Curio

El curio es un elemento químico radiactivo transuránico con el símbolo Cm y el número atómico 96. Este elemento actínido recibió su nombre de los eminentes científicos Marie y Pierre Curie, ambos conocidos por sus investigaciones sobre la radiactividad. Curio fue hecho intencionalmente por primera vez por el equipo de Glenn T. Seaborg, Ralph A. James y Albert Ghiorso en 1944, utilizando el ciclotrón en Berkeley. Bombardearon el elemento plutonio recientemente descubierto (el isótopo Pu) con partículas alfa. Luego se envió al Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago, donde finalmente se separó e identificó una pequeña muestra de curio. El descubrimiento se mantuvo en secreto hasta después del final de la Segunda Guerra Mundial. La noticia se hizo pública 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 ~20 gramos de curio.

El curio es un metal duro, denso y plateado con un alto punto de fusión y ebullición para un actínido. Es paramagnético en condiciones ambientales, pero se vuelve antiferromagnético al enfriarse, y también se observan otras transiciones magnéticas en muchos compuestos de curio. En los compuestos, el curio suele tener valencia +3 ya veces +4; la valencia +3 es predominante 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 en bacterias y arqueas. Si ingresa al 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 masa crítica pequeña para una reacción nuclear en cadena. En su mayoría emiten partículas α; Los generadores termoeléctricos de radioisótopos pueden usar el calor de este proceso, pero esto se ve obstaculizado por la rareza y el alto costo del curio. El curio se utiliza para fabricar actínidos más pesados ​​y el radionúclido Pu para fuentes de energía en marcapasos cardíacos y RTG para naves espaciales. Sirvió como fuente α en los espectrómetros de rayos X de partículas alfa de 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 la estructura. de la superficie

Historia

Aunque es probable que el curio se haya producido en experimentos nucleares anteriores, así como en el reactor de fisión nuclear natural en Oklo, Gabón, 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).

El curio se identificó químicamente en el Laboratorio Metalúrgico (ahora Laboratorio Nacional Argonne) de la Universidad de Chicago. Fue el tercer elemento transuránico que se descubrió a pesar de que es el cuarto de la serie: el americio, un elemento más liviano, aún se desconocía.

La muestra se preparó de la siguiente manera: primero se revistió una solución de nitrato de plutonio sobre una lámina de platino de ~0,5 cm de área, la solución se evaporó y el residuo se convirtió en óxido de plutonio (IV) (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 utilizando una solución acuosa concentrada de amoníaco. El residuo se disolvió en ácido perclórico y se llevó a cabo una mayor separación mediante intercambio iónico para producir un cierto 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 locura).

El curio-242 se fabricó en julio y agosto de 1944 bombardeando Pu con partículas α para producir curio con la liberación de un neutrón: ^{242}_{96}Cm + ^{1}_{0}n}}}">

Curium-242 se identificó sin ambigüedades por la energía característica de las partículas α emitidas durante la descomposición: ^{238}_{94}Pu + ^{4}_{2}Él}}}">

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

Otro isótopo Cm se produjo en una reacción similar en marzo de 1945: ^{240}_{96}Cm + 3^{1}_{0}n}} }">

La semivida de desintegración α de Cm se determinó correctamente en 26,7 días.

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

El elemento recibió su nombre de Marie Curie y su esposo Pierre Curie, quienes son conocidos por descubrir el radio y por su trabajo en radioactividad. Siguió el ejemplo del gadolinio, un elemento lantánido por encima del curio en la tabla periódica, que recibió su nombre del explorador de elementos de tierras raras Johan Gadolin:"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 la forma regular. serie de tierras raras. En esta base, el elemento 96 lleva el nombre de Curie de manera análoga a la denominación de gadolinio, en la que se honró al químico Gadolin".

Las primeras muestras de curio eran apenas visibles y se identificaban por su radiactividad. Louis Werner e Isadore Perlman hicieron la primera muestra sustancial de 30 µg de hidróxido de curio-242 en la Universidad de California, Berkeley en 1947 al bombardear americio-241 con neutrones. Cantidades macroscópicas de fluoruro de curio (III) fueron obtenidas en 1950 por WWT Crane, JC Wallmann y BB Cunningham. 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. El curio metálico se produjo solo en 1951 mediante la reducción de CmF ₃ con bario.

