Киријум

Киријум је током 1944. године открио Глен Т. Сиборг са својим сарадницима Ралф А. Џејмсом и Албертом Гиорсом. Они су у серији експеримената користили су 60-инчни циклотрон на Универзитету Калифорније у Берклију. Након нептунијума и плутонијума, био је то трећи трануранијски елемент откривен након 1940. године. Његова синтеза десила се много пре него што је синтетизиран елемент који се у периодном систему налази једно мјесто пре киријума, америцијум.^[5][6]

За добијање новог елемента кориштени су претежно оксиди полазних елемената. У том процесу, најпре се раствор плутонијум-нитрата (и то изотопа ²³⁹Pu) наносио на фолију начињену од платине, површине око 0,5 cm². Након тога раствор је испаравао а остатак се жарио до настанка оксида (PuO₂). Након бомбардовања узорка у циклотрону, он се растварао са азотном киселином те поновно помоћу концентрованог воденог раствора амонијум хидроксида да би се исталожио у виду хидроксида. Остатак се растварао у перхлорној киселини. Даљњи ток одвајања следио је помоћу јонских измењивача. У низу експеримената настајала су два различита изотопа: ²⁴²Cm и ²⁴⁰Cm.

Први изотоп ²⁴²Cm добијен је у јулу/аугусту 1944. након бомбардирања узорка ²³⁹Pu алфа-честицама. При томе је у такозваној (α,n)-реакцији настајао жељени изотоп и један неутрон:

${\displaystyle \mathrm {^{239\!\,}_{\ 94}Pu\ +\ _{2}^{4}He\ \longrightarrow \ _{\ 96}^{242}Cm\ +\ _{0}^{1}n} }$

Несумњива идентификација новог елемента извршена је на основу карактеристичних нивоа енергије емитованих алфа-честица при распаду. Време полураспада тих алфа-распада првобитно је процењено на око 150 дана (162,8 дана^[7] по актуелним подацима).

${\displaystyle \mathrm {^{242}_{\ 96}Cm\ \longrightarrow \ _{\ 94}^{238}Pu\ +\ _{2}^{4}He} }$

Други, краткоживећи изотоп ²⁴⁰Cm, који је такође настао бомбардовањем плутонијума ²³⁹Pu алфа-честицама, откривен је тек касније у марту 1945. године:

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

Време полураспада овог изотопа најпре је процењено на 26,7 дана (док је према актуелним подацима измерено 27 дана^[7]).

Због Другог светског рата који је тада трајао, откриће новог елемента није одмах објављено. За постојање овог елемента јавност је сазнала на необичан начин: у америчкој радио емисији Квиз Кидс, 11. новембра 1945. један од млађих слушалаца упитао је чувеног Глена Сиборга који је том приликом био гост, да ли је током Другог светског рата у склопу истраживања нуклеарног оружја откривен неки нови елемент. Сиборг је потврдно одговорио на питање и тиме је истовремено открио и постојање елемента са следећим најмањим атомским бројем, америцијума.^[8] Ова објава десила се пре званичног извештаја поднесеног на симпозију Америчког хемијског друштва.

Откриће киријума (изотопа ²⁴²Cm и ²⁴⁰Cm), његово добијање и једињења касније су патентирани под називом Елемент 96 и њихове композиције, при чему се као проналазач појављује само Глен Т. Сиборг.^[9] Име киријум изабрано је аналогно имену елемента гадолинијума, металу ретких земаља, који се у периодном систему елемената налази тачно изнад киријума. Одабиром имена указана је част брачном пару Пјер и Марија Кири, чији је научни рад био кључна прекретница у истраживању радиоактивности. Тиме је настављен тренд давања имена гадолинијума, који је такође добио име по познатом истраживачу ретких земаља, Јохану Гадолину.^[5]

Прве мерљиве количине овог елемента сачинили су Луис Б. Вернер и Исадор Перлман 1947. у облику хидроксида. Радило се о 40 μg изотопа ²⁴²Cm који је настао бомбардовањем изотопа америцијума ²⁴¹Am.^[10] У елементарном облику добијен је тек 1951. реакцијом редукције киријум(III) флуорида са баријумом.^[11][12]

У периодном систему, киријум са атомским бројем 96 налази се у групи актиноида, његов претходник је америцијум, а наредни елемент је берклијум. Његов аналог у групи лантаноида је гадолинијум.

