Cúrio

Cúrio,  ₉₆ cm

Cúrio
Pronúncia	/ ˈ k j ʊər i ə m / ​( KURE -ee-əm )
Aparência	metálico prateado, brilha roxo no escuro
Número de massa	[247]
Cúrio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Cripton Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Estanho Antimônio Telúrio Iodo Xenônio Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Cúrio Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Laurêncio Rutherfórdio Dúbnio Seabórgio Bóvrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgênio Copernício Niônio Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson Deus ↑ Cm ↓ — amerício ← cúrio → berquélio
Número atômico ( Z )	96
Grupo	grupos de blocos f (sem número)
Período	período 7
Bloquear	bloco f
Configuração eletrônica	[ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
Elétrons por camada	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP	sólido
Ponto de fusão	1613  K (1340 °C, 2444 °F)
Ponto de ebulição	3383 K (3110 °C, 5630 °F)
Densidade (próximo  à temperatura ambiente )	13,51 g/ cm3
Calor de fusão	13,85  kJ/mol
Pressão de vapor P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 mil 100 mil em  T  (K) 1788 1982
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	comum: +3 +4, [1] +5, [2] +6 [3]
Eletronegatividade	Escala de Pauling: 1,3
Energias de ionização	1º: 581 kJ/mol
Raio atômico	empírico: 174  pm
Raio covalente	169±15:00
Linhas espectrais do cúrio
Outras propriedades
Ocorrência natural	sintético
Estrutura cristalina	hexagonal duplo (dhcp)
Resistividade elétrica	1,25 µΩ⋅m [4]
Ordenação magnética	transição antiferromagnética-paramagnética a 52 K [4]
Número CAS	7440-51-9
História
Nomeação	nomeado em homenagem a Marie Skłodowska-Curie e Pierre Curie
Descoberta	Glenn T. Seaborg , Ralph A. James , Albert Ghiorso (1944)
Isótopos de cúrio você e
Principais isótopos [5] Decadência abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produto 242 cm sintetizador 162,8 dias um 238 Pu SF – CD 208 Pb 243 cm sintetizador 29,1 anos um 239 Pu e 243 da manhã SF – 244 cm sintetizador 18.11 anos um 240 Pu SF – 245 cm sintetizador 8250 anos um 241 Pu SF – 246 cm sintetizador 4760 anos um 242 Pu SF – 247 cm sintetizador 1,56 × 10 7  anos um 243 Pu 248 cm sintetizador 3,480 × 10 5  anos um 244 Pu SF – 250 cm sintetizador 8300 anos SF – um 246 Pu β − 250 Livros
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Cúrio é um elemento químico sintético ; tem símbolo Cm e número atômico 96. Este elemento actinídeo transurânico foi nomeado em homenagem aos eminentes cientistas Marie e Pierre Curie , ambos conhecidos por suas pesquisas sobre radioatividade . O cúrio foi feito pela primeira vez intencionalmente pela equipe de Glenn T. Seaborg , Ralph A. James e Albert Ghiorso em 1944, usando o ciclotron em Berkeley . Eles bombardearam o recém-descoberto elemento plutônio (o isótopo ²³⁹ Pu ) com partículas alfa . Isso foi então enviado para o Laboratório Metalúrgico da Universidade de Chicago , onde uma pequena amostra de cúrio foi eventualmente separada e identificada. A descoberta foi mantida em segredo até depois do fim da Segunda Guerra Mundial . A notícia foi divulgada ao público em novembro de 1947. A maior parte do cúrio é produzida pelo bombardeio de urânio ou plutônio com nêutrons em reatores nucleares - uma tonelada de combustível nuclear usado contém ~20 gramas de cúrio.

O cúrio é um metal duro, denso e prateado com alto ponto de fusão e ebulição para um actinídeo. É paramagnético em condições ambientais , mas se torna antiferromagnético ao resfriar, e outras transições magnéticas também são vistas em muitos compostos de cúrio. Em compostos, o cúrio geralmente tem valência +3 e às vezes +4; a valência +3 é predominante em soluções. O cúrio oxida prontamente, e seus óxidos são uma forma dominante deste elemento. Ele forma complexos fortemente fluorescentes com vários compostos orgânicos, mas não há evidências de sua incorporação em bactérias e arqueias . Se entrar no corpo humano, o cúrio se acumula nos ossos, pulmões e fígado, onde promove o câncer .