Características

Físico

El curio, un elemento radiactivo sintético, es un metal duro y denso con una apariencia de color blanco plateado y propiedades físicas y químicas parecidas al gadolinio. Su punto de fusión de 1344°C es significativamente más alto que el de los elementos anteriores neptunio (637°C), plutonio (639°C) y americio (117°C). En comparación, el gadolinio se funde a 1312°C. El curio hierve a 3556°C. Con una densidad de 13,52 g/cm, el curio es más liviano que el neptunio (20,45 g/cm) y el plutonio (19,8 g/cm), pero más pesado que la mayoría de los demás metales. De dos formas cristalinas de curio, α-Cm es más estable en condiciones ambientales. Tiene simetría hexagonal, grupo espacial P6 ₃ /mmc, parámetros de red a = 365 pm y c = 1182 pm, y cuatro unidades de fórmula por celda unitaria.El cristal consiste en un empaque cerrado hexagonal doble con la secuencia de capas ABAC y, por lo tanto, es isotípico con α-lantano. A presión >23 GPa, a temperatura ambiente, α-Cm se convierte en β-Cm, que tiene simetría cúbica centrada en las caras, grupo espacial Fm 3 m y constante de red a = 493 pm. Con una mayor compresión a 43 GPa, el curio se convierte en una estructura ortorrómbica γ-Cm similar al α-uranio, sin que se observen más transiciones hasta 52 GPa. Estas tres fases de curio también se denominan Cm I, II y III.

El curio tiene propiedades magnéticas peculiares. Su elemento vecino, el americio, no muestra ninguna desviación del paramagnetismo de Curie-Weiss en todo el rango de temperatura, pero α-Cm se transforma en un estado antiferromagnético al enfriarse a 65–52 K, y β-Cm exhibe una transición ferrimagnética a ~205 K. Pnictides de curio muestran transiciones ferromagnéticas al enfriarse: CmN y CmAs a 109 K, CmP a 73 K y CmSb a 162 K. El análogo lantánido del curio, el gadolinio y sus pnictides también muestran transiciones magnéticas al enfriarse, pero el carácter de la transición es algo diferente: Gd y GdN se vuelven ferromagnéticos, y GdP, GdAs y GdSb muestran ordenamiento antiferromagnético.

De acuerdo con los datos magnéticos, la resistividad eléctrica del curio aumenta con la temperatura (alrededor del doble entre 4 y 60 K) y luego es casi constante hasta la temperatura ambiente. Hay un aumento significativo en la resistividad con el tiempo (~10 µΩ·cm/h) debido al autodaño de la red cristalina por desintegración alfa. Esto hace incierta la verdadera resistividad del curio (~125 µΩ·cm). La resistividad del curio es similar a la del gadolinio y los actínidos plutonio y neptunio, pero significativamente mayor que la del americio, uranio, polonio y torio.

Bajo iluminación ultravioleta, los iones de curio (III) muestran una fluorescencia amarillo-naranja fuerte y estable con un máximo en el rango ~ 590–640 nm dependiendo de su entorno. La fluorescencia se origina a partir de las transiciones del primer estado excitado D _7/2 y el estado fundamental S _7/2. El análisis de esta fluorescencia permite monitorear las interacciones entre los iones Cm(III) en complejos orgánicos e inorgánicos.

Químico

El ion curio en solución casi siempre tiene un estado de oxidación +3, el estado de oxidación más estable para el curio. Un estado de oxidación +4 se observa principalmente en algunas fases sólidas, como CmO ₂ y CmF ₄. El curio (IV) acuoso 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. El comportamiento químico del curio es diferente al de los actínidos, el torio y el uranio, y es similar al del americio y muchos lantánidos. En solución acuosa, el ion Cm es de incoloro a verde pálido; El ion Cm es de color amarillo pálido. La absorción óptica de CmEl ion contiene tres picos agudos a 375,4, 381,2 y 396,5 nm y su fuerza se puede convertir directamente en la concentración de los iones. El estado de oxidación +6 solo se ha informado una vez en solución en 1978, como el ion curilo (CmO₂): esto se preparó a partir de la desintegración beta del americio-242 en el ion americio (V)AmO₂. La imposibilidad de obtener Cm(VI) a partir de la oxidación de Cm(III) y Cm(IV) puede deberse al alto potencial de ionización Cm /Cm ya la inestabilidad de Cm(V).

