Кюрий в честь чего назван
Кюрий
Кю́рий / Curium (Cm), 96
Кюрий (лат. Curium (Cm) ) — 96-й элемент таблицы Менделеева, синтезированный трансурановый элемент.
Содержание
История
После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов. В этой работе участвовали Г. Сиборг, А. Гиорсо, Л. О. Морган и Р. А. Джеймс. На протяжении довольно длительного периода, синтезировать и идентифицировать элементы № 95 и № 96 не удавалось потому, что предполагалось, что они будут иметь сходство с плутонием и довольно легко окисляться до шестивалентного состояния. Но в 1944 году, когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в особую группу называемую актиноидами, открытие состоялось. Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке 239 Pu α-частицами.
Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред». Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента.
Кюрий был выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида, полученного исходя из гидроксида америция, который подвергли облучению нейтронами.
Происхождение названия
Получение
Определенные изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путем последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени происходит накопление атомов кюрия. После накопления кюрия в достаточных количествах, его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают оксид кюрия.
Кюрий — металл крайне дорогой. В настоящий момент используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются:
Это связано с тем, что спрос на кюрий в основных его областях использования многократно превышает предложение. Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолетов с ядерными двигателями и др.
Применение
Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 и период полураспада 162 дня) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см³), а 1 грамм металлического кюрия выделяет около 120 Вт.
Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий — практически чистый альфа-излучатель. Интегрированная энергия альфа-распада одного грамма кюрия за год составляет приблизительно 480 кВт·ч!
Самым долгоживущим изотопом кюрия является кюрий-247 (около 16 млн лет).
Кюрий элемент. Свойства, добыча, применение и цена кюрия
Родом из Чикаго. В Металлургической лаборатории этого города в 1944-ом году впервые синтезировали кюрий.
Названный в честь Марии Кюри металл не встречается в природе. Нет его и в Солнечной системе, зато, присутствуют свидетельства былого наличия.
Это продукт распада 247-го изотопа кюрия. Значит, он играл роль при формировании Солнечной системы. Отдадим металлу должное, подробно изучив его свойства и методы добычи.
Свойства кюрия
Элемент кюрий относится к сверхтяжелым радиоактивным металлам. По свойствам это типичный актиноид.
В группу входят 14 веществ с порядковыми номерами от 90 до 103. Номер кюрия – 96.
То есть, число электронов на 5f-уровне достигает 7-ми при наличии 14-ти мест. Комбинация устойчива, что и делает металл типичным актиноидом.
Их плотность превышает 13 граммов на кубический сантиметр, что во многом обеспечивает высокую массу металла.
Состав ядра кюрия, как и у других веществ, — это набор атомов. В их центре – протоны, на внешних орбитах – электроны.
Обычно, заполняется последний уровень атома. Но, 5f – не последняя орбита кюрия. Заполнение срединной прослойки вместо внешней – еще одна особенность актиноидов.
С 1944-го года открыты две формы валентности. Типична 3-валентная, полученная изначально. В 1961-ом году обнаружена еще и 4-валентная.
Однако, даже в их присутствии, 4-валентная форма 96-го элемента существует лишь около часа, восстанавливаясь до 3-валентной.
Известных нуклидов кюрия 14. Первым получили 242-ой. Номер указывает на массу. Будучи радиоактивными, нуклиды металла излучают тепловую энергию.
Не зря же существуют атомные станции, снабжающие энергией целые страны и города.
За секунду изотопы кюрия успевают выпустить 1,2 умноженные на 10 13 альфа-частиц.
В переводе на тепловую энергию, это 120 ватт. То есть, за год энергия распада грамма кюрия составит 480 киловатт в час.
Для сравнения, аналогичный объем от реакции горения можно получить при сжигании почти 40-ка килограммов бутана. Кислорода потребуется 138 кило.
Чтобы расплавить кюрий, нужна температура в 1340 градусов. Это средний показатель.
Есть металлы, размягчающиеся лишь при 3000 по шкале Цельсия. К этому приближена температура кипения 96-го элемента. Она равна 3260-ти градусам.
Кюрий – химический элемент, меняющий кристаллическую решетку в зависимости от температур.
При комнатных, атомы выстраиваются по гексагональной схеме. Стоит шкале градусника чуть подняться, кристаллическая решетка становится кубической.
Поскольку при нагреве кюрий излучает радиацию, тепло, разогреваются и растворы, с которыми вещество вступает в химическую реакцию.
Это затрудняет изучение свойств металла. Растворы солей кюрия, к примеру, так нагреваются, что вода распадается на кислород и водород.
Излучение при этом столь сильное, что соль светиться в плотной темноте, словно радий.
Добыча кюрия
Теперь, кюрий получают уже с его помощью. То есть, один искусственно синтезированный металл служит для формирования другого металла, не встречающегося в природе.
Рассмотрим выгоды получения кюрия из америция. Если использовать плутоний, придется его 239-ый изотоп преобразовать в 241-ый.
Для этого первый нуклид должен захватить два нейтрона. За счет бета-излучения 241-ый плутоний становится уже 241-ым америцием.
Здесь-то и начинается стандартная для современности схема получения 96-го элемента.
241-ый америций килограммами извлекают из отработанного ядерного топлива. Остается направить на сырье нейтронный поток и получить кюрий. 247-ой изотоп не выйдет. Зато, получается самый востребованный 242-ой.
Чем больше поток нейтронов и меньше время облучения, тем больше продуктивность реакции, то есть, количество получаемого кюрия.
Однако, пока, за год вся мировая промышленность синтезирует лишь граммы сверхтяжелого металла. Таковы ли потребности рынка и в чем они заключаются, расскажем далее.
Применение кюрия
96-ой элемент – практически чистый альфа-излучатель. Блокировать альфа-лучи несложно. Это облегчает работу с веществом.
Энергия, собственно, и является «товаром» кюрия, как и других радиоактивных элементов.
Распад металла происходит самостоятельно. Скорость разрушения строго постоянна.
То есть, нет нужды выстраивать громоздкие установки, дабы использовать энергию кюрия.
От громоздкости уберегает не только высокая энергоемкость, но и плотность вещества.
Даже будучи в оксиде, один грамм кюрия занимает лишь 10-ю часть кубического сантиметра.
Значит, в потребители записываются те, кому нужны маловесные и компактные источники энергии. Такие требуются, к примеру, в космической отрасли.
Кюрий подходит для снабжения энергией станций, как автоматического плана, так и с людьми на борту.
Проблема состоит в продолжительности стабильной работы корабля. Период полураспада оксида 96-го металла больше, чем у его 242-ой модификации, но, все равно, мал – всего 162 дня.
Получается, снабжение энергией будет длиться несколько месяцев. Этого достаточно не для всех исследований.
В остальном, промышленники и ученые предпочитают более долгоиграющих «конкурентов» кюрия, к примеру, тот же америций.
У 96-го элемента есть и долгоиграющие изотопы. 244-ый, к примеру, распадается 37 лет.
Однако, энергия такого распада меньше, составляет менее 3-ех ватт на грамм. Зато, работа с 244-ым нуклидом безопаснее.
Если надеть перчатки и зайти в герметичный бокс, его даже можно подержать в руках.
К тому же, изотоп с 18-летним периодом полураспада научились получать килограммами, а не граммами.
Так что, ученые прогнозируют замену в промышленности 242-го нуклида 244-ым. В США уже ведутся соответствующие наработки.
Генераторы электрического тока на кюрии для питания бортовой аппаратуры, кстати, тоже разработка американцев.
Они же создали технику для глубоководных аппаратов. В Соединенных Штатах приборы, так же, впервые применили, в частности, на станции «Сервейор».
То есть, свой покупатель у элемента, точнее, его оксида, имеется. Сколько же приходиться выложить за нужный источник питания?
Цена кюрия
На кюрий цена составляет десятки тысяч долларов за грамм. Пока, спрос превышает предложение.
Если перейти на выработку 244-го изотопа, стоимость кюрия снизится. Процесс уже запущен все теми же американскими промышленниками.
Поэтому, наша страна – еще один игрок, делающий сверхтяжелый металл не сверхдорогим.
Кюрий
Кюрий (лат. Curium (Cm) ) — 96-й элемент таблицы Менделеева, синтезированный трансурановый элемент.