Todos os isótopos conhecidos de cúrio são radioativos e têm pequena massa crítica para uma reação nuclear em cadeia . O isótopo mais estável, ²⁴⁷ Cm, tem uma meia-vida de 15,6 milhões de anos; os isótopos de cúrio de vida mais longa emitem predominantemente partículas alfa . Os geradores termoelétricos de radioisótopos podem usar o calor desse processo, mas isso é dificultado pela raridade e alto custo do cúrio. O cúrio é usado na fabricação de actinídeos mais pesados ​​e o radionuclídeo ²³⁸ Pu para fontes de energia em marcapassos cardíacos artificiais e RTGs para espaçonaves. Ele serviu como fonte α nos espectrômetros de raios X de partículas alfa de várias sondas espaciais, incluindo os rovers Sojourner , Spirit , Opportunity e Curiosity em Marte e o módulo de pouso Philae no cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko , para analisar a composição e estrutura da superfície. Pesquisadores propuseram usar o cúrio como combustível em reatores nucleares. ^[6]

Embora o cúrio provavelmente tenha sido produzido em experimentos nucleares anteriores, bem como no reator de fissão nuclear natural em Oklo, Gabão, ele foi sintetizado , isolado e identificado intencionalmente pela primeira vez em 1944, na Universidade da Califórnia, Berkeley , por Glenn T. Seaborg , Ralph A. James e Albert Ghiorso . ^{[7] Em seus experimentos, eles usaram um} ciclotron de 60 polegadas (150 cm) . ^[8]

O cúrio foi identificado quimicamente no Laboratório Metalúrgico (hoje Laboratório Nacional Argonne ), Universidade de Chicago . Foi o terceiro elemento transurânico a ser descoberto, embora seja o quarto da série – o elemento mais leve amerício ainda era desconhecido. ^{[9] [10]}

A amostra foi preparada da seguinte forma: primeiramente, a solução de nitrato de plutônio foi revestida em uma folha de platina de ~0,5 cm ² de área, a solução foi evaporada e o resíduo foi convertido em óxido de plutônio (IV) (PuO ₂ ) por recozimento . Após a irradiação do óxido por ciclotron, o revestimento foi dissolvido com ácido nítrico e então precipitado como o hidróxido usando solução aquosa concentrada de amônia . O resíduo foi dissolvido em ácido perclórico , e posterior separação foi feita por troca iônica para produzir um certo isótopo de cúrio. A separação de cúrio e amerício foi tão meticulosa que o grupo de Berkeley inicialmente chamou esses elementos de pandemônio (do grego para todos os demônios ou inferno ) e delírio (do latim para loucura ). ^{[11] [12]}

O cúrio-242 foi produzido em julho-agosto de 1944 ^{[ citação necessária ]} bombardeando ²³⁹ Pu com partículas α para produzir cúrio com a liberação de um nêutron : ^[9]

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

O cúrio-242 foi identificado de forma inequívoca pela energia característica das partículas α emitidas durante o decaimento:

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

A meia-vida dessa decadência alfa foi inicialmente medida como 5 meses (150 dias) ^[9] e depois corrigida para 162,8 dias. ^[5]

Outro isótopo ²⁴⁰ Cm foi produzido em uma reação semelhante em março de 1945:

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

A meia-vida de decaimento α de ²⁴⁰ Cm foi determinada como 26,8 dias ^[9] e posteriormente revisada para 30,4 dias. ^[5]

A descoberta do cúrio e do amerício em 1944 estava intimamente relacionada ao Projeto Manhattan , então os resultados foram confidenciais e desclassificados apenas em 1945. Seaborg vazou a síntese dos elementos 95 e 96 no programa de rádio dos EUA para crianças, o Quiz Kids , cinco dias antes da apresentação oficial em uma reunião da American Chemical Society em 11 de novembro de 1945, quando um ouvinte perguntou se algum novo elemento transurânico além do plutônio e do neptúnio havia sido descoberto durante a guerra. ^[11] A descoberta do cúrio ( ²⁴² Cm e ²⁴⁰ Cm), sua produção e seus compostos foram posteriormente patenteados listando apenas Seaborg como o inventor. ^[13]

O elemento foi nomeado em homenagem a Marie Curie e seu marido Pierre Curie , que são conhecidos por descobrir o rádio e por seu trabalho em radioatividade . Ele seguiu o exemplo do gadolínio , um elemento lantanídeo acima do cúrio na tabela periódica, que foi nomeado em homenagem ao explorador de elementos de terras raras Johan Gadolin : ^[14]

Como nome para o elemento de número atômico 96, gostaríamos de propor "cúrio", com símbolo Cm. As evidências indicam que o elemento 96 contém sete elétrons 5f e é, portanto, análogo ao elemento gadolínio, com seus sete elétrons 4f na série regular de terras raras. Com base nisso, o elemento 96 é nomeado em homenagem aos Curie de uma maneira análoga à nomeação do gadolínio, na qual o químico Gadolin foi homenageado. ^[9]

As primeiras amostras de cúrio eram pouco visíveis e foram identificadas por sua radioatividade. Louis Werner e Isadore Perlman fizeram a primeira amostra substancial de 30 μg de hidróxido de cúrio-242 na Universidade da Califórnia, Berkeley, em 1947, bombardeando amerício -241 com nêutrons. ^{[15] [16] [17]} Quantidades macroscópicas de fluoreto de cúrio (III) foram obtidas em 1950 por WWT Crane, JC Wallmann e BB Cunningham. Sua suscetibilidade magnética era muito próxima à do GdF _3, fornecendo a primeira evidência experimental da valência +3 do cúrio em seus compostos. ^[15] O metal cúrio foi produzido apenas em 1951 pela redução de CmF ₃ com bário . ^{[18] [19]}