Los iones de curio son ácidos de Lewis duros y, por lo tanto, forman complejos más estables con bases duras. El enlace es principalmente iónico, con un pequeño componente covalente. El curio en sus complejos comúnmente exhibe un entorno de coordinación de 9 pliegues, dentro de una geometría prismática trigonal tricapeada.

Isótopos

Se conocen alrededor de 19 radioisótopos y 7 isómeros nucleares, Cm a Cm; ninguno es estable. Las vidas medias más largas son 15,6 millones de años (Cm) y 348.000 años (Cm). Otros longevos son Cm (8500 años), Cm (8300 años) y Cm (4760 años). Curium-250 es inusual: en su mayoría (~ 86%) se descompone por fisión espontánea. Los isótopos más utilizados son Cm y Cm con vidas medias de 162,8 días y 18,1 años, respectivamente.

Secciones eficaces de neutrones térmicos (graneros)
	Cm	Cm	Cm	Cm	Cm	Cm
Fisión	5	617	1.04	2145	0.14	81.90
Captura	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 nuclear gastado 20 años después de 53 MWd/kg de quemado
3 isótopos comunes	51	3700	390
Combustible MOX de reactor de neutrones rápidos (promedio de 5 muestras, quemado de 66 a 120 GWd/t)
Curio total 3,09 × 10 %	27,64%	70,16%	2.166%	0.0376%	0.000928%

Isótopo	Cm	Cm	Cm	Cm	Cm	Cm	Cm	Cm
Masa crítica, kg	25	7.5	33	6.8	39	7	40.4	23.5

Todos los isótopos Cm- Cm y Cm experimentan una reacción nuclear en cadena autosostenida y, por lo tanto, en principio pueden ser un 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 Cm, Cm y 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 el quemado. El combustible de óxido mixto (MOX), que se va a utilizar en los reactores de potencia, debe contener poco o nada de curio porque la activación neutrónica deCm 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 se van a utilizar actínidos menores 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.

La tabla adyacente enumera las masas críticas para 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 de unos 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 Cm, 155 gramos para Cm y 1550 gramos para Cm. Existe una incertidumbre significativa en estos valores de masa crítica. Si bien suele ser del orden del 20 %, algunos grupos de investigación enumeraron valores de Cm y Cm de hasta 371 kg y 70,1 kg, respectivamente.

Actualmente, el curio no se utiliza como combustible nuclear debido a su baja disponibilidad y alto precio. Cm y Cm tienen una masa crítica muy pequeña y, por lo tanto, podrían usarse en armas nucleares tácticas, pero no se sabe que se haya fabricado ninguna. Curium-243 no es adecuado para esto, debido a su corta vida media y fuerte emisión α, lo que provocaría un calor excesivo. Curium-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

El isótopo de vida más larga, Cm, tiene una vida media de 15,6 millones de años; por lo que cualquier curio primordial, es decir, presente en la Tierra cuando se formó, ya debería haberse descompuesto. Su presencia pasada como un radionúclido extinto es detectable como un exceso de su hija primordial y longeva U. Las trazas de curio pueden ocurrir naturalmente en los minerales de uranio debido a la captura de neutrones y la desintegración beta, aunque esto no ha sido confirmado. Probablemente también se traen rastros de Cm a la Tierra en rayos cósmicos, pero nuevamente esto no ha sido confirmado.

El curio se fabrica artificialmente en pequeñas cantidades con fines de investigación. También ocurre como uno de los productos de desecho en el combustible nuclear gastado. El curio está presente en la naturaleza en algunas áreas utilizadas para pruebas de armas nucleares. El análisis de los restos en el sitio de prueba de la primera arma termonuclear de los Estados Unidos, 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 Cm, Cm y cantidades menores de Cm, Cm y Cm.

Los compuestos de curio atmosférico son poco solubles en solventes comunes y en su mayoría se adhieren a las partículas del suelo. El análisis del suelo reveló una concentración de curio aproximadamente 4000 veces mayor en las partículas del suelo arenoso que en el agua presente en los poros del suelo. Se midió una proporción aún mayor de alrededor de 18.000 en suelos francos.

Los elementos transuránicos desde el americio hasta el fermio, incluido el curio, se produjeron naturalmente en el reactor de fisión nuclear natural de Oklo, pero ya no lo hacen.

