Els empèdocles moderns – Albert Ghiorso (1944) i l’element 96 (Cm) – curi (nilennihexi, Neh)

La majoria de les etimologies dels elements químics ens condueixen a referents europeus, cosa normal si atenem que és en Europa on sorgeix, a final del segle XVIII, la noció actual d’element químic. I si en els segles XVII i XVIII els alquimistes, com els astròlegs, empraven una simbologia perfectament bescanviable entre els grans espais culturals, ja vam veure com John Dalton i, encara més marcadament, Jons Jakob Berzelius des de les primeres dècades del segle XIX utilitzaren una o dues lletres llatines per simbolitzar cada element químic. A la Xina, naturalment, hom empra actualment aquests símbols, però al seu costat els alumnes de batxillerat aprenen també els caràcters corresponents en hanzi. Alguns d’aquests caràcters són ben antics, com és el cas dels cinc metalls: or (金), argent (銀), coure (銅), ferro (鐵) i estany (錫). Els quatre darrers metalls tenen trets comuns, mentre l’or és el metall per antonomàsia. També el plom (鉛) té la marca de metall, que és absent en el cas del mercuri (汞). Hi ha tres elements no-metàl•lics, el carbó (碳), el bor (硼) i el sofre (硫) que han rebut el signe corresponent als materials on foren identificats. D’altres elements, van rebre símbols d’acord amb algunes característiques, que sovint també es troben a l’arrel de l’etimologia llatina: el platí és blanc (鉑), el brom fa pudor (溴), l’oxigen nodreix (氧), l’hidrogen és lleuger (氫), el clor és verd (氯), el nitrogen és el dissolvent atmosfèric (氮) i el fòsfor llueix (磷). En la majoria de casos hi ha una adaptació fonètica a partir del nom llatí o del símbol químic: el liti és li (鋰), el sodi és nà (鈉), l’antimoni és ti (銻), l’urani és yòu (鈾). En aquests casos, hom utilitza la marca comuna de símbol química seguida d’un caràcter de valor sil•làbic. Nosaltres arribem així al nombre 96 de la nostra sèrie.

La taula periòdica. En cada casella s’anota el nombre atòmic, el símbol químic i el caràcter han corresponent a cada element

Albert Ghiorso i la descoberta del curi

Albert Ghiorso, en el 1970

Albert Ghiorso va nàixer a Vallejo (Badia de San Francisco, Califòrnia) el 15 de juliol del 1915, al si d’una família d’ascendència italiana i espanyola, que aviat es traslladaria a Alameda. Entre les aficions de joventut hi havia la ràdio, i excel•lí aviat en establir comunicacions radiofòniques de llarga distància. Això l’orientà a estudiar enginyeria elèctrica a la University of California, Berkeley, graduant-se en el 1937.

Després de graduar-se entrà començà a treballar per Reginald Tibbets, un altre ràdio-aficionat, que havia muntat una empresa de subministrament de detectors de radiació per al govern. Ghiorso ja s’havia guanyat una fama en superar tècnics militars en comunicacions a molta llarga distància, i la feina amb Tibbets refermà aquesta reputació. En alguna ocasió va fer algunes feines electròniques per al Radiation Laboratory de Berkeley, i tenia especial contacte amb Glenn T. Seaborg.

Glenn T. Seaborg

En una d’aquestes feines al Radiation Laboratory, instal•lant un servei d’intercomunicació, va conèixer una de les secretàries del centre, Wilma Belt. Començarien a festejar, i sovint en companyia de la parella formada per Seaborg i una altra secretària del centre, Helen Griggs. Eventualment, les dues parelles acabarien amb matrimoni.

A començament del 1940, Seaborg deixà Berkeley per unir-se al Laboratori Metal•lúrgic de Chicago. Ghiorso acceptà la proposta d’unir-s’hi. El projecte de Chicago era el desenvolupament d’una reacció nuclear en cadena, amb vistes armamentístiques i energètiques. Ghiorso encarà el repte de desenvolupar instruments prou sensibles com per monitoritzar radiacions alfa, beta i gamma, i detectar fissions nuclears. Entre els aparells construïts en el marc d’aquest projecte hi hagué un analitzador de radiacions de 48 canals.