Um elemento sintético e radioativo, o cúrio é um metal duro e denso com aparência branco-prateada e propriedades físicas e químicas semelhantes ao gadolínio . Seu ponto de fusão de 1344 °C é significativamente maior do que o dos elementos anteriores neptúnio (637 °C), plutônio (639 °C) e amerício (1176 °C). Em comparação, o gadolínio derrete a 1312 °C. O cúrio ferve a 3556 °C. Com uma densidade de 13,52 g/cm ³ , o cúrio é mais leve que o neptúnio (20,45 g/cm ³ ) e o plutônio (19,8 g/cm ³ ), mas mais pesado do que a maioria dos outros metais. Das duas formas cristalinas de cúrio, α-Cm é mais estável em condições ambientais. Ele tem uma simetria hexagonal, grupo espacial P6 ₃ /mmc, parâmetros de rede a  = 365  pm e c  = 1182 pm, e quatro unidades de fórmula por célula unitária . ^[20] O cristal consiste em empacotamento fechado hexagonal duplo com a sequência de camadas ABAC e, portanto, é isotípico com α-lantânio. Em pressão >23  GPa , em temperatura ambiente, α-Cm se torna β-Cm, que tem simetria cúbica de face centrada , grupo espacial Fm 3 m e constante de rede a  = 493 pm. ^[20] Em compressão adicional para 43 GPa, o cúrio se torna uma estrutura γ-Cm ortorrômbica semelhante ao α-urânio, sem outras transições observadas até 52 GPa. Essas três fases de cúrio também são chamadas de Cm I, II e III. ^{[21] [22]}

O cúrio tem propriedades magnéticas peculiares. Seu elemento vizinho, o amerício, não mostra desvio do paramagnetismo de Curie-Weiss em toda a faixa de temperatura, mas o α-Cm se transforma em um estado antiferromagnético ao resfriar para 65–52 K, ^{[23] [24]} e o β-Cm exibe uma transição ferrimagnética a ~205 K. Os pnictídeos de cúrio mostram transições ferromagnéticas ao resfriar: ²⁴⁴ CmN e ²⁴⁴ CmAs a 109 K, ²⁴⁸ CmP a 73 K e ²⁴⁸ CmSb a 162 K. O análogo lantanídeo do cúrio, o gadolínio, e seus pnictídeos, também mostram transições magnéticas ao resfriar, mas o caráter da transição é um pouco diferente: Gd e GdN tornam-se ferromagnéticos, e GdP, GdAs e GdSb mostram ordenação antiferromagnética. ^[25]

De acordo com dados magnéticos, a resistividade elétrica do cúrio aumenta com a temperatura – cerca de duas vezes entre 4 e 60 K – e então é quase constante até a temperatura ambiente. Há um aumento significativo na resistividade ao longo do tempo (~10 μΩ·cm/h ) devido ao autodano da rede cristalina por decaimento alfa. Isso torna incerta a verdadeira resistividade do cúrio (~125 μΩ·cm ). A resistividade do cúrio é semelhante à do gadolínio e dos actinídeos plutônio e neptúnio, mas significativamente maior do que a do amerício, urânio, polônio e tório . ^[4]

Sob iluminação ultravioleta, os íons de cúrio(III) mostram fluorescência amarelo-alaranjada forte e estável com um máximo na faixa de 590–640 nm, dependendo do ambiente. ^[26] A fluorescência se origina das transições do primeiro estado excitado ⁶ D _7/2 e do estado fundamental ⁸ S _7/2 . A análise dessa fluorescência permite monitorar as interações entre os íons Cm(III) em complexos orgânicos e inorgânicos. ^[27]

O íon cúrio em solução quase sempre tem um estado de oxidação +3 , o estado de oxidação mais estável para o cúrio. ^[28] Um estado de oxidação +4 é visto principalmente em algumas fases sólidas, como CmO ₂ e CmF ₄ . ^{[29] [30]} O cúrio(IV) aquoso só é conhecido na presença de oxidantes fortes, como o persulfato de potássio , e é facilmente reduzido a cúrio(III) por radiólise e até mesmo pela própria água. ^[31] O comportamento químico do cúrio é diferente dos actinídeos tório e urânio, e é semelhante ao amerício e muitos lantanídeos . Em solução aquosa, o íon Cm ³⁺ é incolor a verde claro; ^[32] O íon Cm ⁴⁺ é amarelo claro. ^[33] A absorção óptica do íon Cm ³⁺ contém três picos agudos em 375,4, 381,2 e 396,5 nm e sua força pode ser convertida diretamente na concentração dos íons. ^[34] O estado de oxidação +6 só foi relatado uma vez em solução em 1978, como o íon curila ( CmO²⁺
₂): este foi preparado a partir da decomposição beta do amerício-242 no íon amerício(V)²⁴²
AmO⁺
₂. ^[3] A falha em obter Cm(VI) a partir da oxidação de Cm(III) e Cm(IV) pode ser devido ao alto potencial de ionização Cm ⁴⁺ /Cm ³⁺ e à instabilidade de Cm(V). ^[31]

