83] [84]}

Aplicaciones

Radionúclidos

La radiación del curio es tan fuerte que el metal brilla de color púrpura en la oscuridad.

El curio es uno de los elementos aislantes más radiactivos. Sus dos isótopos más comunes, ²⁴² Cm y ²⁴⁴ Cm, son fuertes emisores alfa (energía 6 MeV); tienen vidas medias relativamente cortas de 162,8 días y 18,1 años, y producen hasta 120 W / gy 3 W / g de energía térmica, respectivamente. ^{[12] [85] [86]} Por lo tanto, el curio se puede utilizar en su forma de óxido común en generadores termoeléctricos de radioisótopos como los de las naves espaciales. Esta aplicación ha sido estudiada para el isótopo ²⁴⁴ Cm, mientras que ²⁴² Cm se abandonó debido a su prohibitivo precio de alrededor de 2000 USD / g. ²⁴³Cm con una vida media de ~ 30 años y un buen rendimiento energético de ~ 1,6 W / g podría ser un combustible adecuado, pero produce cantidades significativas de radiación gamma y beta dañina a partir de productos de desintegración radiactiva. Aunque como emisor α, ²⁴⁴ Cm requiere un blindaje de protección contra la radiación mucho más delgado, tiene una alta tasa de fisión espontánea y, por lo tanto, la tasa de radiación de neutrones y gamma es relativamente fuerte. En comparación con un isótopo generador termoeléctrico de la competencia como ²³⁸ Pu, ²⁴⁴ Cm emite una fluencia de neutrones 500 veces mayor, y su emisión gamma más alta requiere un escudo que es 20 veces más grueso, aproximadamente 2 pulgadas de plomo para una fuente de 1 kW, en comparación con 0,1 ^pulgadas para ²³⁸Pu. Por lo tanto, esta aplicación de curio actualmente se considera poco práctica. ^[51]

Una aplicación más prometedora de ²⁴² Cm es producir ²³⁸ Pu, un radioisótopo más adecuado para generadores termoeléctricos como los marcapasos cardíacos. Las rutas alternativas al ²³⁸ Pu utilizan la reacción (n, γ) de ²³⁷ Np, o el bombardeo de deuterón de uranio, que siempre producen ²³⁶ Pu como un subproducto no deseado, ya que este último decae a ²³² U con una fuerte emisión gamma. ^{[87] El} curio también es un material de partida común para la producción de transactínidos y elementos transuránicos superiores . Así, el bombardeo de ²⁴⁸ Cm con neón ( ²²Ne), magnesio ( ²⁶ Mg) o calcio ( ⁴⁸ Ca) produjeron ciertos isótopos de seaborgio ( ²⁶⁵ Sg), hassio ( ²⁶⁹ Hs y ²⁷⁰ Hs) y livermorio ( ²⁹² Lv, ²⁹³ Lv y posiblemente ²⁹⁴ Lv). ^{[88] El} californio se descubrió cuando un objetivo del tamaño de un microgramo de curio-242 se irradió con partículas alfa de 35 MeV utilizando el ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) en Berkeley:

²⁴²
₉₆Cm
+ ⁴
₂Él
→ ²⁴⁵
₉₈Cf
+ ¹
₀norte

En este experimento, solo se produjeron unos 5.000 átomos de californio. ^[89]

Espectrómetro de rayos X de partículas alfa de un vehículo de exploración de Marte

Espectrómetro de rayos X

La aplicación más práctica de ²⁴⁴ Cm, aunque bastante limitada en volumen total, es como fuente de partículas α en los espectrómetros de rayos X de partículas alfa (APXS). Estos instrumentos fueron instalados en el Sojourner , Mars , Mars 96 , Mars Exploration Rovers y el cometa de aterrizaje Philae , ^[90] así como en el Mars Science Laboratory para analizar la composición y estructura de las rocas en la superficie del planeta Marte . ^[91] APXS también se utilizó en las sondas lunares Surveyor 5-7 pero con una fuente de ²⁴² Cm. ^{[49] [92][93]}

Una configuración APXS elaborada está equipada con un cabezal sensor que contiene seis fuentes de curio que tienen una tasa de desintegración radiactiva total de varias decenas de milicurios (aproximadamente un gigabecquerel ). Las fuentes se coliman en la muestra y se analizan los espectros de energía de las partículas alfa y los protones dispersos de la muestra (el análisis de protones se implementa solo en algunos espectrómetros). Estos espectros contienen información cuantitativa sobre todos los elementos principales de las muestras, excepto el hidrógeno, el helio y el litio. ^[94]

Seguridad

Debido a su alta radiactividad, el curio y sus compuestos deben manipularse en laboratorios apropiados bajo arreglos especiales. Mientras que el curio en sí mismo emite principalmente partículas α que son absorbidas por capas delgadas de materiales comunes, algunos de sus productos de descomposición emiten fracciones significativas de radiación beta y gamma, que requieren una protección más elaborada. ^[47] Si se consume, el curio se excreta en unos pocos días y solo el 0,05% se absorbe en la sangre. De allí, aproximadamente el 45% va al hígado , el 45% a los huesos y el 10% restante se excreta. En el hueso, el curio se acumula en el interior de las interfaces con la médula ósea y no se redistribuye significativamente con el tiempo; su radiación destruye la médula ósea y, por lo tanto, detienecreación de glóbulos rojos . La vida media biológica del curio es de unos 20 años en el hígado y 50 años en los huesos. ^{[47] [49]} Curium es absorbida en el cuerpo mucho más fuertemente a través de la inhalación, y la dosis total permitido de ²⁴⁴ Cm en forma soluble es 0,3 μ C . ^[12] La inyección intravenosa de soluciones que contienen ²⁴² cm y ²⁴⁴ cm en ratas aumentó la incidencia de tumores óseos y la inhalación promovió el cáncer de pulmón y de hígado . ^[47]

Los isótopos de curio están inevitablemente presentes en el combustible nuclear gastado con una concentración de aproximadamente 20 g / tonelada. ^[95] Entre ellos, los isótopos de ²⁴⁵ Cm a ²⁴⁸ Cm tienen tiempos de descomposición de miles de años y deben eliminarse para neutralizar el combustible para su eliminación. ^[96] El procedimiento asociado implica varios pasos, en los que el curio se separa primero y luego se convierte mediante bombardeo de neutrones en reactores especiales en nucleidos de corta duración. Este procedimiento, la transmutación nuclear , aunque está bien documentado para otros elementos, aún se está desarrollando para el curio. ^[24]

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Bibliografía

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Enlaces externos

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• Curio en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
• Banco de datos de sustancias peligrosas de la NLM: curio, radiactivo