El curio y otros actínidos no primordiales también se han detectado en el espectro de la estrella de Przybylski.

Síntesis

Preparación de isótopos

El curio se produce en pequeñas cantidades en reactores nucleares, y hasta ahora solo se han acumulado kilogramos de Cm y Cm, y gramos o incluso miligramos para isótopos más pesados. De ahí el alto precio del curio, que se cotiza entre 160 y 185 USD por miligramo, con una estimación más reciente de 2000 USD/g para Cm y 170 USD/g para Cm. En los reactores nucleares, el curio se forma a partir de U en una serie de reacciones nucleares. En la primera cadena, U captura un neutrón y lo convierte en U, que a través de la desintegración β se transforma en Np y Pu.

[{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)

La captura adicional de neutrones seguida de la desintegración β da americio (Am) que luego se convierte en Cm:

[{ce {2(n,gamma)}}]_{94}^{241}Pu->[beta ^{- }][14,35 {ce {año}}]{^{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 no irradiando 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 Cm:

[{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 {año}}]_{94}^{240 }Pu}}}">

(3)

El curio-244 alfa se descompone en Pu, pero también absorbe neutrones, por lo tanto, una pequeña cantidad de isótopos de curio más pesados. De ellos, Cm y Cm son populares en la investigación científica debido a sus largas vidas medias. Pero la tasa de producción de Cm en los reactores de neutrones térmicos es baja porque es propenso a la fisión debido a los neutrones térmicos. La síntesis de Cm por captura de neutrones es poco probable debido a la corta vida media del Cm intermedio (64 min), cuya β se descompone en el isótopo de berkelio Bk.

_{96}^{{mathit {A}}+1} Cm{}+gamma }} ({text{para }}244leq Aleq 248)}">

(4)

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

[alpha][2,645 {ce {año}}] ^{248}_{96 }Cm}}\{}end{matriz}}}">

(5)

Se puede obtener otro isótopo, Cm, para investigación, a partir de la desintegración α de Cf; el último isótopo se produce en pequeñas cantidades a partir de la desintegración β de Bk.

[beta^-][330 {ce {d}}] ^{249}_{98}Cf ->[alpha] [351 {ce {año}}] ^{245}_{96}Cm}}}">

(6)

Preparación de metales

La mayoría de las rutinas de síntesis producen una mezcla de isótopos de actínidos como óxidos, de los cuales es necesario separar un isótopo de curio dado. Un ejemplo de procedimiento podría ser disolver el combustible gastado del reactor (p. ej., combustible MOX) en ácido nítrico y eliminar la mayor parte del uranio y el plutonio mediante una extracción tipo PUREX (p lutonio – UR anium EX traction) con fosfato de tributilo en un hidrocarburo. A continuación, los lantánidos y los actínidos restantes se separan del residuo acuoso (refinado) mediante una extracción a base de diamida para dar, después de la extracción, una mezcla de actínidos y lantánidos trivalentes. A continuación, se extrae selectivamente un compuesto de curio utilizando técnicas cromatográficas y de centrifugación de varios pasos con un reactivo adecuado. Bis El complejo -triazinil bipiridina se ha propuesto recientemente como tal reactivo que es altamente selectivo para el curio. La separación del curio del americio químicamente muy similar también se puede realizar mediante el tratamiento de 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; el americio se oxida a complejos solubles de Am(IV), pero el curio permanece sin cambios y, por lo tanto, puede aislarse mediante centrifugación repetida.

El curio metálico se obtiene por reducción de sus compuestos. Inicialmente, se utilizó fluoruro de curio (III) para este propósito. La reacción se realizó en un ambiente libre de agua y oxígeno, en un aparato hecho de tantalio y tungsteno, utilizando como agentes reductores bario elemental o litio.

Otra posibilidad es la reducción de óxido de curio (IV) utilizando una aleación de magnesio y zinc en una masa fundida de cloruro de magnesio y fluoruro de magnesio.

Compuestos y reacciones

Óxidos

El curio reacciona fácilmente con el oxígeno formando principalmente óxidos de Cm ₂ O ₃ y CmO ₂, pero también se conoce el óxido divalente CmO. El CmO ₂ negro se puede obtener quemando oxalato de curio (Cm₂(C₂O₄)₃), nitrato (Cm(NO₃)₃), o hidróxido en oxígeno puro. Al calentarse a 600-650 °C en el vacío (alrededor de 0,01 Pa), se transforma en el Cm ₂ O ₃ blanquecino:[Delta T] 2Cm2O3 + O2}}}">.