Физичке

Киријум је вештачки, радиоактивни метал. Доста је тврд, а по изгледу је сребрнасто-бео слично као и гадолинијум, његов аналог међу лантаноидима. И под другим физичким и хемијским особинама, киријум му доста наликује. Његова тачка топљења износи 1340 °C што је знатно више него код претходних трансуранијских елемената: нептунијума (637 °C^[13]), плутонијума (639 °C) и америцијума (1173 °C). У поређењу с претходним, гадолинијум се топи при 1312 °C. Тачка кључања киријум износи 3110 °C.

При стандардним условима температуре и притиска киријум постоји само у облику α-Cm алотропске модификације. Кристализује се у хексагоналном кристалном систему у просторној групи P6₃/mmc са параметрима решетке a = 365 pm и c = 1182 pm као и четири формулске јединице по елементарној ћелији.^[14] Кристална структура састоји се из двоструког хексагоналног, кугластог густог паковања где се слојеви ређају по редоследу ABAC па је према томе изотип структуре лантана α-La.

При притиску изнад 23 GPa, α-Cm прелази у β-Cm. Бета модификација се кристализује у кубичном кристалном систему у просторној групи Fm${\displaystyle \scriptstyle {\overline {\mathbb {3} }}}$ m са параметром решетке a = 493 pm,^[14] што одговара кубној површинско-центрираној решетки (fcc) односно кубној густо пакованој кугластој решетки са редоследом ABC.

Флуоресценција побуђених Cm(III) јона адекватно је дуговечна, да би се искористила за ласерску спектроскопију флуоресценцијом.^[15] Дуго трајање флуоресценције вероватно је узроковано великом енергетском празнином између основног стања ⁸S_7/2 и првог побуђеног стања ⁶D_7/2. То омогућава циљану детекцију једињења киријума, јер након одређеног времена краткотрајни процеси флуоресценције других металних јона и органских супстанци почињу бледити.^[16]

Хемијске

Најстабилније оксидационо стање киријума је +3. У неким једињењима понекад се може јавити и у оксидационом стању +4.^[17][18] У хемијском смислу доста је сличан америцијуму и многим лантаноидима. У разблаженим воденим растворима, јон Cm³⁺ је безбојан а јон Cm⁴⁺ светло жут.^[19] У јаче концентрованим растворима, и јон Cm³⁺ је такође светло жут.^[6][20][21]

Јони киријума спадају у јаке Луисове киселине, због чега најстабилније комплексе гради са јаким базама.^[22] При томе грађење комплекса садржи врло низак удео ковалентне везе и углавном се заснива на Јонској вези. У својим особинама комплексирања, киријум се разликује од раније откривених актиноида попут торијума и уранијума, а и по томе веома наликује на лантаноиде.^[23]

Изотопи

Киријум нема нити један стабилан изотоп већ су му сви радиоактивни. До данас је познато двадесет изотопа и седам нуклеарних изомера овог елемента између ²³³Cm и ²⁵²Cm.^[7] Најдуже време полураспада имају ²⁴⁷Cm које износи 15,6 милиона година, те ²⁴⁸Cm са 348 хиљада година. Осим њих, изотопи са нешто дужим временима полураспада су ²⁴⁵Cm (8.500 година), ²⁵⁰Cm (8.300 година) и ²⁴⁶Cm (4.760 година). При томе је изотоп ²⁵⁰Cm донекле посебан јер се његов радиоактивни распад претежно (око 86%) састоји из спонтаног распада. Изотопи киријума који се технички најчешће користе су ²⁴²Cm са временом полураспада од 162,8 дана и ²⁴⁴Cm са 18,1 година.

Попречни пресеци за индукован распад путем термичких неутрона износе:^[24] за ²⁴²Cm око 5 b, ²⁴³Cm 620 b, ²⁴⁴Cm 1,1 b, ²⁴⁵Cm 2100 b, ²⁴⁶Cm 0,16 b, ²⁴⁷Cm 82 b и за ²⁴⁸Cm 0,36 b. Ово одговара правилу, према којем се већина трансуранијских нуклида са непарним бројем неутрона „термички лако цепа”.

Киријум на Викимедијиној остави.

• Curium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• NLM Hazardous Substances Databank – Curium, Radioactive