Curio

El curio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Cm y su número atómico es 96. Este elemento actínido transuránico recibió su nombre en honor a los eminentes científicos Marie y Pierre Curie , ambos conocidos por sus investigaciones sobre la radiactividad . El curio fue sintetizado intencionalmente por primera vez en 1944 por el equipo de Glenn T. Seaborg , Ralph A. James y Albert Ghiorso , utilizando el ciclotrón de Berkeley . Bombardearon el plutonio (el isótopo ^239Pu ) , un elemento recién descubierto , con partículas alfa . Posteriormente, enviaron esta muestra 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 aproximadamente 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 y a veces +4; la valencia +3 es predominante en disoluciones. El curio se oxida fácilmente, y sus óxidos son la forma dominante de este elemento. Forma complejos fuertemente fluorescentes con diversos compuestos orgánicos. 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 del curio son radiactivos y tienen una masa crítica pequeña para una reacción en cadena nuclear . El isótopo más estable, el ^247Cm , tiene una vida media de 15,6 millones de años; los isótopos de curio de mayor vida emiten predominantemente partículas alfa . Los generadores termoeléctricos de radioisótopos pueden usar el calor de este proceso, pero esto se ve dificultado por la escasez y el alto costo del curio. El curio se usa en la fabricación de actínidos más pesados ​​y el radionúclido ^238Pu para fuentes de energía en marcapasos cardíacos artificiales y generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) para naves espaciales. Sirvió como fuente alfa en los espectrómetros de rayos X de partículas alfa de varias sondas espaciales, incluidos los rovers marcianos Sojourner , Spirit , Opportunity y Curiosity , y el módulo de aterrizaje Philae en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko , para analizar la composición y estructura de la superficie.

El curio 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) . ^{[ 7 ]}

El curio fue identificado químicamente en el Laboratorio Metalúrgico (actualmente Laboratorio Nacional Argonne ) de la Universidad de Chicago . Fue el tercer elemento transuránico descubierto, aunque es el cuarto de la serie; el americio, un elemento más ligero , aún era desconocido. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La muestra se preparó de la siguiente manera: primero se recubrió una lámina de platino de aproximadamente 0,5 cm² ^{con una solución de nitrato} de plutonio ; la solución se evaporó y el residuo se convirtió en óxido de plutonio(IV) (PuO₂ ₎ mediante recocido . Tras la irradiación del óxido con un ciclotrón, el recubrimiento 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 realizó una separación adicional mediante intercambio iónico para obtener un isótopo específico de curio. La separación del curio y el americio fue tan laboriosa que el grupo de Berkeley inicialmente denominó a estos elementos pandemonio (del griego, que significa "todos los demonios " o "infierno ") y delirio (del latín, que significa " locura "). ^{[ 10 ] [ 11 ]}

^{El 242} Cm se produjo en julio-agosto de 1944 bombardeando ²³⁹ Pu con partículas α para producir curio con la liberación de un neutrón : ^{[ 8 ] [ 12 ]}

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

^{El isótopo 242} Cm fue identificado inequívocamente por la energía característica de las partículas α emitidas durante su desintegración:

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

La vida media de esta desintegración alfa se midió inicialmente en 5 meses (150 días) ^{[ 8 ]} y luego se corrigió a 162,8 días. ^{[ 6 ]}

Otro isótopo, ^{el 240} Cm, se produjo en una reacción similar en marzo de 1945:

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

La vida media de desintegración α del ²⁴⁰ Cm se determinó en 26,8 días ^{[ 8 ]} y posteriormente se revisó a 30,4 días. ^{[ 6 ]}

El descubrimiento del curio y el americio en 1944 estuvo estrechamente relacionado con el Proyecto Manhattan , por lo que los resultados fueron confidenciales y se desclasificaron 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 Sociedad Química Estadounidense el 11 de noviembre de 1945, cuando un oyente preguntó si se había descubierto algún nuevo elemento transuránico además del plutonio y el neptunio durante la guerra. ^{[ 10 ]} El descubrimiento del curio ( ²⁴² Cm y ²⁴⁰ Cm), su producción y sus compuestos fueron patentados posteriormente, figurando Seaborg únicamente como inventor. ^{[ 13 ]}

María y Pierre Curie

El elemento recibió su nombre en honor a Marie Curie y su esposo Pierre Curie , conocidos por descubrir el radio y por su trabajo en radiactividad . Siguió el ejemplo del gadolinio , un elemento lantánido que se encuentra por encima del curio en la tabla periódica, que recibió su nombre en honor al explorador de elementos de tierras raras Johan Gadolin : ^{[ 14 ]}

Como nombre para el elemento de número atómico 96, proponemos "curio", con el símbolo Cm. La evidencia indica que el elemento 96 contiene siete electrones 5f y, por lo tanto, es análogo al gadolinio, con sus siete electrones 4f en la serie regular de tierras raras. Sobre esta base, el elemento 96 recibe el nombre de los Curie, de manera análoga a como se nombró al gadolinio, en honor al químico Gadolin. ^{[ 8 ]}

Las primeras muestras de curio eran apenas visibles y se identificaron por su radiactividad. Louis Werner e Isadore Perlman obtuvieron la primera muestra sustancial de 30 μg de hidróxido de curio-242 en la Universidad de California, Berkeley, en 1947, bombardeando americio -241 con neutrones. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} En 1950, WWT Crane, JC Wallmann y BB Cunningham obtuvieron cantidades macroscópicas de fluoruro de curio(III) . Su susceptibilidad magnética era muy similar a la del _GdF3 , lo que proporcionó la primera evidencia experimental de la valencia +3 del curio en sus compuestos. ^{[ 15 ]} El curio metálico se produjo recién en 1950 mediante la reducción de _CmF3 con bario . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

El curio, un elemento sintético radiactivo, es un metal duro y denso de aspecto blanco plateado y propiedades físicas y químicas similares a las del gadolinio . Su punto de fusión de 1344 °C es significativamente superior al de los elementos anteriores neptunio (637 °C), plutonio (639 °C) y americio (1176 °C). En comparación, el gadolinio se funde a 1312 °C. El curio hierve a 3556 °C. Con una densidad de 13,52 g/cm³ ^, el curio es más ligero que el neptunio (20,45 g/cm³ ⁾ y el plutonio (19,8 g/cm³ ⁾ , pero más pesado que la mayoría de los demás metales. De las dos formas cristalinas del curio, el 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 . ^{[ 20 ]} El cristal consiste en un empaquetamiento compacto hexagonal doble con la secuencia de capas ABAC y, por lo tanto, es isotípico con el α-lantano. A presión >23  GPa , a temperatura ambiente, el 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. ^{[ 20 ]} Al comprimir aún más hasta 43 GPa, el curio se convierte en una estructura ortorrómbica γ-Cm similar al α-uranio, sin observarse más transiciones hasta 52 GPa. Estas tres fases de curio también se denominan Cm I, II y III. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

El curio posee propiedades magnéticas peculiares. Su elemento vecino, el americio, no muestra desviación del paramagnetismo de Curie-Weiss en todo el rango de temperaturas, pero el α-Cm se transforma en un estado antiferromagnético al enfriarse a 65–52 K, ^{[ 23 ] [ 24 ]} y el β-Cm exhibe una transición ferrimagnética a ~205 K. Los pnicturos de curio muestran transiciones ferromagnéticas al enfriarse: ²⁴⁴ CmN y ²⁴⁴ CmAs a 109 K, ²⁴⁸ CmP a 73 K y ²⁴⁸ CmSb a 162 K. El análogo lantánido del curio, el gadolinio, y sus pnicturos, 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. ^{[ 25 ]}

De acuerdo con los datos magnéticos, la resistividad eléctrica del curio aumenta con la temperatura (aproximadamente el doble entre 4 y 60 K) y luego es casi constante hasta la temperatura ambiente. Hay un aumento significativo de la resistividad con el tiempo (~10 μΩ·cm/h ) debido al daño propio 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 a la de los actínidos plutonio y neptunio, pero significativamente mayor que la del americio, el uranio, el polonio y el torio . ^{[ 5 ]}

Bajo iluminación ultravioleta, los iones curio(III) muestran una fluorescencia amarillo-anaranjada intensa y estable con un máximo en el rango de 590–640 nm, dependiendo de su entorno. ^{[ 26 ]} La fluorescencia se origina a partir de las transiciones desde el primer estado excitado ⁶ D _7/2 y el estado fundamental ⁸ S _7/2 . El análisis de esta fluorescencia permite monitorizar las interacciones entre los iones Cm(III) en complejos orgánicos e inorgánicos. ^{[ 27 ]}

El ion curio en solución casi siempre tiene un estado de oxidación +3 , el estado de oxidación más estable para el curio. ^{[ 28 ]} Un estado de oxidación +4 se observa principalmente en algunas fases sólidas, como CmO ₂ y CmF ₄ . ^{[ 29 ] [ 30 ]} 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. ^{[ 31 ]} El comportamiento químico del curio es diferente al de los actínidos torio y uranio, y es similar al del americio y muchos lantánidos . En solución acuosa, el ion Cm ³⁺ es incoloro a verde pálido; ^{[ 32 ]} el ion Cm ⁴⁺ es amarillo pálido. ^{[ 33 ]} La absorción óptica del ion Cm ³⁺ contiene tres picos agudos a 375,4, 381,2 y 396,5 nm y su intensidad se puede convertir directamente en la concentración de los iones. ^{[ 34 ]} El estado de oxidación +6 solo se ha reportado una vez en solución en 1978, como el ion curilo ( CmO²⁺ ₂): esto se preparó a partir de la desintegración beta del americio-242 en el ion americio(V)²⁴²AmO⁺ ₂. ^{[ 3 ]} 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 ⁴⁺ /Cm ³⁺ y a la inestabilidad de Cm(V). ^{[ 31 ]}

Los iones curio son ácidos de Lewis duros y, por lo tanto, forman complejos más estables con bases duras. ^{[ 35 ]} El enlace es principalmente iónico, con un pequeño componente covalente. ^{[ 36 ]} El curio en sus complejos suele presentar un entorno de coordinación de nueve miembros, con una geometría molecular prismática trigonal tricapsulada . ^{[ 37 ]}

Se conocen aproximadamente 19 radioisótopos y 7 isómeros nucleares , ^{del 233} Cm al ²⁵¹ Cm; ninguno es estable . Las vidas medias más largas son 15,6 millones de años ( ²⁴⁷ Cm) y 348.000 años ( ²⁴⁸ Cm). Otros de larga vida son ^{el 250} Cm (~8300 años), ^{el 245} Cm (8250 años) y ^{el 246} Cm (4706 años). El curio-250 es inusual: se desintegra principalmente por fisión espontánea (único modo observado). ^{[ 6 ]} Los isótopos más comunes son ^{el 242} Cm y ^{el 244} Cm con vidas medias de 162,8 días y 18,11 años, respectivamente.

Todos los isótopos que van desde ²⁴² Cm hasta ²⁴⁸ Cm, así como ^{250 Cm, experimentan una} reacción en cadena nuclear 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 ²⁴³ Cm, ²⁴⁵ Cm y ²⁴⁷ 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 par no son fisionables en un reactor térmico y se acumulan a medida que aumenta el grado de quemado. ^{[ 41 ]} El combustible de óxido mixto (MOX), que se utilizará en reactores de potencia, debe contener poco o ningún curio porque la activación neutrónica de ²⁴⁸ Cm 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. ^{[ 42 ]}

La tabla adjunta muestra las masas críticas de los isótopos de curio para una esfera, sin moderador ni reflector. Con un reflector metálico (30 cm de acero), las masas críticas de los isótopos impares son de aproximadamente 3–4 kg. Al usar agua (con un espesor de ~20–30 cm) como reflector, la masa crítica puede ser tan pequeña como 59 gramos para el ²⁴⁵ Cm, ​​155 gramos para ^{el 243} Cm y 1550 gramos para ^{el 247} Cm. Existe una incertidumbre significativa en estos valores de masa crítica. Si bien suele ser del orden del 20 %, algunos grupos de investigación han reportado valores tan altos para ^{el 242} Cm y el ²⁴⁶ Cm como 371 kg y 70,1 kg, respectivamente. ^{[ 41 ] [ 44 ]}

El curio no se utiliza actualmente como combustible nuclear debido a su baja disponibilidad y alto precio. ^{[ 45 ] El 245} Cm y el ²⁴⁷ Cm tienen una masa crítica muy pequeña y, por lo tanto, podrían utilizarse en armas nucleares tácticas , pero no se tiene constancia de que se haya fabricado ninguna. El curio-243 no es adecuado para tales fines, debido a su corta vida media y fuerte emisión α, que causaría un calor excesivo. ^{[ 46 ]} El curio-247 sería muy adecuado debido a su larga vida media, que es 647 veces mayor que la del plutonio-239 (utilizado en muchas armas nucleares existentes ).

El isótopo de mayor duración, ^{el 247} Cm, tiene una vida media de 15,6 millones de años; por lo tanto, cualquier curio primordial , es decir, presente en la Tierra cuando se formó, debería haberse desintegrado ya. Su presencia pasada como radionúclido extinto es detectable como un exceso de su hijo primordial de larga duración, ^{el 235} U. ^{[ 47 ]} Es posible que se encuentren trazas de ²⁴² Cm de forma natural en los minerales de uranio debido a la captura de neutrones y la desintegración beta ( ²³⁸ U → ²³⁹ Pu → ²⁴⁰ Pu → ²⁴¹ Am → ²⁴² Cm), aunque las cantidades serían minúsculas y esto no se ha confirmado: incluso con estimaciones "extremadamente generosas" para las posibilidades de absorción de neutrones, la cantidad de ²⁴² Cm presente en 1 × 10 ⁸  kg de pechblenda de uranio al 18 % no sería ni siquiera un átomo. ^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]} Es probable que trazas de ²⁴⁷ Cm también lleguen a la Tierra en rayos cósmicos , pero esto tampoco se ha confirmado. ^{[ 48 ]} También existe la posibilidad de que ^{el 244} Cm se produzca como el producto de la desintegración beta doble del ²⁴⁴ Pu natural . ^{[ 48 ] [ 51 ]}

El curio se produce artificialmente en pequeñas cantidades con fines de investigación. También se encuentra como uno de los productos de desecho en el combustible nuclear gastado . ^{[ 52 ] [ 53 ]} El curio está presente en la naturaleza en algunas áreas utilizadas para pruebas de armas nucleares . ^{[ 54 ]} 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, atolón Enewetak ), además de einstenio , fermio , plutonio y americio , también reveló isótopos de berkelio, californio y curio, en particular ²⁴⁵ Cm, ^​​246 Cm y cantidades menores de ²⁴⁷ Cm, ²⁴⁸ Cm y ²⁴⁹ Cm. ^{[ 55 ]}

Los compuestos de curio atmosféricos son poco solubles en disolventes comunes y se adhieren principalmente a las partículas del suelo. El análisis del suelo reveló una concentración de curio aproximadamente 4000 veces mayor en las partículas de suelo arenoso que en el agua presente en los poros del suelo. En suelos francos se midió una proporción aún mayor, de aproximadamente 18 000. ^{[ 56 ]}

Los elementos transuránicos hasta el fermio , incluido el curio, deberían haber estado presentes en el reactor de fisión nuclear natural de Oklo , pero cualquier cantidad producida entonces se habría desintegrado hace mucho tiempo. ^{[ 57 ]}

El curio se produce en pequeñas cantidades en reactores nucleares , y hasta ahora solo se han acumulado kilogramos de ²⁴² Cm y ^{244 Cm, y gramos o incluso miligramos para isótopos más pesados. De ahí el alto precio del curio, que se ha cotizado entre 160 y 185} USD por miligramo, ^{[ 15 ]} con una estimación más reciente de US$2,000/g para ²⁴² Cm y US$170/g para ²⁴⁴ Cm. ^{[ 58 ]} En los reactores nucleares, el curio se forma a partir de ²³⁸ U en una serie de reacciones nucleares. En la primera cadena, ²³⁸ U captura un neutrón y se convierte en ²³⁹ U, que a través de la desintegración β ⁻ se transforma en ²³⁹ Np y ²³⁹ Pu.

La posterior captura de neutrones seguida de la desintegración β ⁻ produce americio ( ²⁴¹ Am) que posteriormente se convierte en ²⁴² Cm:

Para fines de investigación, el curio se obtiene irradiando no uranio, sino plutonio, que se encuentra disponible en grandes cantidades a partir de combustible nuclear gastado. Se utiliza un flujo de neutrones mucho mayor para la irradiación, lo que da como resultado una cadena de reacciones diferente y la formación de ^244Cm : ^{[ 9 ]}

El curio-244 alfa se desintegra en ²⁴⁰ Pu, pero también absorbe neutrones, por lo que produce una pequeña cantidad de isótopos de curio más pesados. De estos, ^{el 247} Cm y ^{el 248} Cm son populares en la investigación científica debido a sus largas vidas medias. Sin embargo, la tasa de producción de ²⁴⁷ Cm en reactores de neutrones térmicos es baja porque es propenso a la fisión debido a los neutrones térmicos. ^{[ 59 ]} La síntesis de ²⁵⁰ Cm por captura de neutrones es improbable debido a la corta vida media del intermedio ²⁴⁹ Cm (64 min), que se desintegra β ⁻ en el isótopo de berkelio ²⁴⁹ Bk. ^{[ 59 ]}

La cascada de reacciones (n,γ) mencionada anteriormente produce una mezcla de diferentes isótopos de curio. Su separación posterior a la síntesis es compleja, por lo que se busca una síntesis selectiva. El curio-248 es el preferido para fines de investigación debido a su larga vida media. La forma más eficiente de preparar este isótopo es mediante la desintegración alfa del isótopo de californio ^252Cf , que se encuentra disponible en cantidades relativamente grandes debido a su larga vida media (2,65 años). De esta manera, se producen entre 35 y 50 mg de ^248Cm por año. La reacción asociada produce ^248Cm con una pureza isotópica del 97%. ^{[ 59 ]}

Otro isótopo, ^{el 245} Cm, ​​se puede obtener para investigación a partir de la desintegración α del ²⁴⁹ Cf; este último isótopo se produce en pequeñas cantidades a partir de la desintegración β ⁻ del ²⁴⁹ Bk .

La mayoría de las rutinas de síntesis producen una mezcla de isótopos de actínidos como óxidos , de los cuales se debe separar un isótopo específico de curio. Un procedimiento de ejemplo podría ser disolver combustible gastado de reactor (por ejemplo, combustible MOX ) en ácido nítrico y eliminar la mayor parte del uranio y plutonio mediante una extracción tipo PUREX ( extracción de plutonio - uranio ) con fosfato de tributilo en un hidrocarburo. Los lantánidos y los actínidos restantes se separan del residuo acuoso ( refinado ) mediante una extracción basada en diamida para obtener, después de la desorción, una mezcla de actínidos y lantánidos trivalentes. Luego, se extrae selectivamente un compuesto de curio mediante técnicas cromatográficas y de centrifugación de múltiples pasos con un reactivo apropiado. ^{[ 60 ]} Recientemente se ha propuesto el complejo de bis -triazinil bipiridina como tal reactivo, que es altamente selectivo para el curio. ^{[ 61 ]} La separación del curio del americio, químicamente muy similar, también puede realizarse tratando una suspensión de sus hidróxidos en bicarbonato de sodio acuoso con ozono a temperatura elevada. Tanto el americio como el curio están presentes en las soluciones principalmente en estado de valencia +3; el americio se oxida a complejos solubles de Am(IV), pero el curio permanece inalterado y, por lo tanto, puede aislarse mediante centrifugación repetida. ^{[ 62 ]}

El curio metálico se obtiene por reducción de sus compuestos. Inicialmente, se utilizó fluoruro de curio(III) para este fin. La reacción se llevó a cabo en un ambiente libre de agua y oxígeno, en un aparato de tantalio y tungsteno , utilizando bario o litio elemental como agentes reductores. ^{[ 9 ] [ 18 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}

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

Otra posibilidad es la reducción del óxido de curio(IV) utilizando una aleación de magnesio-zinc en una mezcla fundida de cloruro de magnesio y fluoruro de magnesio . ^{[ 66 ]}

El curio reacciona fácilmente con el oxígeno formando principalmente ^{óxidos de Cm₂O₃ y CmO₂, [54} _{] pero} también se conoce ^el _óxido ^divalente CmO. ^{[ 67 ]} _{El CmO₂} negro se puede obtener quemando oxalato de curio ( Cm₂(DO₂O₄)₃), nitrato ( Cm(NO₃)₃), o hidróxido en oxígeno puro. ^{[ 30 ] [ 68 ]} Al calentarse a 600–650 °C en vacío (aproximadamente 0,01  Pa ), se transforma en el Cm ₂ O ₃ blanquecino : ^{[ 30 ] [ 69 ]}

4CmO ₂ → 2Cm ₂ O ₃ + O ₂ .

O bien, el Cm2O3 se _puede obtener reduciendo el ^CmO2 _con hidrógeno molecular : ^[ ₇₀ ^]

2CmO ₂ + H ₂ → Cm ₂ O ₃ + H ₂ O

Además, se conocen varios óxidos ternarios del tipo M(II)CmO ₃ , donde M representa un metal divalente, como el bario. ^{[ 71 ]}

Se ha informado que la oxidación térmica de cantidades traza de hidruro de curio (CmH _{2–3 ) produce una forma volátil de CmO 2} y el trióxido volátil CmO ₃ , uno de los dos ejemplos conocidos del estado +6, muy raro, para el curio. ^{[ 3 ]} 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 +8 extremadamente raro; ^{[ 72 ]} pero nuevos experimentos parecen indicar que el CmO ₄ no existe y han puesto en duda también la existencia del PuO _4. ^{[ 73 ]}

El fluoruro de curio(III) incoloro (CmF₃ ₎ se puede obtener añadiendo iones fluoruro a soluciones que contienen curio(III). Por otro lado, el fluoruro de curio(IV) tetravalente marrón (CmF₄ ₎ solo se obtiene haciendo reaccionar fluoruro de curio(III) con flúor molecular : ^{[ 9 ]}

2 CmF ₃ + F ₂ → 2 CmF ₄

Se conoce una serie de fluoruros ternarios de la forma A ₇ Cm ₆ F ₃₁ (A = metal alcalino ). ^{[ 74 ]}

El cloruro de curio(III) incoloro (CmCl₃ ₎ se obtiene mediante la reacción de hidróxido de curio (Cm(OH) _₃ ) con gas cloruro de hidrógeno anhidro . Posteriormente, puede transformarse en otros haluros como el bromuro de curio(III) (de incoloro a verde claro) y el yoduro de curio(III) (incoloro), haciéndolo reaccionar con la sal de amoníaco del haluro correspondiente a temperaturas de ~400–450 °C: ^{[ 75 ]}

CmCl₃ + _{3 NH₄I} → _CmI₃ + 3 _NH₄Cl

O bien, se puede calentar el óxido de curio a ~600 °C con el ácido correspondiente (como el ácido bromhídrico para el bromuro de curio). ^{[ 76 ] [ 77 ]} La hidrólisis en fase gaseosa del cloruro de curio(III) produce oxicloruro de curio: ^{[ 78 ]}

CmCl₃ + H₂O _→ CmOCl + 2 _HCl

Los sulfuros, seleniuros y telururos de curio se han obtenido tratando curio con azufre , selenio o telurio gaseosos en vacío a temperatura elevada. ^{[ 79 ] [ 80 ]} Se conocen pnicturos de curio del tipo CmX para nitrógeno , fósforo , arsénico y antimonio . ^{[ 9 ]} Se pueden preparar haciendo reaccionar hidruro de curio(III) (CmH ₃ ) o curio metálico con estos elementos a temperatura elevada. ^{[ 81 ]}

También se conocen complejos organometálicos análogos al uranoceno para otros actínidos, como el torio, el protactinio, el neptunio, el plutonio y el americio. La teoría de orbitales moleculares predice un complejo estable de "curoceno" (η ⁸ -C ₈ H ₈ ) ₂ Cm, pero aún no se ha reportado experimentalmente. ^{[ 82 ] [ 83 ]}

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 iones nC ₃ H ₇ -BTP y Cm ³⁺ se ha 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. ^{[ 26 ] [ 84 ] Los iones Cm 3+} disueltos se unen con muchos compuestos orgánicos, como el ácido hidroxámico , ^{[ 85 ]} la urea , ^{[ 86 ]} la fluoresceína ^{[ 87 ]} y el trifosfato de adenosina . ^{[ 88 ]} Muchos de estos compuestos están relacionados con la actividad biológica de varios microorganismos . Los complejos resultantes muestran una fuerte emisión amarillo-anaranjada bajo excitación con luz UV, lo cual es conveniente no solo para su detección, sino también para estudiar las interacciones entre el ion Cm³⁺ ^y los ligandos a través de cambios en la vida media (del orden de ~0,1 ms) y el espectro de fluorescencia. ^{[ 27 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]}

Hay algunos informes sobre la biosorción de Cm ³⁺ por bacterias y arqueas , ^{[ 89 ] [ 90 ]} y en el laboratorio se encontró que tanto el americio como el curio apoyaban el crecimiento de metilotrofos . ^{[ 91 ]}

El curio es uno de los elementos aislables más radiactivos. Sus dos isótopos más comunes, ²⁴² Cm y ²⁴⁴ Cm, son fuertes emisores alfa (energía de 6 MeV); tienen vidas medias bastante cortas, 162,8 días y 18,1 años, y producen hasta 120 W/g y 3 W/g de calor, respectivamente. ^{[ 15 ] [ 92 ] [ 93 ]} Por lo tanto, el curio puede usarse en su forma de óxido común en generadores termoeléctricos de radioisótopos como los de las naves espaciales. Esta aplicación se ha estudiado para el isótopo ^{244 Cm, mientras que el 242} Cm se descartó debido a su precio prohibitivo, alrededor de 2000 USD/g. ^{El 243} Cm con una vida media de ~30 años y un buen rendimiento energético de ~1,6 W/g podría ser un combustible adecuado, pero produce cantidades significativas de rayos gamma y beta dañinos provenientes de productos de desintegración radiactiva. Como emisor alfa, el ^244Cm requiere mucha menos protección contra la radiación, pero tiene una alta tasa de fisión espontánea y, por lo tanto, mucha radiación de neutrones y gamma. En comparación con un isótopo generador termoeléctrico competidor como el ^238Pu , el ^244Cm emite 500 veces más neutrones, y su mayor emisión gamma requiere un blindaje 20 veces más grueso: 51 mm (2 pulgadas) de plomo para una fuente de 1 kW, en comparación con 2,5 mm (0,1 pulgadas) para el ^238Pu . Por lo tanto, este uso del curio se considera actualmente poco práctico. ^{[ 58 ]}

Un uso más prometedor del ²⁴² Cm es para la producción de ²³⁸ Pu, un mejor radioisótopo para generadores termoeléctricos como los de los marcapasos cardíacos. Las rutas alternativas para obtener ²³⁸ Pu utilizan la reacción (n,γ) del ²³⁷ Np o el bombardeo de uranio con deuterones , aunque ambas reacciones siempre producen ²³⁶ Pu como subproducto no deseado, ya que este último se desintegra en ²³² U con una fuerte emisión gamma. ^{[ 94 ]} El curio es un material de partida común para la producción de elementos transuránicos superiores y superpesados . Así, el bombardeo de ²⁴⁸ Cm con neón ( ²² Ne ), magnesio ( ²⁶ Mg ) o calcio ( ⁴⁸ Ca ) produce isótopos de seaborgio ( ²⁶⁵ Sg ), hassio ( ²⁶⁹ Hs y ²⁷⁰ Hs ) y livermorio ( ²⁹² Lv , ²⁹³ Lv y posiblemente ²⁹⁴ Lv ). ^{[ 95 ]} El californio fue descubierto cuando un objetivo de tamaño microgramo de curio-242 fue irradiado con partículas alfa de 35 MeV utilizando el ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) en Berkeley:

²⁴² ₉₆Cm +⁴ ₂Él →²⁴⁵ ₉₈Cf +¹ ₀norte

En este experimento solo se produjeron unos 5.000 átomos de californio. ^{[ 96 ]}

Los isótopos de curio de masa impar ^243Cm , ^245Cm y ^247Cm 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 .

La aplicación más práctica del ²⁴⁴ 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 los vehículos exploradores Sojourner , Mars , Mars 96 y Mars Exploration Rovers , así como en el módulo de aterrizaje del cometa Philae , ^{[ 97 ]} y en el Laboratorio Científico de Marte para analizar la composición y estructura de las rocas en la superficie del planeta Marte . ^{[ 98 ]} El APXS también se utilizó en las sondas lunares Surveyor 5-7 , pero con una fuente ^{de 242} Cm. ^{[ 56 ] [ 99 ] [ 100 ]}

Un elaborado sistema APXS cuenta con un cabezal sensor que contiene seis fuentes de curio con una tasa de desintegración total de varias decenas de milicurios (aproximadamente un gigabecquerel ). Las fuentes se coliman sobre una muestra y se analizan los espectros de energía de las partículas alfa y los protones dispersados ​​por la muestra (el análisis de protones solo se realiza en algunos espectrómetros). Estos espectros contienen información cuantitativa sobre todos los elementos principales de la muestra, excepto el hidrógeno, el helio y el litio. ^{[ 101 ]}

Debido a su radiactividad, el curio y sus compuestos deben manipularse en laboratorios adecuados bajo medidas especiales. Si bien el curio emite principalmente partículas α que son absorbidas por capas delgadas de materiales comunes, algunos de sus productos de desintegración emiten fracciones significativas de rayos beta y gamma, que requieren una protección más elaborada. ^{[ 54 ]} Si se ingiere, el curio se excreta en pocos días y solo el 0,05 % se absorbe en la sangre. Desde allí, aproximadamente el 45 % va al hígado , el 45 % a los huesos y el 10 % restante se excreta. En el hueso, el curio se acumula en el interior de las interfaces con la médula ósea y no se redistribuye significativamente con el tiempo; su radiación destruye la médula ósea y, por lo tanto, detiene la producción de glóbulos rojos . La vida media biológica del curio es de aproximadamente 20 años en el hígado y 50 años en los huesos. ^{[ 54 ] [ 56 ]} El curio se absorbe en el cuerpo mucho más fuertemente por inhalación, y la dosis total permitida de ²⁴⁴ Cm en forma soluble es de 0,3 μ Ci . ^{[ 15 ]} La inyección intravenosa de soluciones que contienen ²⁴² Cm y ²⁴⁴ Cm a ratas aumentó la incidencia de tumores óseos , y la inhalación promovió el cáncer de pulmón y de hígado . ^{[ 54 ]}

Los isótopos de curio están inevitablemente presentes en el combustible nuclear gastado (aproximadamente 20 g/tonelada). ^{[ 102 ]} Los isótopos ²⁴⁵ Cm– ²⁴⁸ Cm tienen tiempos de desintegración de miles de años y deben eliminarse para neutralizar el combustible para su eliminación. ^{[ 103 ]} Este procedimiento implica varias etapas, donde el curio primero se separa y luego se convierte mediante bombardeo de neutrones en reactores especiales en nucleidos de vida corta. Este procedimiento, la transmutación nuclear , si bien está bien documentado para otros elementos, aún se está desarrollando para el curio. ^{[ 26 ]}

• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
• Holleman, Arnold F. y Wiberg, Nils Lehrbuch der Anorganischen Chemie , 102 edición, de Gruyter, Berlín 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
• Penneman, RA y Keenan TK La radioquímica del americio y el curio , Universidad de California, Los Alamos, California, 1960

• Curio en la Tabla Periódica de Vídeos (Universidad de Nottingham)
• Banco de datos de sustancias peligrosas de la NLM – Curio, radiactivo