O bien, Cm ₂ O ₃ se puede obtener reduciendo CmO ₂ con hidrógeno molecular: Cm2O3 + H2O}}}">

También se conocen varios óxidos ternarios del tipo M(II)CmO3 _, donde M representa un metal divalente, como el bario.

Se ha informado que la oxidación térmica de cantidades traza de hidruro de curio (CmH _2–3) da una forma volátil de CmO ₂ y el trióxido volátil CmO ₃, uno de los dos ejemplos conocidos del muy raro estado +6 para el curio. 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; pero nuevos experimentos parecen indicar que CmO ₄ no existe, y también han puesto en duda la existencia de PuO ₄.

Haluros

El fluoruro de curio(III) incoloro (CmF ₃) se puede fabricar agregando iones de fluoruro a soluciones que contienen curio(III). El fluoruro de curio (IV) tetravalente marrón (CmF ₄), por otro lado, solo se obtiene haciendo reaccionar el fluoruro de curio (III) con flúor molecular:

Se conocen una serie de fluoruros ternarios de la forma A ₇ Cm ₆ F ₃₁ (A = metal alcalino).

El cloruro de curio(III) incoloro (CmCl ₃) se obtiene haciendo reaccionar hidróxido de curio (Cm(OH) ₃) con gas de cloruro de hidrógeno anhidro. 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 amoníaco del haluro correspondiente a temperaturas de ~400–450° C:

O bien, se puede calentar el óxido de curio a ~600°C con el ácido correspondiente (como bromhídrico para bromuro de curio). La hidrólisis en fase de vapor del cloruro de curio (III) da oxicloruro de curio:

Calcogenidas y pnictidas

Los sulfuros, seleniuros y telururos de curio se han obtenido tratando el curio con azufre gaseoso, selenio o telurio en vacío a temperatura elevada. Los pnictides de curio del tipo CmX son conocidos para nitrógeno, fósforo, arsénico y antimonio. Se pueden preparar haciendo reaccionar hidruro de curio(III) (CmH ₃) o curio metálico con estos elementos a temperatura elevada.

Compuestos organocurios y aspectos biológicos.

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 "curoceno" estable (η -C ₈ H ₈) de ₂ cm, pero aún no se ha informado experimentalmente.

Formación de los complejos del tipo Cm(nC₃H₇-BTP)₃(BTP = 2,6-di(1,2,4-triazin-3-il)piridina), en soluciones que contienen nC ₃ H ₇ -BTP y iones Cm ha sido confirmado por EXAFS. Algunos de estos complejos de tipo BTP interactúan selectivamente con el curio y, por lo tanto, son útiles para separarlo de los lantánidos y otros actínidos. Los iones Cm disueltos se unen a muchos compuestos orgánicos, como el ácido hidroxámico, la urea, la fluoresceína y el trifosfato de adenosina. Muchos de estos compuestos están relacionados con la actividad biológica de diversos microorganismos. Los complejos resultantes muestran una fuerte emisión de color amarillo-naranja bajo excitación con luz UV, lo cual es conveniente no solo para su detección, sino también para estudiar las interacciones entre el Cmion y los ligandos a través de cambios en la vida media (del orden de ~ 0,1 ms) y el espectro de la fluorescencia.

El curio no tiene importancia biológica. Hay algunos informes sobre la biosorción de Cm por bacterias y arqueas, pero no hay evidencia de la incorporación de curio en ellas.

Aplicaciones

Radionucleidos

El curio es uno de los elementos aislables más radiactivos. Sus dos isótopos más comunes Cm y Cm son emisores alfa fuertes (energía 6 MeV); tienen vidas medias bastante cortas, 162,8 días y 18,1 años, y dan hasta 120 W/g y 3 W/g de calor, respectivamente. Por lo tanto, el curio se puede usar 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 Cm, mientras que Cm fue abandonada por su precio prohibitivo, alrededor de 2000 USD/g. El Cm con una vida media de ~30 años y un buen rendimiento energético de ~1,6 W/g podría ser un combustible adecuado, pero genera cantidades significativas de rayos gamma y beta nocivos a partir de productos de desintegración radiactiva. Como emisor α,Cm necesita mucho menos protección contra la radiación, pero tiene una alta tasa de fisión espontánea y, por lo tanto, mucha radiación gamma y de neutrones. En comparación con un isótopo generador termoeléctrico de la competencia como el Pu, el Cm emite 500 veces más neutrones, y su mayor emisión gamma requiere un escudo que es 20 veces más grueso: 2 pulgadas (51 mm) de plomo para una fuente de 1 kW, en comparación con 0,1 pulgadas (2,5 mm) para Pu. Por lo tanto, este uso del curio actualmente se considera poco práctico.