Os íons de cúrio são ácidos de Lewis duros e, portanto, formam os complexos mais estáveis ​​com bases duras. ^[35] A ligação é principalmente iônica, com um pequeno componente covalente. ^[36] O cúrio em seus complexos comumente exibe um ambiente de coordenação de 9 vezes, com uma geometria molecular prismática trigonal tricapada . ^[37]

Cerca de 19 radioisótopos e 7 isômeros nucleares , ²³³ Cm a ²⁵¹ Cm, são conhecidos; nenhum é estável . As meias-vidas mais longas são 15,6 milhões de anos ( ²⁴⁷ Cm) e 348.000 anos ( ²⁴⁸ Cm). Outros de vida longa são ²⁴⁵ Cm (8500 anos), ²⁵⁰ Cm (8300 anos) e ²⁴⁶ Cm (4760 anos). O cúrio-250 é incomum: ele decai principalmente (~86%) por fissão espontânea . Os isótopos mais comumente usados ​​são ²⁴² Cm e ²⁴⁴ Cm com meias-vidas de 162,8 dias e 18,11 anos, respectivamente. ^[5]

Todos os isótopos variando de ²⁴² Cm a ²⁴⁸ Cm, assim como ^{250 Cm, passam por uma} reação nuclear em cadeia autossustentável e, portanto, em princípio, podem ser um combustível nuclear em um reator. Como na maioria dos elementos transurânicos, a seção transversal de fissão nuclear é especialmente alta para os isótopos de cúrio de massa ímpar ²⁴³ Cm, ²⁴⁵ Cm e ²⁴⁷ Cm. Eles podem ser usados ​​em reatores de nêutrons térmicos , enquanto uma mistura de isótopos de cúrio é adequada apenas para reatores reprodutores rápidos , uma vez que os isótopos de massa par não são físseis em um reator térmico e se acumulam conforme a queima aumenta. ^[41] O combustível de óxido misto (MOX), que deve ser usado em reatores de energia, deve conter pouco ou nenhum cúrio porque a ativação de nêutrons de ²⁴⁸ Cm criará califórnio . O califórnio é um forte emissor de nêutrons e poluiria a extremidade posterior do ciclo de combustível e aumentaria a dose para o pessoal do reator. Portanto, se os actinídeos menores forem usados ​​como combustível em um reator de nêutrons térmicos, o cúrio deve ser excluído do combustível ou colocado em barras de combustível especiais, onde é o único actinídeo presente. ^[42]

A tabela adjacente lista as massas críticas para isótopos de cúrio para uma esfera, sem moderador ou refletor. Com um refletor de metal (30 cm de aço), as massas críticas dos isótopos ímpares são cerca de 3–4 kg. Ao usar água (espessura ~20–30 cm) como refletor, a massa crítica pode ser tão pequena quanto 59 gramas para ²⁴⁵ Cm, ​​155 gramas para ²⁴³ Cm e 1550 gramas para ²⁴⁷ Cm. Há uma incerteza significativa nesses valores de massa crítica. Embora geralmente seja da ordem de 20%, os valores para ²⁴² Cm e ²⁴⁶ Cm foram listados como tão grandes quanto 371 kg e 70,1 kg, respectivamente, por alguns grupos de pesquisa. ^{[41] [44]}

O cúrio não é usado atualmente como combustível nuclear devido à sua baixa disponibilidade e alto preço. ^{[45] 245} Cm e ²⁴⁷ Cm têm massa crítica muito pequena e, portanto, poderiam ser usados ​​em armas nucleares táticas , mas nenhuma delas foi feita. O cúrio-243 não é adequado para tal, devido à sua curta meia-vida e forte emissão α, o que causaria calor excessivo. ^[46] O cúrio-247 seria altamente adequado devido à sua longa meia-vida, que é 647 vezes maior que o plutônio-239 (usado em muitas armas nucleares existentes ).

