Curium

Bài này viết về một nguyên tố hóa học là Curium (có ký hiệu là Cm), không nên nhầm lẫn với (cm) đơn vị đo độ dài.

Curium là một nguyên tố hóa học nằm trong bảng tuần hoàn, có tên Latinh là Curium, ký hiệu nguyên tử Cm, thuộc nhóm actini, nằm ở vị trí 96. Là một nguyên tố có tính phóng xạ mạnh, nó không tồn tại trong tự nhiên mà được tổng hợp từ lò phản ứng hạt nhân bằng cách bắn phá hạt nhân plutoni bằng hạt nhân heli. Trong các hợp chất hóa học thì nguyên tố này có số oxy hóa phổ biến là +3. Curium được nhóm của Glenn Theodore Seaborg phát hiện vào năm 1944 và đặt tên để vinh danh nhà hóa học, vật lý học người Ba Lan là Marie Curie và chồng bà là Pière Curie. Curium có tổng cộng 14 đồng vị trong tự nhiên, trong đó đồng vị ổn định nhất là Cm²⁴⁷ có chu kì bán rã là 15.600.000 năm.

Curium,  96Cm
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Curium, Cm
Phiên âm	/ˈkjʊəriəm/ KEWR-ee-əm
Hình dạng	trắng bạc
Curium trong bảng tuần hoàn
Gd ↑ Cm ↓ (Uqo) Americi ← Curium → Berkeli
Số nguyên tử (Z)	96
Khối lượng nguyên tử chuẩn (Ar)	(247)
Phân loại	họ actini
Nhóm, phân lớp	f
Chu kỳ	Chu kỳ 7
Cấu hình electron	[Rn] 5f7 6d1 7s2
mỗi lớp	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Tính chất vật lý
Trạng thái vật chất	rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1613 K ​(1340 °C, ​2444 °F)
Nhiệt độ sôi	3383 K ​(3110 °C, ​5630 °F)
Mật độ	13.51 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Nhiệt lượng nóng chảy	15 kJ·mol−1 ?
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1788 1982
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	8, 6, 4, 3, 2 ​(oxide lưỡng tính)
Độ âm điện	1,3 (Thang Pauling)
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 174 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	169±3 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​6 phương bó chặt Cấu trúc tinh thể 6 phương bó chặt của Curium
Điện trở suất	1,25 µΩ·m
Tính chất từ	chuyển tiếp nghịch sắt từ-thuận từ tại 52 K
Số đăng ký CAS	7440-51-9
Lịch sử
Đặt tên	theo tên Marie Skłodowska-Curie và Pierre Curie
Phát hiện	Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Albert Ghiorso (1944)
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Curium
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 242Cm dv 160 ngày SF – – α 6,1 238Pu 243Cm dv 29,1 năm α 6,169 239Pu ε 0,009 243Am SF – – 244Cm dv 18,1 năm SF – – α 5,8048 240Pu 245Cm dv 8500 năm SF – – α 5,623 241Pu 246Cm dv 4730 năm α 5,475 242Pu SF – – 247Cm dv 1,56×107 năm α 5,353 243Pu 248Cm dv 3,40×105 năm α 5,162 244Pu SF – – 250Cm th 9000 năm SF – – α 5,169 246Pu β− 0,037 250Bk

Tính chất

Các tính chất của curium tương đối giống với các nguyên tố trong nhóm nguyên tố siêu urani.

Tính chất vật lý

Curium

Curium là kim loại có độ cứng cao, khó gia công, khó rèn, có độ giòn cao, bề ngoài có màu trắng bạc, ánh kim loại, dễ bị mờ xỉn khi tiếp xúc ngoài không khí.

Curium có nguyên tử khối là 247,0703 đơn vị cacbon. Trong hạt nhân nguyên tử gồm có 96 proton và 151 neutron, cấu hình electron có dạng [Rn]5f⁷6d¹7s², khối lượng riêng của curium tinh khiết là 13,51 gam/cm³. Nóng chảy ở 1.345 ⁰C.

Là một nguyên tố phóng xạ, curium là một nguồn phát tia alpha (α) mạnh mẽ. Nó được sử dụng trong các máy phát nhiệt đồng vị phóng xạ vì sự tỏa nhiệt mạnh mẽ giải phóng ra các tia alpha trong quá trình phân rã phóng xạ làm nóng nước, biến đổi nhiệt năng thành cơ năng để từ đó sinh ra dòng điện, ngoài ra nó còn được sử dụng để sản xuất đồng vị của plutoni (cụ thể là Pu²³⁸), curium còn dược sử dụng như là một nguồn tia alpha trong quang phổ kế tia X đặt trên tàu thăm dò vũ trụ để phân tích thành phần hóa học của các loại đá và sử dụng trong các phòng thí nghiệm bức xạ.

Tính chất hóa học

Curium rất dễ bị oxy hóa trong không khí và trở nên xám lại. Trạng thái oxide của curium thường gặp là curium(III) oxide (Cm₂O₃) và hiếm gặp như curium(IV) oxide (CmO₂) và curium(II) oxide (CmO).

Nếu để curium dạng bột ngoài không khí thì nó có thể tự bắt lửa và tạo thành Cm₂O₃ (màu đen). Các muối curium thường được sử dụng trong y học là curium(III) oxalat [Cm₂(C₂O₄)₃] và curium(III) nitrat [Cm(NO₃)₃].

Curium(IV) oxide là một oxide không bền, dễ dàng bị phân hủy ở nhiệt độ cao và trong môi trường chân không (khoảng 600⁰C và 0,01 Pa) và tạo ra sản phẩm là khí oxy và curium(III) oxide:

4CmO₂ ---> 2Cm₂O₃ + O₂

Hoặc dùng một dòng khí hydro vừa đủ chiếm lấy nguyên tử O₂ trong curium(IV) oxide và tạo ra curium(III) oxide:

2CmO₂ + H₂ ---> Cm₂O₃ + H₂O

Trong hợp chất với halide, thì kim loại này dễ dàng phản ứng với fluor nhất và tạo ra muối là CmF₃ (curium trifluoride) bằng cách trộn hỗn hợp kim loại này với khí fluor. Ngoài ra còn có hợp chất của kim loại này với fluor ở số oxy hóa cao hơn như curium(IV) tetrafluoride (CmF₄) được tạo thành bằng cách trộn CmF₃ với phân tử khí fluor. Hợp chất với fluor của curium đều ở dạng muối khan không màu.

2CmF₃ + F₂ ---> 2CmF₄

Muối curium chloride (CmCl₃) có màu trắng, được tạo thành do phản ứng của curium(III) hydroxide Cm(OH)₃ với khí hydro chloride. Phương pháp này có thể được sử dụng để tổng hợp các halide khác của kim loại này, curium(III) bromide (màu xanh lá cây), curium(III) iodide (không màu). Đối với curium chloride thì muối này dễ dàng phản ứng với amoni và halide.

CmCl₃ + 3NH₄I ---> CmI₃ + 3NH₄Cl

Ngoài ra curium còn có thể phản ứng với các phi kim khác như lưu huỳnh, selen v.v. nhưng phải ở nhiệt độ cao và trong môi trường chân không.

Lịch sử

Chân dung Glenn Seaborg (chụp 1964)

Curium được Glenn Theodore Seaborg và hai trợ lý của ông là Ralph A. James, Albert Ghiorso phát hiện vào mùa hè năm 1944. Trong thí nghiệm của mình họ đã sử dụng một máy gia tốc hạt (cyclotron) năng lượng cao dài 60 inch đặt tại đại học California (Berkeley, Hoa Kỳ). Bằng cách bắn phá hạt alpha vào đồng vị 239 của plutoni sinh ra ²⁴²Cm:

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

Những tính chất hóa học của nguyên tố này được nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Argonne (tại Đại học Chicago).

Sau hai nguyên tố neptuni (Np) và plutoni (Pu) thì curium là nguyên tố nhân tạo đứng thứ 3 sau urani. Việc tổng hợp thành công curium diễn ra trước khi nguyên tử lượng của nguyên tố americi (Am, nguyên tố thứ 99) được ghi vào bảng tuần hoàn. Để tạo ra curium, Glenn T. Seaborg đã phải sử dụng đến oxide của một số nguyên tố. Lần đầu tiên, dung dịch plutoni nitrat [Pu(NO₃)₃] (với đồng vị Pu²³⁹) trải trên một tấm platin (bạch kim) mỏng khoảng 0,5 cm². Hỗn hợp plutoni nitrat sau đó được cho bốc hơi để lại plutoni oxide (PuO₂). Dùng máy gia tốc hạt bắn phá, sau đó cho hòa tan sản phẩm trong dung dịch acid nitric, tiếp theo là cô đặc và cho hòa tan vào nước amonia thu được một kết tủa hydroxide. Sản phẩm sau đó được hòa tan trong acid percloric (HClO₄). Việc tách lọc nhằm làm tinh khiết thêm được thực hiện bằng phương pháp trao đổi ion. Trong thí nghiệm của mình, Glenn Seaborg đã tách được 2 đồng vị của curium là Cm²⁴² và Cm²⁴⁰.