Un uso más prometedor de Cm es para hacer Pu, un mejor radioisótopo para generadores termoeléctricos como en marcapasos cardíacos. Las rutas alternativas a Pu utilizan la reacción (n, γ) de Np, o el bombardeo de uranio con deuterón, aunque ambas reacciones siempre producen Pu como un subproducto no deseado, ya que este último se desintegra en U con una fuerte emisión gamma. El curio es un material de partida común para fabricar elementos superpesados ​​y transuránicos superiores. Por lo tanto, bombardear Cm con neón (Ne), magnesio (Mg) o calcio (Ca) produce isótopos de seaborgio (Sg), hasio (Hs y Hs) y livermorio (Lv, Lv y posiblemente Lv).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:₉₆Cm+₂Él→₉₈Cf.+₀norte

En este experimento solo se produjeron unos 5.000 átomos de californio.

Los isótopos de curio de masa impar Cm, Cm y Cm son altamente fisionables y pueden liberar energía adicional en un reactor nuclear de espectro térmico. Todos los isótopos de curio son fisionables en reactores de neutrones rápidos. Este es uno de los motivos para la separación y transmutación de actínidos menores en el ciclo del combustible nuclear, lo que ayuda a reducir la radiotoxicidad a largo plazo del combustible nuclear usado o gastado.

Espectrómetro de rayos X

La aplicación más práctica de Cm, aunque bastante limitada en volumen total, es como fuente de partículas α en espectrómetros de rayos X de partículas alfa (APXS). Estos instrumentos se instalaron en Sojourner, Mars, Mars 96, Mars Exploration Rovers y Philae comet lander, así como en Mars Science Laboratory para analizar la composición y estructura de las rocas en la superficie del planeta Marte. APXS también se usó en las sondas lunares Surveyor 5–7 pero con una fuente Cm.

Una configuración APXS elaborada tiene un cabezal sensor que contiene seis fuentes de curio con una tasa de descomposición total de varias decenas de milicuries (aproximadamente un gigabecquerel). Las fuentes se coliman en una muestra y se analizan los espectros de energía de las partículas alfa y los protones dispersos de la muestra (el análisis de protones se realiza solo en algunos espectrómetros). Estos espectros contienen información cuantitativa sobre todos los elementos principales de la muestra excepto hidrógeno, helio y litio.

La seguridad

Debido a su 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 rayos beta y gamma, que requieren una protección más elaborada. Si se consume, el curio se excreta en unos pocos días y solo el 0,05% se absorbe en la sangre. De ahí, ~45% va al hígado, 45% a los huesos y el 10% restante se excreta. En el hueso, el curio se acumula en el interior de las interfases con la médula ósea y no se redistribuye significativamente con el tiempo; su radiación destruye la médula ósea y, por lo tanto, detiene la creación de glóbulos rojos. La vida media biológica del curio es de unos 20 años en el hígado y 50 años en los huesos.El curio se absorbe en el cuerpo mucho más fuertemente a través de la inhalación, y la dosis total permitida de Cm en forma soluble es de 0,3 μCi. La inyección intravenosa de soluciones que contienen Cm y Cm a ratas aumentó la incidencia de tumores óseos y la inhalación promovió el cáncer de pulmón e hígado.

Los isótopos de curio están inevitablemente presentes en el combustible nuclear gastado (alrededor de 20 g/tonelada). Los isótopos Cm– Cm tienen tiempos de descomposición de miles de años y deben eliminarse para neutralizar el combustible para su eliminación. Tal procedimiento implica varios pasos, donde el curio se separa primero y luego se convierte mediante bombardeo de neutrones en reactores especiales en nucleidos de vida corta. Este procedimiento, la transmutación nuclear, aunque está bien documentado para otros elementos, aún se está desarrollando para el curio.