O isótopo de vida mais longa, ²⁴⁷ Cm, tem meia-vida de 15,6 milhões de anos; então qualquer cúrio primordial , isto é, presente na Terra quando se formou, deveria ter decaído agora. Sua presença passada como um radionuclídeo extinto é detectável como um excesso de sua filha primordial e de vida longa ²³⁵ U. ^[47] Traços de ²⁴² Cm podem ocorrer naturalmente em minerais de urânio devido à captura de nêutrons e decaimento beta ( ²³⁸ U → ²³⁹ Pu → ²⁴⁰ Pu → ²⁴¹ Am → ²⁴² Cm), embora as quantidades sejam minúsculas e isso não tenha sido confirmado: mesmo com estimativas "extremamente generosas" para possibilidades de absorção de nêutrons, a quantidade de ²⁴² Cm presente em 1 × 10 ⁸  kg de 18% de urânio pechblenda não seria nem mesmo um átomo. ^{[48] ​​[49] [50]} Traços de ²⁴⁷ Cm também são provavelmente trazidos para a Terra em raios cósmicos , mas isso também não foi confirmado. ^[48] Há também a possibilidade de ²⁴⁴ Cm ser produzido como a filha do decaimento beta duplo do ²⁴⁴ Pu natural . ^{[48] [51]}

O cúrio é feito artificialmente em pequenas quantidades para fins de pesquisa. Ele também ocorre como um dos resíduos do combustível nuclear usado . ^{[52] [53]} O cúrio está presente na natureza em algumas áreas usadas para testes de armas nucleares . ^[54] A análise dos destroços no local de teste da primeira arma termonuclear dos Estados Unidos , Ivy Mike (1º de novembro de 1952, Atol de Enewetak ), além de einstênio , férmio , plutônio e amerício também revelou isótopos de berquélio, califórnio e cúrio, em particular ²⁴⁵ Cm, ^​​246 Cm e quantidades menores de ²⁴⁷ Cm, ²⁴⁸ Cm e ²⁴⁹ Cm. ^[55]

Os compostos de cúrio atmosféricos são pouco solúveis em solventes comuns e aderem principalmente às partículas do solo. A análise do solo revelou uma concentração de cúrio cerca de 4.000 vezes maior nas partículas do solo arenoso do que na água presente nos poros do solo. Uma proporção ainda maior de cerca de 18.000 foi medida em solos argilosos . ^[56]

Os elementos transurânicos, do amerício ao férmio, incluindo o cúrio, ocorriam naturalmente no reator de fissão nuclear natural de Oklo , mas não o fazem mais. ^[57]

Cúrio e outros actinídeos não primordiais também foram suspeitos de existir no espectro da Estrela de Przybylski . ^[58]

O cúrio é produzido em pequenas quantidades em reatores nucleares , e até agora apenas quilogramas de ²⁴² Cm e ²⁴⁴ Cm foram acumulados, e gramas ou mesmo miligramas para isótopos mais pesados. Daí o alto preço do cúrio, que foi cotado em 160–185 USD por miligrama, ^[15] com uma estimativa mais recente de US$ 2.000/g para ²⁴² Cm e US$ 170/g para ²⁴⁴ Cm. ^[59] Em reatores nucleares, o cúrio é formado a partir de ²³⁸ U em uma série de reações nucleares. Na primeira cadeia, ²³⁸ U captura um nêutron e se converte em ²³⁹ U, que via decaimento β ⁻ se transforma em ²³⁹ Np e ²³⁹ Pu.

${\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U->[{\ce {(n,\gamma )}}]{^{239}_{92}U}->[\beta ^{ -}][23,5\ {\ce {min}}]_{93}^{239}Np->[\beta ^{-}][2,3565\ {\ce {d}}]_{94}^{ 239}Pu}}}$ (os tempos são meias-vidas ) .

( 1 )

A captura de nêutrons subsequente seguida pelo decaimento β ^{- produz} amerício ( ²⁴¹ Am), que posteriormente se torna ²⁴² Cm:

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

( 2 )

Para fins de pesquisa, o cúrio é obtido pela irradiação não de urânio, mas de plutônio, que está disponível em grandes quantidades a partir do combustível nuclear usado. Um fluxo de nêutrons muito maior é usado para a irradiação, o que resulta em uma cadeia de reação diferente e na formação de ²⁴⁴ Cm: ^[10]

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

( 3 )

O cúrio-244 alfa decai para ²⁴⁰ Pu, mas também absorve nêutrons, portanto, uma pequena quantidade de isótopos de cúrio mais pesados. Destes, ²⁴⁷ Cm e ²⁴⁸ Cm são populares em pesquisas científicas devido às suas longas meias-vidas. Mas a taxa de produção de ²⁴⁷ Cm em reatores de nêutrons térmicos é baixa porque é propenso à fissão devido aos nêutrons térmicos. ^[60] A síntese de ²⁵⁰ Cm por captura de nêutrons é improvável devido à curta meia-vida do intermediário ²⁴⁹ Cm (64 min), que β ⁻ decai para o isótopo de berquélio ²⁴⁹ Bk. ^[60]

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

( 4 )

A cascata acima de reações (n,γ) fornece uma mistura de diferentes isótopos de cúrio. Sua separação pós-síntese é incômoda, então uma síntese seletiva é desejada. O cúrio-248 é favorecido para fins de pesquisa devido à sua longa meia-vida. A maneira mais eficiente de preparar este isótopo é por decaimento α do isótopo de califórnio ²⁵² Cf, que está disponível em quantidades relativamente grandes devido à sua longa meia-vida (2,65 anos). Cerca de 35–50 mg de ²⁴⁸ Cm são produzidos assim, por ano. A reação associada produz ²⁴⁸ Cm com pureza isotópica de 97%. ^[60]

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

( 5 )

Outro isótopo, ²⁴⁵ Cm, ​​pode ser obtido para pesquisa, a partir do decaimento α de ²⁴⁹ Cf; o último isótopo é produzido em pequenas quantidades a partir do decaimento ^β de ²⁴⁹ Bk .

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

( 6 )

A maioria das rotinas de síntese produz uma mistura de isótopos de actinídeos como óxidos , dos quais um dado isótopo de cúrio precisa ser separado. Um procedimento de exemplo poderia ser dissolver o combustível do reator usado (por exemplo, combustível MOX ) em ácido nítrico e remover a maior parte do urânio e plutônio usando uma extração do tipo PUREX ( tração de plutônio – UR anium EX ) com fosfato de tributila em um hidrocarboneto. Os lantanídeos e os actinídeos restantes são então separados do resíduo aquoso ( refinado ) por uma extração baseada em diamida para dar, após a remoção, uma mistura de actinídeos e lantanídeos trivalentes. Um composto de cúrio é então extraído seletivamente usando técnicas cromatográficas e de centrifugação de várias etapas com um reagente apropriado. ^{[61] O complexo} bis -triazinil bipiridina foi recentemente proposto como tal reagente que é altamente seletivo para o cúrio. ^[62] A separação do cúrio do amerício quimicamente muito semelhante também pode ser feita tratando uma pasta de seus hidróxidos em bicarbonato de sódio aquoso com ozônio em temperatura elevada. Tanto o amerício quanto o cúrio estão presentes em soluções principalmente no estado de valência +3; o amerício oxida em complexos Am(IV) solúveis, mas o cúrio permanece inalterado e, portanto, pode ser isolado por centrifugação repetida. ^[63]

O cúrio metálico é obtido pela redução de seus compostos. Inicialmente, o fluoreto de cúrio(III) era utilizado para esse fim. A reação era feita em ambiente livre de água e oxigênio, em aparelho feito de tântalo e tungstênio , utilizando bário elementar ou lítio como agentes redutores. ^{[10] [18] [64] [65] [66]}

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

Outra possibilidade é a redução do óxido de cúrio (IV) usando uma liga de magnésio-zinco em uma fusão de cloreto de magnésio e fluoreto de magnésio . ^[67]

O cúrio reage prontamente com o oxigênio formando principalmente óxidos de Cm ₂ O ₃ e CmO ₂ , ^[54] mas o óxido divalente CmO também é conhecido. ^{[68] O CmO} ₂ preto pode ser obtido pela queima de oxalato de cúrio ( Cm
₂(C
₂O
₄)
₃), nitrato ( Cm(NO
₃)
₃), ou hidróxido em oxigênio puro. ^{[30] [69]} Ao aquecer a 600–650 °C no vácuo (cerca de 0,01  Pa ), ele se transforma no Cm ₂ O ₃ esbranquiçado : ^{[30] [70]}

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

Ou, Cm ₂ O ₃ pode ser obtido pela redução de CmO ₂ com hidrogênio molecular : ^[71]

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

Também são conhecidos vários óxidos ternários do tipo M(II)CmO ₃ , onde M representa um metal divalente, como o bário. ^[72]

Foi relatado que a oxidação térmica de quantidades vestigiais de hidreto de cúrio (CmH _{2–3 ) produz uma forma volátil de CmO 2} e o trióxido volátil CmO ₃ , um dos dois exemplos conhecidos do estado +6 muito raro para o cúrio. ^[3] Outra espécie observada foi relatada como se comportando de forma semelhante a um suposto tetróxido de plutônio e foi caracterizada provisoriamente como CmO ₄ , com o cúrio no estado extremamente raro +8; ^[73] mas novos experimentos parecem indicar que o CmO ₄ não existe e também lançaram dúvidas sobre a existência do PuO _{4 .} ^[74]

O fluoreto de cúrio(III) incolor (CmF ₃ ) pode ser feito pela adição de íons de flúor em soluções contendo cúrio(III). O fluoreto de cúrio(IV) tetravalente marrom (CmF ₄ ), por outro lado, é obtido apenas pela reação do fluoreto de cúrio(III) com flúor molecular : ^[10]

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

Uma série de fluoretos ternários são conhecidos na forma A ₇ Cm ₆ F ₃₁ (A = metal alcalino ). ^[75]

O cloreto de cúrio(III) incolor (CmCl ₃ ) é feito pela reação de hidróxido de cúrio (Cm(OH) ₃ ) com gás cloreto de hidrogênio anidro . Ele pode ser transformado em outros haletos, como brometo de cúrio(III) (incolor a verde claro) e iodeto de cúrio(III) (incolor), pela reação com o sal de amônia do haleto correspondente em temperaturas de ~400–450 °C: ^[76]

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

Ou pode-se aquecer o óxido de cúrio a ~600°C com o ácido correspondente (como o bromídrico para o brometo de cúrio). ^{[77] [78]} A hidrólise em fase de vapor do cloreto de cúrio(III) produz oxicloreto de cúrio: ^[79]

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

Sulfetos, selenetos e teluretos de cúrio foram obtidos pelo tratamento de cúrio com enxofre gasoso , selênio ou telúrio no vácuo a temperatura elevada. ^{[80] [81]} Pnictídeos de cúrio do tipo CmX são conhecidos por nitrogênio , fósforo , arsênio e antimônio . ^[10] Eles podem ser preparados pela reação de hidreto de cúrio (III) (CmH ₃ ) ou cúrio metálico com esses elementos a temperatura elevada. ^[82]

Complexos organometálicos análogos ao uranoceno são conhecidos também para outros actinídeos, como tório, protactínio, neptúnio, plutônio e amerício. A teoria orbital molecular prevê um complexo "curoceno" estável (η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ₂ Cm, mas ainda não foi relatado experimentalmente. ^{[83] [84]}

Formação dos complexos do tipo Cm(nC
₃E
₇-BTP)
₃(BTP = 2,6-di(1,2,4-triazin-3-il)piridina), em soluções contendo nC ₃ H ₇ -BTP e íons Cm ³⁺ foi confirmado por EXAFS . Alguns desses complexos do tipo BTP interagem seletivamente com o cúrio e, portanto, são úteis para separá-lo de lantanídeos e outros actinídeos. ^{[26] [85]} Os íons Cm ³⁺ dissolvidos se ligam a muitos compostos orgânicos, como ácido hidroxâmico , ^[86] ureia , ^[87] fluoresceína ^[88] e trifosfato de adenosina . ^[89] Muitos desses compostos estão relacionados à atividade biológica de vários microrganismos . Os complexos resultantes apresentam forte emissão amarelo-alaranjada sob excitação de luz UV, o que é conveniente não apenas para sua detecção, mas também para estudar interações entre o íon Cm ³⁺ e os ligantes por meio de mudanças na meia-vida (da ordem de ~0,1 ms) e no espectro da fluorescência. ^{[27] [86] [87] [88] [89]}

O cúrio não tem significado biológico. ^[90] Existem alguns relatos sobre a biossorção de Cm ³⁺ por bactérias e arqueas , mas nenhuma evidência de incorporação de cúrio nelas. ^{[91] [92]}

O cúrio é um dos elementos isoláveis ​​mais radioativos. Seus dois isótopos mais comuns, ²⁴² Cm e ²⁴⁴ Cm, são fortes emissores alfa (energia de 6 MeV); eles têm meias-vidas relativamente curtas, 162,8 dias e 18,1 anos, e fornecem até 120 W/g e 3 W/g de calor, respectivamente. ^{[15] [93] [94]} Portanto, o cúrio pode ser usado em sua forma comum de óxido em geradores termoelétricos de radioisótopos , como aqueles em naves espaciais. Esta aplicação foi estudada para o isótopo ²⁴⁴ Cm, enquanto ^{o 242} Cm foi abandonado devido ao seu preço proibitivo, em torno de 2.000 USD/g. ^{O 243} Cm com uma meia-vida de ~30 anos e bom rendimento energético de ~1,6 W/g pode ser um combustível adequado, mas fornece quantidades significativas de raios gama e beta prejudiciais de produtos de decaimento radioativo. Como um emissor α, ²⁴⁴ Cm precisa de muito menos blindagem de radiação, mas tem uma alta taxa de fissão espontânea e, portanto, muita radiação de nêutrons e gama. Comparado a um isótopo gerador termoelétrico concorrente, como ²³⁸ Pu, ²⁴⁴ Cm emite 500 vezes mais nêutrons, e sua maior emissão gama requer uma blindagem 20 vezes mais espessa — 2 polegadas (51 mm) de chumbo para uma fonte de 1 kW, em comparação com 0,1 polegada (2,5 mm) para ²³⁸ Pu. Portanto, esse uso de cúrio é atualmente considerado impraticável. ^[59]

Um uso mais promissor de ²⁴² Cm é para fazer ²³⁸ Pu, um radioisótopo melhor para geradores termoelétricos, como em marcapassos cardíacos. As rotas alternativas para ²³⁸ Pu usam a reação (n,γ) de ²³⁷ Np, ou bombardeio de deutério de urânio, embora ambas as reações sempre produzam ²³⁶ Pu como um subproduto indesejado, uma vez que este último decai para ²³² U com forte emissão gama. ^[95] O cúrio é um material de partida comum para fazer elementos transurânicos e superpesados ​​superiores . Assim, bombardear ²⁴⁸ Cm com néon ( ²² Ne), magnésio ( ²⁶ Mg) ou cálcio ( ⁴⁸ Ca ) produz isótopos de seabórgio ( ²⁶⁵ Sg), hássio ( ²⁶⁹ Hs e ²⁷⁰ Hs) e livermório ( ²⁹² Lv, ²⁹³ Lv e possivelmente ²⁹⁴ Lv). ^[96] O califórnio foi descoberto quando um alvo de cúrio-242 do tamanho de um micrograma foi irradiado com partículas alfa de 35 MeV usando o ciclotron de 60 polegadas (150 cm) em Berkeley:

²⁴²
₉₆Cm
+⁴
₂Ele
→²⁴⁵
₉₈Cf
+¹
₀e

Apenas cerca de 5.000 átomos de califórnio foram produzidos neste experimento. ^[97]

Os isótopos de cúrio de massa ímpar ²⁴³ Cm, ²⁴⁵ Cm e ²⁴⁷ Cm são todos altamente físseis e podem liberar energia adicional em um reator nuclear de espectro térmico . Todos os isótopos de cúrio são fissionáveis ​​em reatores de nêutrons rápidos. Este é um dos motivos para a separação e transmutação menores de actinídeos no ciclo do combustível nuclear , ajudando a reduzir a radiotoxicidade de longo prazo do combustível nuclear usado ou gasto .

A aplicação mais prática de ²⁴⁴ Cm — embora bastante limitada em volume total — é como fonte de partículas α em espectrômetros de raios X de partículas alfa (APXS). Esses instrumentos foram instalados no Sojourner , Mars , Mars 96 , Mars Exploration Rovers e Philae comet lander , ^[98] bem como no Mars Science Laboratory para analisar a composição e estrutura das rochas na superfície do planeta Marte . ^[99] O APXS também foi usado nas sondas lunares Surveyor 5–7 , mas com uma fonte de ²⁴² Cm. ^{[56] [100] [101]}

Uma configuração APXS elaborada tem uma cabeça de sensor contendo seis fontes de cúrio com uma taxa de decaimento total de várias dezenas de milicuries (aproximadamente um gigabecquerel ). As fontes são colimadas em uma amostra, e os espectros de energia das partículas alfa e prótons espalhados da amostra são analisados ​​(a análise de prótons é feita apenas em alguns espectrômetros). Esses espectros contêm informações quantitativas sobre todos os principais elementos da amostra, exceto hidrogênio, hélio e lítio. ^[102]

Devido à sua radioatividade, o cúrio e seus compostos devem ser manuseados em laboratórios apropriados sob arranjos especiais. Enquanto o cúrio em si emite principalmente partículas α que são absorvidas por finas camadas de materiais comuns, alguns de seus produtos de decomposição emitem frações significativas de raios beta e gama, que requerem uma proteção mais elaborada. ^[54] Se consumido, o cúrio é excretado em poucos dias e apenas 0,05% é absorvido no sangue. De lá, ~45% vão para o fígado , 45% para os ossos e os 10% restantes são excretados. No osso, o cúrio se acumula no interior das interfaces com a medula óssea e não se redistribui significativamente com o tempo; sua radiação destrói a medula óssea e, portanto, interrompe a criação de glóbulos vermelhos . A meia-vida biológica do cúrio é de cerca de 20 anos no fígado e 50 anos nos ossos. ^{[54] [56]} O cúrio é absorvido pelo corpo muito mais fortemente por inalação, e a dose total permitida de ²⁴⁴ Cm na forma solúvel é de 0,3 μ Ci . ^[15] A injeção intravenosa de soluções contendo ²⁴² Cm e ²⁴⁴ Cm em ratos aumentou a incidência de tumor ósseo , e a inalação promoveu câncer de pulmão e fígado . ^[54]

Isótopos de cúrio estão inevitavelmente presentes no combustível nuclear usado (cerca de 20 g/tonelada). ^[103] Os isótopos ²⁴⁵ Cm– ²⁴⁸ Cm têm tempos de decaimento de milhares de anos e devem ser removidos para neutralizar o combustível para descarte. ^[104] Tal procedimento envolve várias etapas, onde o cúrio é primeiro separado e então convertido por bombardeio de nêutrons em reatores especiais em nuclídeos de curta duração. Este procedimento, transmutação nuclear , embora bem documentado para outros elementos, ainda está sendo desenvolvido para o cúrio. ^[26]

• Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Química dos Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
• Holleman, Arnold F. e Wiberg, Nils Lehrbuch der Anorganischen Chemie , 102ª edição, de Gruyter, Berlim 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 . 
• Penneman, RA e Keenan TK A radioquímica do amerício e do cúrio, Universidade da Califórnia, Los Alamos, Califórnia, 1960

• Cúrio na Tabela Periódica de Vídeos (Universidade de Nottingham)
• Banco de dados de substâncias perigosas do NLM – Cúrio, radioativo