Óxido de curio(III)

_El óxido de curio(III) es un compuesto formado por curio y oxígeno con la fórmula química Cm₂O₃ . Es un sólido cristalino con una celda unitaria que contiene dos átomos _de curio y tres átomos de oxígeno. La ecuación de síntesis más simple implica la reacción del metal curio(III) con O²⁻ ^: 2 Cm³⁺ ⁺ 3 O²⁻ ^--- > Cm₂O₃ _. [ ^{1 ] El} trióxido de curio puede existir como cinco formas polimórficas . ^{[ 2 ]} _[ ^{3 ]} Dos de las formas existen a temperaturas extremadamente altas, lo que dificulta los estudios experimentales sobre la formación de sus estructuras. Las otras tres formas posibles que puede adoptar el sesquióxido de curio son la ^forma cúbica centrada en el cuerpo , la forma monoclínica y la forma hexagonal . ^{[ 3 ] [ 4 ]} El óxido de curio(III) es de color blanco o marrón claro y, aunque es insoluble en agua , es soluble en ácidos inorgánicos y minerales . ^{[ 5 ] [ 6 ]} Su síntesis fue reconocida por primera vez en 1955. ^{[ 7 ]}

El sesquióxido de curio se puede preparar de diversas maneras.

• Ignición con O₂ _: El oxalato de curio(III) se precipita a través de un tubo capilar. El precipitado se enciende con oxígeno gaseoso a 400  °C, y el producto resultante se descompone térmicamente a 600  °C y 10⁻⁴ ^mm de presión. ^{[ 8 ]}
• Sesquióxido de curio aerosolizado: El proceso de aerosolización de Cm₂O₃ puede _realizarse mediante diversos procesos experimentales. Típicamente, el Cm₂O₃ _{se aerosoliza} para procedimientos experimentales que buscan descubrir los efectos del curio metálico dentro de un sistema biológico _. ^{[ 6 ] [ 9 ]}

Ruta 1: La reacción de aerosolización tradicional utiliza curio metálico como material de partida. Si bien se ha descubierto que el curio metálico existe naturalmente como una mezcla de 87,4 % de ²⁴⁴ Cm, 8,4 % ^{de 243} Cm, 3,9 % de otros isótopos de curio y ~0,3 % del nucleido hijo , plutonio, en la mayoría de las síntesis aerosolizadas de óxido de curio(III), el curio metálico se purifica mediante extracción con solvente de nitrato de curio y ácido bis (2-etilhexil)fosfórico en tolueno para eliminar el plutonio. ^{[ 6 ]} Luego se agrega NH ₃ OH al nitrato de curio purificado, y el precipitado resultante se recoge y se enjuaga con agua desionizada. El precipitado (Cm ₂ O ₃ ) se resuspende en solvente y se aerosoliza con algún tipo de generador de aerosol de alta potencia (por ejemplo, nebulizador Lovelace ). ^{[ 6 ]}

Ruta 2: En otras aerosolizaciones, en lugar de añadir NH₃OH _al nitrato de curio purificado, se utiliza hidróxido de amonio para ajustar el pH de la solución a 9. El aumento de la basicidad de la solución genera un precipitado de hidróxido de curio. Este precipitado se recoge mediante filtración y se resuspende en agua desionizada; posteriormente, se utiliza un nebulizador para aerosolizar el producto. ^{[ 9 ]}

• Reducción con hidrógeno gaseoso: Una solución de tricloruro de curio se evapora hasta sequedad con ácido nítrico puro para producir nitrato de curio. El nitrato de curio se inflama en el aire, produciendo óxido de curio, que se cree que es una estructura intermedia entre el CmO₂ _y la formación de Cm₂O₃ _{. El intermedio se raspa en tubos capilares conectados a un sistema de} vacío y se reduce con hidrógeno gaseoso, resultado de la combustión de _UH₃ . ^{[ 8 ]}

Las formas cúbica centrada en el cuerpo y monoclínica son las formas polimórficas más comunes del trióxido de curio, producidas por las reacciones químicas detalladas anteriormente. Sus estructuras cristalinas son muy similares. Uno de los polimorfos del trióxido de curio, la forma cúbica centrada en el cuerpo, se transforma espontáneamente en la forma hexagonal después de varias semanas. ^{[ 8 ]} Esta transformación se produce por la desintegración alfa espontánea del ^244Cm , que genera efectos de daño por radiación dentro de la red cristalina cúbica, distorsionándola hasta convertirla en hexagonal. ^{[ 3 ]} Aunque no se ha demostrado experimentalmente, se especula que el trióxido de curio monoclínico podría ser una forma intermedia entre la transformación de la forma cúbica a la hexagonal. La forma cúbica centrada en el cuerpo del trióxido de curio existe por debajo de los 800  °C, la forma monoclínica entre los 800  °C y los 1615  °C, y la forma hexagonal por encima de los 1615  °C. ^{[ 8 ]}

A continuación se muestran los parámetros de red para tres de las estructuras polimórficas del sesquióxido de curio.

Hexagonal:

(*: No se ha especificado ninguna temperatura concreta para obtener las longitudes indicadas en la segunda fila. ^{[ 8 ] [ 10 ]} )

Monoclínico:

(**: Ninguna de estas longitudes contenía incertidumbres dadas. ^{[ 11 ]} )

Cúbico:

Desde el descubrimiento (y aislamiento) del ^248Cm , el isótopo de curio más estable, el trabajo experimental sobre las propiedades termodinámicas del sesquióxido de curio (y otros compuestos de curio) se ha vuelto más frecuente. Sin embargo, el ^248Cm solo se puede obtener en muestras de mg, por lo que la recopilación de datos para compuestos que contienen 248Cm lleva más tiempo que la de compuestos que contienen predominantemente otros isótopos de curio. ^{[ 3 ] La} tabla de datos a continuación refleja una gran variedad de datos recopilados específicamente para el sesquióxido de curio, algunos de los cuales son puramente teóricos, pero la mayoría se han obtenido a partir de compuestos de ^248Cm . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 7 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

(*: Se ha demostrado que diferentes síntesis de trióxido de curio producen compuestos con diferentes puntos de fusión experimentales. El punto de fusión que se muestra en esta tabla de datos es simplemente un promedio de los recopilados de las referencias. ^{[ 13 ] [ 14 ]} )

(**: Característica de la forma monoclínica.)

(***: Diversos experimentos han calculado diferentes estimaciones de la entropía molar estándar del trióxido de curio: Moskin ha reportado una entropía molar estándar de 144,3 J/molK (sin incertidumbre especificada). Westrum y Grønvold han reportado un valor de 160,7 J/molK (sin incertidumbre especificada), y el valor de Konings se reporta como 167 ± 5 J/molK. ^{[ 12 ]} )

El curio metálico es un radionúclido y emite partículas alfa al desintegrarse radiactivamente. ^{[ 12 ]} Aunque tiene una vida media de 34 ms, muchos óxidos de curio, incluido el sesquióxido de curio, tienen vidas medias cercanas a los miles de años. ^{[ 7 ]} El curio, en forma de sesquióxido de curio, puede ser inhalado en el cuerpo, causando muchos defectos biológicos. La LD50 del curio es de 3 micro-Ci por ingestión e inhalación y de 1 micro-Ci por absorción a través de la piel. ^{[ 15 ]} En un experimento, se administraron a ratas partículas aerosolizadas de óxido de curio(III). Aunque el experimento demostró que el 244Cm2O3 ^inhalado _es la mitad de carcinogénico en comparación con el 239PuO2 inhalado , ^las _ratas aún sufrieron muchas deformidades biológicas, como lesiones cutáneas , tumores _malignos y neoplasias pulmonares. ^{[ 9 ]} Una pequeña cantidad de la población de ratas fue capaz de eliminar el sesquióxido de curio particulado de los pulmones, lo que sugiere que el sesquióxido de curio es parcialmente soluble en el líquido pulmonar. ^{[ 9 ]}

El óxido de curio(III) se utiliza ampliamente en reacciones y reactivos de grado industrial. ^{[ 13 ]} Tan recientemente como en 2009, se están considerando óxidos de actínidos, como el sesquióxido de curio, para usos de almacenamiento (en forma de material cerámico de vidrio de alta durabilidad) para el transporte de sustancias objetivo de fisión y transmutación sensibles a la luz y al aire . ^{[ 13 ]}

El sesquióxido de curio reacciona espontáneamente con oxígeno gaseoso a altas temperaturas. ^{[ 10 ]} A temperaturas más bajas, se produce una reacción espontánea durante un período de tiempo. Se ha planteado la hipótesis de que el trióxido de curio reacciona con agua para producir una reacción de hidratación, pero se han realizado pocos experimentos para comprobar esta hipótesis. ^{[ 10 ]} Se ha demostrado que el sesquióxido de curio no reacciona con nitrógeno gaseoso, ni de forma espontánea ni no espontánea. ^{[ 10 ]}

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