El projecte es desenvolupava en secret, i de manera independent a projectes paral•lels que tenien lloc a Alemanya, la Unió Soviètica o Gran Bretanya. Així, hom mantenia en secret la síntesi de l’element 94. Una vegada obtinguda prou quantitat d’aquest element, Seaborg encapçalà una recerca sobre elements encara més pesants.

Ralph A. James

L’element 96 ja havia estat esmentat en la bibliografia. Hom l’interpretava com l’eka-platí (l’element del període 7 del grup del níquel), i de fet, en 1934, Otto Hahn, Lise Meitner i Fritz Strassmann postulaven que l’havien detectat en mostres d’urani. No obstant, en el 1939, Hahn i Strassmann es desdiren en afirmar que aquells indicis responien més aviat a la fissió de l’urani.

En la recerca renovada sobre aquests elements participà, a més de Seaborg i Ghiorso, Ralph A. James. La primera part de la feina, la síntesi, es feia al Radiation Laboratory de Berkeley, concretament al ciclotró de 60 polsades. La segona part de la feina, la identificació química, es feia al Metallurgical Laboratory de Chicago.

Per fer-ho possible, havien de preparar una “diana” de l’element 94. Una solució de nitrat d’aquest element era abocada fins cobrir un àrea de 0,5 cm2 d’una làmina de platí. Hom deixava evaporar la solució, de manera que per anellament s’hi formava damunt del platí una capa d’òxid d’element 94. Aquesta diana era col•locada dins del ciclotró, on era bombardada amb partícules alfa (nuclis d’heli). Les dianes eren després traslladades a Chicago, dissoltes en àcid nítric i precipitades amb una solució amònica concentrada. El precipitat era redissolt amb àcid perclòric, i seguia una tècnica de separació per bescanvi iònic.

El juliol-agost del 1944, hom ja detectava la presència de l’isòtop 242 de l’element 96. Aquest isòtop decauria a l’isòtop 238 de l’element 94, amb emissió d’una partícula alfa, amb una semivida d’aproximadament 150 dies.

Amb experiments similars, però bombardant la mateixa diana amb neutrons, hom sintetitzà l’element 95.

De la mateixa manera que el primer element transurànic, el 93, sintetitzat en el 1940, havia estat denominat neptuni (per Neptú, el primer planeta transuranià), hi havia un acord per designar l’element 94 amb el nom de plutoni (pel següent planeta, Plutó). Per als elements 95 i 96, que resultaven tan difícils de separar satisfactòriament, hom pensà en denominar-los “pandemoni” o “deliri”, pels maldecaps que produïren a Seaborg, Ghiorso i James.

La recerca, però, continuava sota secret. El març del 1945, hom detectà en dianes de plutoni bombardades amb partícules alfa la presència d’un altre isòtop de l’element 96, el 240, del qual hom calcula una semivida de 26,7 dies.

No fou fins l’agost del 1945, quan el Projecte Manhattan es coronà violentament amb les bombes d’Hiroshima i de Nagasaki, que hom féu pública l’existència de l’element 94, que fou finalment denominat plutoni (Pu).

El 6 de novembre del 1945, en el programa radiofònic Quiz Kids, un dels petits oïdors demanà Seaborg, que hi assistia com a convidat, si hi havia cap element més enllà del plutoni. Seaborg respongué que sí, que havien aconseguit sintetitzar dos elements més. L’11 de novembre, a l’American Chemical Society es presentà aquesta descoberta, bo i que els elements romanien innominats.

La investigació sobre elements 93-96 mostrava a Seaborg, que els elements transactínids calia entendre’ls com a homòlegs del període 7 dels elements translantànids (els elements de terres rares). En una reunió del Grup d’Isòtops Pesants al Laboratori Metal•lúrgic de Chicago, el 5 de març del 1946, Seaborg suggerí denominar l’element 95 “americi” en analogia a l’element 63, l’europi. L’element 96, amb una configuració electrònica 5f7, seria anàleg a l’element 64. Aquest element 64 havia rebut el nom de “gadolini”, en homenatge indirecte a Johan Gadolin, el descobridor de la “primera” terra rara. Seaborg interpretà que l’analogia de Gadolin per als actínids requeia en el matrimoni format per Pierre i Marie Curie, pioners en la radioquímica (descobridors ells mateixos del poloni i del radi). D’aquesta manera, Seaborg proposava el nom de “curium” i el símbol Cm.

Potser hauria estat més assenyat l’ús del símbol Ci, però Seaborg devia tindre present que aquest símbol ja s’utilitzava per al “curie”, unitat de radioactivitat equivalent a 1 gram de radi. El nom de curi fou acceptat per les diferents llengües, amb diversos criteris d’adaptació ortogràfica i fonètica.

Conclòs el Projecte Manhattan, Seaborg i Ghiorso tornaren a Berkeley.

En el 1947, Louis Werner i Isadore Perlman (1915-1991) aconseguiren al Radiation Laboratory la síntesi de 30 μg d’hidròxid de curi-242, a partir del bombardament neutrònic d’americi-241.

El febrer del 1949, Glen T. Seaborg registrà al seu nom una patent sobre l’element 96 i els seus compostos, que no seria publicada, per qüestions de seguretat, fins el 1964.

En el 1949-1950, Ghiorso et al. sintetitzaren i identificaren els elements 97 i 98. Feren servir el ciclotró de 60 polsades. L’element 97 fou sintetitzat amb el bombardament d’americi amb partícules alfa, mentre l’element 98 era sintetitzat a partir del curi. Aquests dos elements foren denominats, respectivament, berqueli i californi, en homenatge a la localitat i a l’estat on foren produïts.

En el 1950, W. W. T. Crane, J. C. Wallmann i B. B. Cunningham aconseguiren la síntesi de quantitats macroscòpiques de fluorur de curi. Comprovaren que efectivament, aquest compost era anàleg al GdF3. En el 1951, a partir de fluorur de curi, reduït amb bari, Wallmann et al. obtingueren per primera vegada una mostra de curi metàl•lic.

En novembre del 1952, va tindre lloc el primer assaig d’una bomba termonuclear, és a dir que combinava una explosió de fissió nuclear amb la fusió nuclear d’hidrogen (bomba d’hidrogen). Ghiorso participà en l’anàlisi de mostres del núvol radioactiu. Ghiorso et al. detectaren la presència dels elements 99 i 100. La descoberta es mantingué en secret. Alhora, aquests elements foren també sintetitzats en el laboratori de Berkeley i, de manera independent, per un grup de l’Institut Nobel de Física d’Estocolm. En el 1954, se’ls permeté de publicar-los. Com que el grup de Ghiorso en tenia la prioritat temporal, foren ells els qui decidiren el nom. En 1955, l’element 99 rebé el nom d’einsteini i l’element 100 el de fermi, en homenatge a Albert Einstein i Enrico Fermi, que havien traspassat tot just feia uns mesos.

En el 1955, Ghiorso et al. aconseguien sintetitzat l’element 101, amb el bombardament d’einsteini amb heli. L’element 101 va rebre el nom de mendelevi, en homenatge a Dmitri Mendeleev.

Ghiorso s’encarregà de la construcció de l’accelerador lineal d’ions pesants (HILAC) de Berkeley, amb el qual s’havia de prosseguir en la recerca d’elements transfèrmics. En el 1958, Ghiorso et al. sintetitzaren l’element 102, amb el bombardament de curi amb àtoms de carboni. Hi va haver una nova disputa amb l’Institut Nobel d’Estocolm. La prioritat fou concedida a Berkeley, i en un gest de conciliació l’element fou batejat com a nobeli en homenatge a Alfred Nobel.

En el 1961, Ghiorso et al. sintetitzaren l’element 103, amb el bombardament de californi amb àtoms de bor. El van denominar laurenci, en homenatge a Ernest Lawrence, el fundador del Radiation Laboratory, traspassat el 1958.

En el 1968, Ghiorso et al. sintetitzaren l’element 104, amb el bombardament de californi amb àtoms de carboni. Els de Berkeley reclamaren la prioritat, per bé que quatre anys abans l’Institut de Recerca Nuclear de Dubna havia comunicat la síntesi. S’entaulà una disputa. Mentre Berkeley proposava el nom de “ruterfordi”, en homenatge a Ernest Rutherford, Dubna proposava el nom de “kurtxatovi” en homenatge a Igor Kurtxàtov.

De manera similar s’escaigué amb l’element 105. Dubna reclamà la prioritat en 1968, amb el bombardament d’americi-243 amb ions de neó-22. En el 1970, la reclamaren Ghiorso et al., amb el bombardament de californi amb àtoms de nitrogen. Mentre els russos proposaven el nom de “nielsbohri” en homenatge a Niels Bohr, els nord-americans proposaren el nom de “hahni” en homenatge a Otto Hahn.

En el 1972, el HILAC de Berkeley era millorat en un superHILAC, amb corrents iòniques de més alta densitat. En el 1974, Ghiorso et al. sintetitzaren l’element 106, preparat amb el bombardament de californi-249 amb àtoms d’oxigen. Proposaren el nom de “seaborgi”, en homenatge a Seaborg, cosa que a Dubna contestaren en trobar inacceptable denominar un element amb el nom d’una persona viva.

Ghiorso dissenyà un nou concepte d’accelerador, l’Omnitron. Però cada vegada era més difícil per a Berkeley obtindre fons públics per a la recerca nuclear bàsica. Ghiorso i Bob Main optaren per unir el HILAC amb el Bevatron, obtenint el Bevalac. Però la partida de nous elements més pesants la guanyà el grup de Peter Armbruster del laboratori GSI de Darmstad, que aconseguí la síntesi dels elements 107, 108 i 109 entre 1981 i 1984.

A començament dels 1990, Berkeley i Darmstadt iniciaren una col•laboració per a la síntesi de l’element 110. Els de Berkeley no reeixiren, però sí ho feren els de Darmstadt, que identificaren els elements 110, 111 i 112 entre el 1994 i el 1996.

En el 1997, la IUPAC resolgué la denominació dels elements 104-109. Els de Berkeley guanyaren pel que fa a l’element 104 (ruterfordi) i 106 (seaborgi), però hagueren de cedir en l’element 105 (dubni). Comptat i debatut, Ghiorso fou reconegut com a co-descobridor de tots els elements entre el 95 i 106.

En el 1999, Ghiorso col•laborà des de Berkeley amb el laboratori de Dubna i altres centres en la identificació dels elements 116 i 118.

A banda del seu interès pels elements transactínids i superactínids, Ghiorso també treballa en fonts de corrents electrònics i en l’energia de fusió.

Ghiorso es va morir a Berkeley el 26 de desembre del 2010, a l’edat de 95 anys.

El curi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del curi és de 247 uma, en relació a l’isòtop de més llarga semivida (247Cm). Un llistat dels isòtops coneguts faria:
– curi-232 (232Cm). Nucli format per 96 protons i 136 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 60 s.
– curi-233 (233Cm; 233,05077 uma). Nucli format per 96 protons i 137 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 60 s. Decau bé a americi-233 (amb emissió d’un positró) o a plutoni-229 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-234 (234Cm; 234,05016 uma). Nucli format per 96 protons i 138 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 51 s. Decau bé a americi-234 (amb emissió d’un positró) o a plutoni-230 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-235 (235Cm; 235,05143 uma). Nucli format per 96 protons i 139 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 300 s (5 minuts). Decau bé a americi-235 (amb emissió d’un positró) o a plutoni-231 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-236 (236Cm; 236,05141 uma). Nucli format per 96 protons i 140 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 600 s (6 minuts). Decau bé a americi-236 (amb emissió d’un positró) o a plutoni-232 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-237 (237Cm; 237,05290 uma). Nucli format per 96 protons i 141 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1000 s (20 minuts). Decau bé a americi-237 (amb emissió d’un positró) o a plutoni-233 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-238 (238Cm; 238,05303 uma). Nucli format per 96 protons i 142 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8600 s (2 hores). Decau majoritàriament (90%) a americi-238 (per captura electrònica) o, alternativament (10%), a plutoni-234 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-239 (239Cm; 239,05496 uma). Nucli format per 96 protons i 143 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,0•104 s (3 hores). Decau normalment (99,9%) a americi-239 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,1%), a plutoni-235 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-240 (240Cm; 240,0555295 uma). Nucli format per 96 protons i 144 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,3•106 s (27 dies). Decau normalment (99,5%) a plutoni-236 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a americi-240 (0,5%; per captura electrònica) o entra en fissió espontània (0,0000039%; amb emissió de diversos productes).
– curi-241 (241Cm; 241,0576530 uma). Nucli format per 96 protons i 145 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,83•106 s (33 dies). Decau normalment (99%) a americi-241 (per captura electrònica) o, alternativament (1%), a plutoni-237 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– curi-242 (242Cm; 242,0588358 uma). Nucli format per 96 protons i 145 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,407•107 s (163 dies). Decau normalment a plutoni-238 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a plom-208 (0,000000000001%; amb emissió d’un nucli de silici-34), a plutoni-242 (rarament; amb emissió de dos positrons) o entra en fissió espontània (0,00000633%; amb emissió de diversos productes). És un dels isòtops més comuns. La massa crítica per a una reacció nuclear en cadena és de 25 kg.
– curi-243 (243Cm; 243,0613891 uma). Nucli format per 96 protons i 146 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,51•106 s (29 dies). Decau normalment (99,71%) a plutoni-239 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a americi-243 (0,29%; per captura electrònica) o entra en fissió espontània (0,0000000053%; amb emissió de diversos productes). Posseeix un estat metastable (243mCm) a 87,4 keV, que té una semivida de 1,08•10-6 s. La massa crítica del 243Cm per a una reacció nuclear en cadena és de 7,5 kg.
– curi-244 (244Cm; 244,0627526 uma). Nucli format per 96 protons i 148 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,71•108 s (18 anys). Decau normalment a plutoni-240 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, entra en fissió espontània (0,000134%; amb emissió de diversos productes). És un dels isòtops més comuns. Posseeix un estat metastable (244mCm) a 1040,188 keV, que té una semivida de 0,034 s, i que decau a l’estat basal. La massa crítica del 244Cm per a una reacció nuclear en cadena és de 33 kg.
– curi-245 (245Cm; 245,0654912 uma). Nucli format per 96 protons i 149 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,7•1011 s (8500 anys). Decau normalment a plutoni-241 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00000061%), entra en fissió espontàna (amb emissió de diversos productes). Posseeix un estat metastable (245mCm) a 355,9 keV, que té una semivida de 2,9•10-7 s. La massa crítica del 245Cm per a una reacció nuclear en cadena és de 6,8 kg.
– curi-246 (246Cm; 246,0672237 uma). Nucli format per 96 protons i 150 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,50•1011 s (4760 anys). Decau normalment (99,97%) a plutoni-242 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,0261%), entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes). La massa crítica per a una reacció nuclear en cadena és de 39 kg.
– curi-247 (247Cm; 247,070354 uma). Nucli format per 96 protons i 151 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,92•1014 s (15,6 milions d’anys). Decau a plutoni-243, amb emissió d’un nucli d’heli-4. La massa crítica per a una reacció nuclear en cadena és de 7 kg.
– curi-248 (248Cm; 248,072349 uma). Nucli format per 96 protons i 152 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,10•1013 s (348 mil anys). Decau majoritàriament (91,74%) a plutoni-244 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a californi-248 (amb emissió de dos positrons) o entra en fissió espontània (8,26%; amb emissió de diversos productes). La massa crítica per a una reacció nuclear en cadena és de 40,4 kg.
– curi-249 (249Cm; 249,075953 uma). Nucli format per 96 protons i 153 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3849 s (64 minuts). Decau a berqueli-249, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (249mCm) a 48,758 keV, que té una semivida de 2,3•10-5 s.
– curi-250 (250Cm; 250,078357 uma). Nucli format per 96 protons i 154 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,6•1011 s (8300 anys). Majoritàriament (80%) entra en fissió espontània (amb emissió de diversos productes) o, alternativament, decau a plutoni-246 (11%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a berqueli-250 (9%; amb emissió d’un electró). És l’isòtop més lleuger conegut que decau majoritàriament per fissió espontània. La massa crítica per a una reacció nuclear en cadena és de 23,5 kg.
– curi-251 (251Cm; 251,082285 uma). Nucli format per 96 protons i 155 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1010 s (17 minuts). Decau a berqueli-251, amb emissió d’un electró.
– curi-252 (252Cm; 252,08487 uma). Nucli format per 96 protons i 156 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de menys de 9•104 s. Decau a berqueli-252, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre de curi conté 96 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f76s26p66d17s2. És inclòs entre els actínids, és a dir entre els elements del període 7 del bloc f. Se’l pot considerar dins del grup f8, el lantànid del qual seria el gadolini. És comptat entre els metalls radioactius sintètics i els actínids menors. Els estats d’oxidació més habituals són +4 i +3, per bé que també el podem trobar amb +6 (ex. CmO3), +2 i 0. El radi atòmic és de 1,74•10-10 m.

Mostra de curi en un tub de quartz

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el curi es presenta en forma de sòlid metàl•lic d’aspecte argentí i que, per la radioactivitat, llueix en la foscor. S’han descrit diversos al•lòtrops:
– alfa-curi (α-Cm; fase I): és l’al•lòtrop estable en condicions estàndards. Segueix una estructura hexagonal, amb una densitat de 13520 kg•m-3. A pressions superiors a 23 GPa transiciona a β-Cm. És paramagnètic a temperatura ambient, però torna antiferromagnètic per sota de 65 K.
– beta-curi (β-Cm; fase II). Segueix una estructura cúbica centrada en les cares. A pressions superiors a 43 GPa, transiciona a γ-Cm. És paramagnètic a temperatura estàndard, però torna ferrimagnètic per sota de 205 K.
– gamma-curi (γ-Cm; fase III). Segueix una estructura ortoròmbica.

Curi metàl•lic en la foscor, que es distingeix per la radioluminiscència

En condicions estàndards de pressió, el curi fon a 1613 K.

En condicions estàndards de pressió, el curi bull a 3383 K.

Fluorescència taronja emesa per ions Cm3+ sotmesos a una radiació incident de 396,6 nm. La fluorescència es deu a transicions entre 6D7/2 i 8S7/2

En solucions aquoses, la forma gairebé exclusiva és Cm3+ (color verd pàlid). Tan sols en presència de forts oxidants, poden formar-se cations Cm4+ (color groc pàlid). També s’ha descrit el catió CmO22+.

Entre els compostos químics de curi podem esmentar:
– òxids: Cm2O3, CmO2 (sòlid de color negre), CmO, CmO3 (sòlid volàtil), BaCmO3.
– hidròxid: Cm(OH)3.
– hidrur: CmH2-3.
– halurs: CmF3 (sòlid incolor), CmF4 (sòlid de color bru), CmCl3 (sòlid incolor), CmBr3 (sòlid de color verd), CmI3 (sòlid incolor).
– nitrur: CmN. El 244CmN transiciona de paramagnètic a ferromagnètic per sota de 109 K.
– nitrat: Cm(NO3)3.
– arseniür: CmAs. El 244CmAs transiciona de paramagnètic a ferromagnètic per sota de 109 K.
– fosfur: CmP. El 244CmP transiciona de paramagnètic a ferromagnètic a 73 K.
– antimoniür: CmSb. El 244CmSb transiciona de paramagnètic a ferromagnètic per sota de 162 K.
– oxalat: (Cm2(C2O4)3).

No existeixen indicis de la formació de curi en supernoves. Si hi hagués hagut una dotació primordial de curi a la Terra, aquesta s’hauria exhaurit ja completament a hores d’ara. També s’ha exhaurit el curi format en antics reactors nuclears naturals de l’escorça terrestre, com el d’Oklo (actiu fa 1700 milions d’anys).

Els assaigs nuclears atmosfèrics realitzats entre 1945 i 1980 han suposat una font de curi per a la natura. Aquestes explosions produïren 245Cm i 246Cm i, en menor mesura, 247Cm, 248Cm, 249Cm.

Una altra font de generació de curi la constitueixen les centrals nuclears. En el combustible nuclear gastat, el curi pot arribar a 20 ppm.

Transmutacions entre isòtops d’urani, plutoni, americi i curi en un reactor nuclear d’aigua lleugera

Els compostos de curi són poc solubles. Això condiciona la seva distribució en el sòl. El curi assoleix concentracions molt més elevades (x4000) en les partícules que no pas en els porus intersticionals, i aquesta distribució és encara més marcada com menor és la mida mitjana de la partícula de sòl.

El curi-247 té una semivida particularment llarga, de 15,6 milions d’anys, molt més elevada que la de cap isòtop d’elements més pesants que el curi.

El curi no és bioelement per a cap organisme. Val a dir, que alguns bacteris i arqueons són capaços d’absorbir Cm3+ (Moll et al., 2004). Aquests organismes poden formar complexos organocúrics (amb àcid hidroxàmic, urea, ATP, etc.) i poden tindre una rellevància en la processos de migració.

El curi i els seus compostos suposen un risc radiològic, no tan sols per les alfa-emissions dels isòtops de curi, sinó també per la beta- i gamma-radiació que emeten els seus isòtops fills. En cas d’ingesta, s’absorbeix un 0,05% de curi, del qual un 45% es distribuït al fetge, un 45% als ossos i un 10% excretat. La semivida biològica del curi en el fetge és de 20 anys i en els ossos de 50. En cas d’inhalació, l’absorció és molt més efectiva. La dosi total permesa de 244Cm en forma soluble és de 0,3 μC

Aplicacions del curi

La producció de curi en reactors nuclears ha permès la producció, al llarg dels anys, de quilograms de 242Cm i 244Cm. D’altres isòtops, la producció total ha estat de l’ordre de grams o de mil•ligrams.

El preu del 242Cm és de l’ordre de 2000 $/g. Hom el genera a partir d’urani-238, pels passos successius d’urani-239, neptuni-239, plutoni-239, plutoni-241, americi-241 i americi-242.

El preu del 244Cm és de l’ordre de 170 $/g. Hom el genera, per exemple, a partir de plutoni-239 derivat de combustible nuclear gastat, amb els passos successius de plutoni-243, americi-243 i americi-244.

Encara que amb menor quantitat, també se sintetitzen altres isòtops:
– curi-245, obtingut com a isòtop fill del californi-249 (el qual, alhora, és isòtop fill del berqueli-249).
– curi-248, obtingut com a isòtop fill del californi-252. Cada any se’n produeixen 30-50 mg de 248Cm per aquest mètode, amb una puresa isotòpica del 97%.

L’elevat cost de les tècniques de separació isotòpica, fa que amb finalitats de recerca hom prefereixi mètodes específics de síntesi per a cada isòtop. La producció deliberada de curi o l’extracció a partir de combustible nuclear gastat, dóna lloc a òxids de curi. El complex bis-triazinil-bipiridina és un dels agents utilitzats en l’extracció selectiva de curi. El curi metàl•lic es pot obtindre a partir de la reducció de CmF3 o de CmO2.

Més rellevant econòmica que la síntesi deliberada de curi, és la producció indesitjada que té lloc en les centrals nuclears. Els isòtops 245-248, amb una semivida considerable, constitueixen un problema en els residus nuclears. Hi ha una recerca activa per al desenvolupament de tècniques de transmutació nuclear que permetin convertir aquests isòtops de curi en isòtops de semivida molt més curta.

Hom ha estudiat l’aplicació del curi en generadors termoelèctrics de radioisòtops. El curi-242 podria produir 120 W/g, però el seu cost elevat desencoratja aquesta aplicació. El curi-244, més assequible, permetria la producció de 3 W/g. Ara bé, les emissions de neutrons i radiació gamma pel 244Cm fan que ara com ara no pugui ser una alternativa als generadors de plutoni-238. El mateix val encara més per al 243Cm, que és també emissor beta i gamma, i que produiria tan sols 1,6 W/g.

Relacionat amb això, però, hom ha investigat l’ús del 242Cm com a precursor del 238Pu. En relació amb els mètodes actualment utilitzat per a aquesta finalitat, aquest mètode seria més net (en tant que generaria menys quantitat de plutoni-236).

L’elevat cost del curi impedeix el seu ús com a combustible nuclear. El curi-245 i curi-247, per la seva escassa massa crítica, podrien utilitzar-se en armes nuclears portàtils, però pel que se sap no hi ha hagut cap intent real d’utilitzar-los en aquest sentit.

El curi-248 és utilitzat com a precursor en la síntesi, entre d’altres, del seaborgi-265, del hassi-269 o del hassi-270. Ara com ara, això té un interès exclusivament limitat a la recerca bàsica.

Espectròmetre de raigs X de partícules alfa (APXS) del Mars Exploration Rover (MER). El sensor de l’APXS incorpora sis fonts de curi-244, amb una activitat total de l’ordre de 1 GBq.

El curi-244 és utilitzat com a font de radiació alfa en espectròmetres de raigs X (APXS). Aquest instrument permet l’anàlisi de la composició química d’una mostra d’acord amb el patró de dispersió que la mostra produeix a una radiació incident de partícules alfa i de la fluorescència de raigs X. Els APXS amb curi-244 han estat utilitzats en missions interplanetàries com Mars 96 (1996), Sojourner (1997), els Mars Exploration Rovers (2003), Philae (2004) o el Mars Science Laboratory (2011). Anteriorment, el Surveyor 5 (1967) incorporava un APXS amb curi-242 com a font d’alfa-radiació.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: