What is Кюрий?
Кюрий (symbol Cm) is element 96 on the periodic table, a актиноид in period 7. Named for the Curies, and the isotope that has analysed the soil of Mars. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место кюрий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 173 pm — that is 0.173 nm, so about 2890 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Кюрий is liquid over a 1782 K window, from 1618 K to 3400 K.
История
Named for the Curies, and the isotope that has analysed the soil of Mars.
Гленн Т. Сиборг, Ральф А. Джеймс и Альберт Гиорсо открыли кюрий в Калифорнийском университете в Беркли летом 1944 года. Это открытие произошло всего через несколько месяцев после открытия ими америция и стало частью исключительно плодотворного периода исследований трансурановых элементов.
Бомбардировка альфа-частицами: Учёные получили кюрий, бомбардируя плутоний-239 альфа-частицами (ядрами гелия-4) в 60-дюймовом циклотроне Беркли. Это высокоэнергетическое столкновение образовало кюрий-242, который они обнаружили по характерной картине его альфа-распада.
Химическая идентификация: Самой сложной задачей было химически отделить и идентифицировать элемент 96 от плутониевой мишени и других продуктов реакции. Инновационные химические методы Сиборга доказали, что этот новый элемент обладает свойствами, соответствующими шестому члену ряда актиноидов.
Подтверждение теории актиноидов: Открытие кюрия предоставило важные доказательства революционной теории актиноидов Сиборга, согласно которой элементы 89–103 образуют отдельный ряд, аналогичный лантаноидам. Это понимание изменило представления обо всей периодической таблице.
Развитие ядерной физики: Открытие показало, что учёные могут систематически создавать новые элементы, более тяжёлые, чем уран, открыв путь всему направлению исследований сверхтяжёлых элементов.
Мария и Пьер Кюри: Первооткрыватели назвали элемент 96 «кюрием» в честь Марии и Пьера Кюри — выдающихся исследователей, открывших радий и полоний и заложивших основы ядерной химии. Это был первый элемент, названный в честь учёных, а не географических мест или мифологических персонажей.
Особенно уместная дань уважения: Этот выбор был особенно уместен, поскольку работы Кюри с радиоактивными элементами непосредственно сделали возможным открытие кюрия и всех последующих трансурановых элементов.
Секретные исследования: Как и другие ядерные открытия военного времени, существование кюрия сохранялось в тайне до окончания Второй мировой войны. Об открытии публично объявили в 1945 году вместе с америцием и другими трансурановыми элементами.
Контекст Манхэттенского проекта: Хотя кюрий не имел непосредственного военного применения, его открытие углубило фундаментальное понимание ядерных реакций и химии тяжёлых элементов, поддержавшее более широкую программу создания ядерного оружия.
Признание: Открытие Гленном Сиборгом кюрия и других трансурановых элементов принесло ему Нобелевскую премию по химии в 1951 году, которой он поделился с Эдвином Макмилланом. Их работа заложила современное понимание сверхтяжёлых элементов.
Научное наследие: Методы, разработанные при открытии кюрия, стали основой синтеза всех последующих трансурановых элементов, сделав это открытие краеугольным достижением ядерной химии.
Применение
Радиоизотопные энергетические системы: Кюрий-244 исследуется как потенциальное топливо для радиоизотопных термоэлектрических генераторов (RTG) в космических миссиях. Его высокая плотность мощности и тепловыделение делают его привлекательным для питания дальних космических зондов и планетных посадочных аппаратов там, где солнечная энергия недоступна.
Применение в миссиях на Марс: В будущих миссиях на Марс могут использоваться системы на основе кюрия для длительной работы, обеспечивая надёжное питание марсоходов, жилых модулей и научных приборов в марсианскую зиму и во время пылевых бурь, способных блокировать солнечные панели.
Изучение тяжёлых элементов: Изотопы кюрия служат промежуточными материалами для создания ещё более тяжёлых трансурановых элементов. Облучая мишени из кюрия различными частицами, учёные могут синтезировать сверхтяжёлые элементы и изучать пределы ядерной устойчивости.
Исследование альфа-распада: Интенсивное альфа-излучение кюрия делает его ценным материалом для изучения процессов альфа-распада, эффектов ядерных оболочек и фундаментальных свойств тяжёлых ядер. Эти исследования помогают предсказывать свойства ещё не открытых сверхтяжёлых элементов.
Источники альфа-частиц: Кюрий-244 обеспечивает интенсивные и стабильные источники альфа-частиц для калибровки оборудования для обнаружения излучения и изучения взаимодействия альфа-частиц с различными материалами в исследовательских лабораториях.
Получение нейтронов: В сочетании с бериллием кюрий создаёт мощные источники нейтронов, используемые в нейтронно-активационном анализе, помогая учёным определять состав материалов в геологии, археологии и криминалистике.
Химия актиноидов: Кюрий служит моделью для понимания химического поведения самых тяжёлых актиноидных элементов, предоставляя важные сведения для обращения с ядерными отходами и синтеза новых сверхтяжёлых элементов.
Исследование ядерных отходов: Исследования с кюрием помогают учёным понять поведение долгоживущих актиноидов в хранилищах ядерных отходов, способствуя разработке более безопасных решений для их долгосрочного хранения.
Компактные источники энергии: Высокая плотность мощности кюрия изучается для разработки сверхкомпактных источников энергии для микроспутников, дальних космических зондов и оборудования дистанционного зондирования, где размеры и масса имеют критическое значение.
Термоэлектрические исследования: Учёные изучают термоэлектрические устройства на основе кюрия, которые могли бы обеспечивать работу без обслуживания в течение десятилетий в удалённых местах, например на арктических исследовательских станциях или в подводных системах мониторинга.
Только для исследовательских лабораторий: Кюрий не имеет коммерческого или потребительского применения из-за чрезвычайной радиоактивности, редкости и высокой стоимости. Любое его применение ограничено специализированными ядерными исследовательскими объектами с наиболее строгими протоколами безопасности.
Эталоны источников альфа-излучения: Небольшие количества кюрия-244 служат эталонами в ядерных лабораториях для калибровки оборудования обнаружения альфа-частиц и изучения воздействия излучения на материалы.
Исследования ядерной химии: Химики-исследователи используют кюрий для изучения фундаментальных свойств актиноидных элементов, способствуя развитию представлений о химии тяжёлых элементов и ядерной физике.
Материал мишени: Кюрий используется как материал мишени в ускорителях частиц для создания сверхтяжёлых элементов с атомным номером более 100. Эти эксперименты расширяют границы ядерной физики и позволяют искать теоретический «остров стабильности».
Нейтронно-активационный анализ: Нейтронные источники из кюрия и бериллия используются в специализированных аналитических методах для определения элементного состава образцов без их разрушения, хотя это применение крайне ограничено из-за проблем безопасности.
Исследовательские приборы: Источники кюрия помогают калибровать и испытывать оборудование для обнаружения излучения на ядерных объектах, обеспечивая точные измерения радиоактивности в различных исследовательских задачах.
Важное примечание: Кюрий не имеет практического коммерческого применения и используется только в узкоспециализированных исследовательских условиях. Его чрезвычайная радиоактивность и редкость делают его одним из самых ограниченно доступных материалов на Земле.
Откуда он берётся
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
В природе не встречается: Кюрий не существует в природных условиях на Земле. Хотя он мог присутствовать в ничтожных количествах на ранних этапах формирования Солнечной системы, относительно короткий период полураспада (период полураспада наиболее долгоживущего изотопа, Cm-247, составляет 15.6 миллиона лет) означает, что весь первичный кюрий исчез миллиарды лет назад.
Трансмутация америция: Кюрий главным образом получают облучением америция-241 нейтронами в специализированных ядерных реакторах. Этот процесс требует тщательно контролируемых условий и даёт лишь ничтожные количества кюрия.
Многостадийный процесс: Создание кюрия включает несколько стадий захвата нейтронов и распада, начиная с более лёгких актиноидов. Процесс крайне неэффективен: значительная часть исходного материала расходуется в конкурирующих ядерных реакциях.
Методы с использованием ускорителей частиц: Исследовательские центры могут получать кюрий, облучая мишени из плутония или америция альфа-частицами либо другими тяжёлыми ионами в циклотронах и линейных ускорителях.
Множество изотопов: Различные методы получения дают разные изотопы кюрия. Cm-244 (период полураспада 18.1 года) получают чаще всего, тогда как Cm-242 (период полураспада 163 дня) синтезировать проще, но он менее полезен из-за короткого времени жизни.
Миллиграммовые количества: Мировое производство кюрия измеряется миллиграммами в год, что делает его одним из самых редких материалов, производимых человечеством. Лишь несколько специализированных объектов могут производить и обрабатывать кюрий.
Высокая стоимость и сложность: Чрезвычайная стоимость и техническая сложность производства кюрия ограничивают его доступность только наиболее важными исследовательскими задачами. Производственные затраты могут превышать миллионы долларов за грамм.
Переработка ядерных отходов: Хотя кюрий присутствует в следовых количествах в ядерных отходах, его извлечение чрезвычайно сложно и дорого. Сложный процесс химического разделения часто уничтожает больше кюрия, чем удаётся извлечь.
Обращение
Кюрий радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
Интенсивный источник альфа-излучения: Кюрий — один из наиболее радиоактивных известных элементов, испускающий мощные альфа-частицы с чрезвычайной интенсивностью. Кюрий-244 производит в 3,000 раз больше альфа-излучения на грамм, чем радий, что делает его чрезвычайно опасным.
Самонагревание: Кюрий выделяет значительное количество тепла в результате радиоактивного распада — настолько большое, что образцы могут раскаляться докрасна в темноте. Такое интенсивное тепловыделение создаёт дополнительные трудности для изоляции и обращения.
Тепловые опасности: Тепло, выделяемое кюрием, может вызвать ожоги, пожары и повреждение оборудования. Для безопасного хранения даже ничтожных количеств необходимы специальные термостойкие системы изоляции.
Смертельное внутреннее облучение: Даже микроскопические количества кюрия, попавшие в организм при вдыхании или проглатывании, могут вызвать тяжёлую лучевую болезнь, рак и смерть. Интенсивное альфа-излучение разрушает клеточную ДНК и вызывает быстрое повреждение тканей.
Накопление в костях: Как и другие актиноиды, кюрий при попадании в организм склонен накапливаться в костной ткани, вызывая длительное облучение и повышая риск рака костей и лейкемии.
Только специализированные объекты: Обращаться с кюрием можно только на наиболее передовых ядерных объектах, оснащённых несколькими барьерами изоляции, оборудованием для дистанционного обращения и постоянно контролируемыми системами отрицательного давления.
Допущенный персонал: С кюрием должны работать только высококвалифицированные специалисты-ядерщики, прошедшие extensive обучение радиационной безопасности и соответствующий медицинский контроль, и только при абсолютной необходимости для критически важных исследований.
Авария с загрязнением: Любое подозрение на воздействие кюрия или загрязнение требует немедленной эвакуации, экстренной медицинской помощи специалистов по радиации и, возможно, длительного медицинского наблюдения и лечения.
Отсутствие доступа для гражданских лиц: Кюрий никогда не встречается в потребительских товарах или гражданских применениях. Любая встреча с ним за пределами разрешённых ядерных объектов означала бы серьёзный инцидент безопасности, требующий немедленного профессионального реагирования.
Краткие ответы
Кюрий (symbol Cm) is element 96 on the periodic table, a актиноид in period 7. Named for the Curies, and the isotope that has analysed the soil of Mars. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 5f⁷ 6d¹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2 electrons respectively.Кюрий melts at 1618 K (1344.9 °C) and boils at 3400 K (3126.9 °C).
Кюрий has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 247, is the mass number of its longest-lived known isotope.
Кюрий has a density of 13.51 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of кюрий is about 13.5× heavier.
Кюрий has a Pauling electronegativity of 1.28. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Кюрий was discovered in 1944 by Seaborg, James & Ghiorso. It is named after marie and Pierre Curie.
Кюрий does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Кюрий has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.