Содержание
История
После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов. В этой работе участвовали Г. Сиборг, А. Гиорсо, Л. О. Морган и Р. А. Джеймс. На протяжении довольно длительного периода синтезировать и идентифицировать элементы № 95 и № 96 не удавалось потому, что предполагалось, что они будут иметь сходство с плутонием и довольно легко окисляться до шестивалентного состояния. Но в 1944 году, когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в особую группу, называемую актиноидами, открытие состоялось. Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке 239 Puα-частицами.
Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред». Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента.
Кюрий был выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида, полученного из гидроксида америция, подвергнутого облучению нейтронами.
Происхождение названия
Назван в честь Пьера и Марии Кюри.
Получение
Определённые изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путём последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени происходит накопление атомов кюрия. После накопления кюрия в достаточных количествах его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают оксид кюрия.
Кюрий — металл крайне дорогой. В настоящий момент используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются:
Это связано с тем, что спрос на кюрий в основных его областях использования многократно превышает предложение. Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолетов с ядерными двигателями и др.
Согласно отчету комиссии РАН под руководством академика В. А. Тартаковского от 23 апреля 2010 г., на исследовательских реакторах ГНЦ НИИАР (г. Димитровград) создана уникальная технология производства кюрия-244.
Изотопы и их применение
Кюрий-242 в виде окиси (плотность около 11,75 и период полураспада 162 дня) применяется для производства компактных и чрезвычайно мощных радиоизотопных источников энергии (энерговыделение около 1169 Вт/см³), а 1 грамм металлического кюрия выделяет около 120 Вт. Особенностью и удобством, а также причиной безопасности источников тепла на основе кюрия является тот факт, что кюрий — практически чистый альфа-излучатель. Интегрированная энергия альфа-распада одного грамма кюрия за год составляет приблизительно 480 кВт·ч.
Другой важной областью применения кюрия является производство нейтронных источников высокой мощности для «поджигания» (запуска) специальных атомных реакторов. В последние годы очень важное место не только в умах инженеров, но и в производстве занимает другой, более тяжелый изотоп кюрия — Кюрий-244 (период полураспада 18,1 года) и он также альфа-излучатель (энерговыделение около 2,83 Вт/грамм). Однако Кюрий-244 также обладает достаточно большой вероятностью испускания спонтанных нейтронов (1,4*10 −6 нейтронов/Бк), внося существенный вклад в нейтронный радиационный фон от отработавшего ядерного топлива некоторых реакторов. Кюрий-245 (период полураспада 8500 лет) очень перспективен для создания компактных атомных реакторов с сверхвысоким энерговыделением, и изыскиваются способы рентабельного производства этого изотопа.
Самым долгоживущим изотопом кюрия является Кюрий-247 (около 16 млн лет).
Почему 118-й химический элемент назвали в честь российского учёного
Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердил названияновых четырёх элементов таблицы Менделеева: 113-го, 115-го, 117-го и 118-го. Последний назван в честь российского физика, академика Юрия Оганесяна. Учёные попадали «в клеточку» и раньше: Менделеев, Эйнштейн, Бор, Резерфорд, чета Кюри… Но лишь второй раз в истории это произошло при жизни учёного. Прецедент случился в 1997 году, когда такой чести удостоился Гленн Сиборг. Юрию Оганесяну давно прочат Нобелевскую премию. Но, согласитесь, получить собственную клеточку в таблице Менделеева куда круче.
Первыми это сделали в 1940 году американские учёные Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан.
В 1964 году новый химический элемент с атомным номером 104 впервые синтезировали в СССР, в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ), который находится в подмосковной Дубне. Позднее этот элемент получил имя «резерфордий». Руководил проектом один из основателей института Георгий Флёров. Его имя тоже вписано в таблицу: флеровий, 114.
Юрий Оганесян был учеником Флёрова и одним из тех, кто синтезировал резерфордий, потом дубний и более тяжёлые элементы. Благодаря успехам советских учёных Россия вырвалась в лидеры трансурановой гонки и сохраняет этот статус до сих пор.
Научный коллектив, работа которого привела к открытию, направляет своё предложение в IUPAC. Комиссия рассматривает аргументы «за» и «против», исходя из следующих правил: «…вновь открытые элементы могут быть названы: (а) по имени мифологического персонажа или понятия (включая астрономический объект), (б) по названию минерала или аналогичного вещества, (в) по названию населённого пункта или географической области, (г) в соответствии со свойствами элемента или (д) по имени учёного».
Названия четырём новым элементам присваивали долго, почти год. Дата объявления решения несколько раз отодвигалась. Напряжение нарастало. Наконец 28 ноября 2016 года, по истечении пятимесячного срока для приёма предложений и возражений общественности, комиссия не нашла причин отвергнуть нихоний, московий, теннессин и оганесон и утвердила их.
В 1960-х годах Георгий Флёров предположил, что оно не обязано неукоснительно соблюдаться по мере углубления в таблицу. Но как это доказать? Поиск так называемых островов стабильности более 40 лет был одной из важнейших задач физики. В 2006 году коллектив учёных под руководством Юрия Оганесяна подтвердил их существование. Научный мир вздохнул с облегчением: значит, смысл искать всё более тяжёлые ядра есть.
Юрий Цолакович, что же всё-таки представляют собой острова стабильности, о которых много говорят в последнее время?
Как были открыты острова стабильности?
Почему для вас так важен именно кальций-48, именно этот изотоп?
Почему, в принципе, была уверенность, что существуют острова стабильности?
Один из самых волнующих вопросов: есть ли предел разнообразию химических элементов? Или их бесконечно много?
Юрий Оганесян: Капельная модель предсказывала, что их не более ста. С её точки зрения есть предел существования новых элементов. Сегодня их открыто 118. Сколько ещё может быть. Надо понять отличительные свойства «островных» ядер, чтобы делать прогноз для более тяжёлых. С точки зрения микроскопической теории, которая учитывает структуру ядра, мир наш не кончается за сотым элементом уходом в море нестабильности. Когда мы говорим о пределе существования атомных ядер, мы должны обязательно это учесть.
Есть ли достижение, которое вы считаете главным в жизни?
Юрий Оганесян: Я занимаюсь тем, что мне на самом деле интересно. Иногда увлекаюсь очень сильно. Иногда получается что-то, и я радуюсь, что получилось. Это жизнь. Это не эпизод. Я не принадлежу к категории людей, которые мечтали быть научными работниками в детстве, в школе, нет. Но просто у меня как-то хорошо получалось с математикой и физикой, и поэтому я пошёл в тот вуз, где надо было сдавать эти экзамены. Ну, сдал. И вообще, я считаю, что в жизни мы все очень сильно подвержены случайностям. Правда, ведь? Очень многие шаги в жизни мы делаем совершенно случайным образом. А потом, когда ты становишься взрослым, тебе задают вопрос: «Почему ты это сделал?». Ну, сделал и сделал. Это моё обычное занятие наукой.
«Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента»
Андрей Георгиевич, как предсказывают свойства новых элементов?
Что мы можем сказать о свойствах 118-го?
Андрей Попеко: Он живёт 0,07 секунды и испускает альфа-частицы с энергией 11,7 МэВ. Это измерено. В дальнейшем можно сравнивать экспериментальные данные с теоретическими и поправлять модель.
На одной из лекций вы говорили, что таблица, возможно, заканчивается на 174-м элементе. Почему?
Могут ли такие ядра существовать?
Андрей Попеко: Это указание на то, что он есть. На графиках это хорошо видно.
Тогда что же такое сам остров стабильности?
Андрей Попеко: Некоторая область, в которой находятся ядра изотопов, бладающие более долгим по сравнению с соседями временем жизни.
Эту область ещё предстоит найти?
Андрей Попеко: Пока только самый краешек зацепили.
Что вы будете искать на фабрике сверхтяжёлых элементов?
Планируются эксперименты с новыми материалами для мишеней?
К сожалению, научных областей, где Россия занимает ведущие позиции, не так много. Как нам удаётся побеждать в борьбе за трансураны?
В ОИЯИ выбрали другой метод?
Для этого нужна определённая честность.
Андрей Попеко: Ну да. А как по-другому? В науке, наверное, вот так.
Андрей Попеко: Мне нравится. Я всю жизнь этим занимаюсь, 48 лет.
Андрей Попеко: Мы генерируем новые знания, и они не пропадут. Если мы можем изучать химию отдельных атомов, значит, обладаем аналитическими методами высочайшей чувствительности, которые заведомо пригодны для изучения веществ, загрязняющих окружающую среду. Для производства редчайших изотопов в радиомедицине. А кто поймёт физику элементарных частиц? Кто поймёт, что такое бозон Хиггса?
Да. Похожая история.
Андрей Попеко: Правда, людей, понимающих, что такое бозон Хиггса, всё же больше, чем разбирающихся в сверхтяжёлых элементах… Эксперименты на Большом адронном коллайдере дают исключительно важные практические результаты. Именно в Европейском центре ядерных исследований появился интернет.
Андрей Попеко: А сверхпроводимость, электроника, детекторы, новые материалы, методы томографии? Всё это побочные эффекты физики высоких энергий. Новые знания никогда не пропадут.
Ниобий, Nb (1801 г.). Изначально назывался колумбием в честь страны, откуда привезли первый образец минерала, содержащего этот элемент. Но потом был открыт тантал, который практически по всем химическим свойствам совпадал с колумбием. В итоге решено было назвать элемент именем Ниобы, дочери греческого царя Тантала.
Палладий, Pd (1802 г.). В честь открытого в том же году астероида Паллада, название которого тоже восходит к мифам Древней Греции.
Кадмий, Cd (1817 г.). Изначально этот элемент добывали из цинковой руды, греческое название которой напрямую связано с героем Кадмом. Сей персонаж прожил яркую и насыщенную жизнь: победил дракона, женился на Гармонии, основал Фивы.
Прометий, Pm (1945 г.). Да, это тот самый Прометей, который отдал огонь людям, после чего имел серьёзные проблемы с божественными властями. И с печенью.
Самарий, Sm (1878 г.). Нет, это не совсем в честь города Самары. Элемент был выделен из минерала самарскита, который предоставил европейским учёным горный инженер из России Василий Самарский-Быховец (1803-1870). Можно считать это первым попаданием нашей страны в таблицу Менделеева (если не брать в расчёт её название, конечно).
Гадолиний, Gd (1880 г. Назван в честь Юхана Гадолина (1760-1852), финского химика и физика, открывшего элемент иттрий.
Тантал, Ta (1802 г.). Греческий царь Тантал обидел богов (есть разные версии, чем именно), за что в подземном царстве его всячески мучили. Примерно так же страдали учёные, пытаясь получить чистый тантал. На это ушло больше ста лет.
Торий, Th (1828 г.). Первооткрывателем был шведский химик Йёнс Берцелиус, который и дал элементу имя в честь сурового скандинавского бога Тора.
Эйнштейний, Es (1952 г.). Тут всё понятно: Эйнштейн, великий учёный. Правда, синтезом новых элементов никогда не занимался.
Фермий, Fm (1952 г). Назван в честь Энрико Ферми (1901-1954), итало-американского учёного, внёсшего большой вклад в развитие физики элементарных частиц, создателя первого ядерного реактора.
Менделевий, Md (1955 г.). Это в честь нашего Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907). Странно только, что автор периодического закона попал в таблицу не сразу.
Резерфордий, Rf (1964 г.). В СССР он назывался курчатовием в честь советского физика Игоря Курчатова. Окончательное название было утверждено ИЮПАК только в 1997 году.
Сиборгий, Sg (1974 г.). Первый и единственный до 2016 года случай, когда химическому элементу присвоили имя здравствующего учёного. Это было исключение из правила, но уж больно велик вклад Гленна Сиборга в синтез новых элементов (примерно десяток клеток в таблице Менделеева).
Рентгений, Rg (1994 г.). В этой клеточке увековечен открыватель знаменитых лучей, первый в истории нобелевский лауреат по физике Вильгельм Рентген (1845-1923). Элемент синтезировали немецкие учёные, правда, в исследовательскую группу входили и представители Дубны, в том числе Андрей Попеко.
Оганесон, Og (2002 г.). Первоначально о синтезе 118-го элемента заявили американцы в 1999 году. И предложили назвать его гиорсий в честь физика Альберта Гиорсо. Но их эксперимент оказался ошибочным. Приоритет открытия признали за учёными из Дубны. Летом 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название оганесон в честь Юрия Оганесяна.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов