Curium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
²⁴⁰Cm	{syn.}	27 d	α	6,397	²³⁶Pu
			ε	0,215	²⁴⁰Am
			SF	?	?
²⁴¹Cm	{syn.}	32,8 d	ε	0,767	²⁴¹Am
²⁴¹Cm	{syn.}	32,8 d	α	6,185	²³⁷Pu
²⁴²Cm	{syn.}	162,8 d	α	6,216	²³⁸Pu
²⁴²Cm	{syn.}	162,8 d	SF	?	?
²⁴³Cm	{syn.}	29,1 a	α	6,169	²³⁹Pu
²⁴³Cm	{syn.}	29,1 a	ε	0,009	²⁴³Am
²⁴⁴Cm	{syn.}	18,1 a	α	5,902	²⁴⁰Pu
²⁴⁴Cm	{syn.}	18,1 a	SF	?	?
²⁴⁵Cm	{syn.}	8500 a	α	5,623	²⁴¹Pu
²⁴⁵Cm	{syn.}	8500 a	SF	?	?
²⁴⁶Cm	{syn.}	4760 a	α	5,475	²⁴²Pu
²⁴⁶Cm	{syn.}	4760 a	SF	?	?
²⁴⁷Cm	{syn.}	1,56 · 10⁷ a	α	5,353	²⁴³Pu
²⁴⁷Cm	{syn.}	1,56 · 10⁷ a	SF	?	?
²⁴⁸Cm	{syn.}	348.000 a	α	5,162	²⁴⁴Pu
²⁴⁸Cm	{syn.}	348.000 a	SF	?	?
²⁴⁹Cm	{syn.}	64,15 min	β⁻	0,90	²⁴⁹Bk
²⁵⁰Cm	{syn.}	9700 a	SF	?	?
			α	5,169	²⁴⁶Pu
			β⁻	0,037	²⁵⁰Bk

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung ^[2] Keine Einstufung verfügbar
R- und S-Sätze	R: siehe oben
R- und S-Sätze	S: siehe oben

weitere Sicherheitshinweise

Radioaktivität

Radioaktives Element

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Curium ist ein ausschließlich künstlich erzeugtes chemisches Element mit dem Symbol Cm und der Ordnungszahl 96 im Periodensystem der Elemente. Es gehört zur Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block) und zählt auch zu den Transuranen. Curium wurde nach den Forschern Marie Curie und Pierre Curie benannt.

Bei Curium handelt es sich um ein radioaktives Metall mit einer großen Härte und einem silbrig-weißen Aussehen. Es wird in Kernreaktoren gebildet, eine Tonne abgebrannten Kernbrennstoffs enthält durchschnittlich etwa 20 g des Metalls.

Curium wurde im Sommer 1944 erstmalig aus dem leichteren Element Plutonium erzeugt, die Entdeckung wurde zunächst nicht veröffentlicht. Kurioserweise wurde dessen Existenz in einer amerikanischen Radiosendung für Kinder durch den Entdecker Glenn T. Seaborg, dem Gast der Sendung, der Öffentlichkeit preisgegeben, der die Frage eines jungen Zuhörers bejahte, ob neue Elemente entdeckt worden seien.

Curium wird gelegentlich aufgrund der sehr großen Wärmeentwicklung während des Zerfalls in Radioisotopengeneratoren eingesetzt. Außerdem kann es zur Erzeugung von Plutonium für Herzschrittmacher verwendet werden. Das Element kann weiterhin als Ausgangsmaterial zur Erzeugung höherer Transurane und Transactinoide eingesetzt werden. Es diente auch als α-Strahlenquelle in Röntgenspektrometern, mit denen die Mars-Rover Sojourner, Spirit und Opportunity auf der Oberfläche des Planeten Mars Felsen chemisch analysierten.

[Bearbeiten] Geschichte

Glenn T. Seaborg

Curium wurde im Sommer 1944 von Glenn T. Seaborg und seinen Mitarbeitern Ralph A. James und Albert Ghiorso entdeckt. In ihren Versuchsreihen benutzten sie ein 60-Inch-Cyclotron an der Universität von Californien in Berkeley; dabei wurden zwei verschiedene Isotope erzeugt: ²⁴²Cm und ²⁴⁰Cm.^[3]^[4]^[5]^[6]

Das erste Isotop, das ²⁴²Cm, erzeugten sie im Juli/August 1944 durch Beschuss von ²³⁹Pu mit α-Teilchen (= $42 He$ ). Hierbei entsteht in einer sogenannten (α,n)-Reaktion das gewünschte Isotop und ein Neutron:

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

Die zweifelsfreie Identifikation konnte anhand der charakteristischen Energie des beim Zerfall ausgesandten α-Teilchens erlangt werden. Die Halbwertszeit dieses α-Zerfalls wurde erstmals auf 150 Tage bestimmt (162,8 d^[7]).

$\mathrm{^{242}_{\ 96}Cm \ \longrightarrow \ ^{238}_{\ 94}Pu \ + \ ^{4}_{2}He}$

Das zweite Isotop, das ²⁴⁰Cm, erzeugten sie im März 1945 durch Beschuss von ²³⁶Pu mit α-Teilchen; auch hier wird ein Neutron frei:

$\mathrm{^{236}_{\ 96}Pu \ + \ ^{4}_{2}He \ \longrightarrow \ ^{240}_{\ 96}Cm \ + \ ^{1}_{0}n}$

Die Halbwertszeit des anschließenden α-Zerfalls wurde erstmals auf 26,7 Tage bestimmt (27 d^[7]).

Nach Neptunium und Plutonium war es das dritte Transuran, das seit dem Jahr 1940 entdeckt wurde. Seine Erzeugung gelang noch vor der des in der Ordnungszahl um 1 tiefer stehenden Elements Americium. Auf Grund des andauernden Zweiten Weltkriegs wurde die Entdeckung des neuen Elements zunächst nicht veröffentlicht. Die Öffentlichkeit erfuhr erst auf äußerst kuriose Weise von dessen Existenz. In der amerikanischen Radiosendung Quiz Kids vom 11. November 1945 fragte einer der jungen Zuhörer Glenn Seaborg, den Gast der Sendung, ob während des Zweiten Weltkriegs im Zuge der Erforschung von Nuklearwaffen neue Elemente entdeckt worden seien. Seaborg bejahte die Frage und enthüllte damit die Existenz des Elements gleichzeitig mit der des nächstniedrigeren Elements, Americium.^[8] Dies geschah noch vor der offiziellen Bekanntmachung bei einem Symposium der American Chemical Society.

Die Entdeckung von Curium (²⁴²Cm, ²⁴⁰Cm), ihre Produktion und die ihrer Verbindungen wurden später unter dem Namen „ELEMENT 96 AND COMPOSITIONS THEREOF “ patentiert, wobei als Erfinder nur Glenn T. Seaborg angegeben wurde.^[9]

Der Name Curium wurde in Analogie zu Gadolinium gewählt, dem Seltenerdmetall, das im Periodensystem genau über Curium steht. Die Namenswahl ist als Ehrerbietung an das Ehepaar Marie und Pierre Curie zu verstehen, die viel zur Erforschung der Radioaktivität beigetragen haben. Es folgt damit der Namensgebung von Gadolinium, das nach dem berühmten Erforscher der Seltenen Erden, Johan Gadolin benannt ist.

Marie Curie, 1911

Pierre Curie

Die erste wägbare Menge Curium konnte 1951 von Louis B. Werner und Isadore Perlman^[10] hergestellt werden. Hierbei handelte es sich um 40 μg Curium ²⁴²Cm, die durch Neutronenbeschuss von Americium ²⁴¹Am erhalten werden konnten.^[11]

[Bearbeiten] Vorkommen

Das langlebigste Isotop ²⁴⁷Cm besitzt eine Halbwertszeit von 15,6 Millionen Jahren. Aus diesem Grund ist das gesamte primordiale Curium, das die Erde bei ihrer Entstehung enthielt, mittlerweile zerfallen. Curium wird zu Forschungszwecken in kleinen Mengen künstlich hergestellt. Weiterhin fällt es in geringen Mengen in abgebrannten Kernbrennstoffen an. Im Weltall entsteht Curium neben Californium in Supernovae.

[Bearbeiten] Gewinnung und Darstellung

[Bearbeiten] Gewinnung von Curiumisotopen

Curium fällt in geringen Mengen in Atomreaktoren an. Es steht heute lediglich in Mengen von wenigen Kilogramm zur Verfügung. Eine Tonne abgebrannter Kernbrennstoff aus einem Kernreaktor enthält etwa 20 g Curium.^[12] Hier wird es aus ²³⁸U in einer Reihe von Kernreaktionen gebildet. Ein wichtiger Schritt ist hierbei die (n,γ)-Reaktion. Es handelt sich um eine Neutroneneinfangsreaktion, bei welcher das gebildete angeregte Tochternuklid durch Aussendung eines γ-Quants in den Grundzustand übergeht. Die hierzu benötigten Neutronen entstehen aus Kernspaltungen anderer Kerne im Atomreaktor.

Zunächst wird aus einer (n,γ)-Reaktionen und zwei anschließenden β⁻-Zerfällen das Plutoniumisotop ²³⁹Pu gebildet, wie es beispielsweise auch in Brutreaktoren geschieht.

$\mathrm{^{238}_{\ 92}U \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{239}_{\ 92}U \ \xrightarrow [23,5 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np \ \xrightarrow [2,3565 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}$

Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.

Zwei weitere (n,γ)-Reaktionen mit anschließendem β⁻-Zerfall liefern das Americiumisotop ²⁴¹Am. Dieses ergibt nach einer weiteren (n,γ)-Reaktion mit folgendem β-Zerfall ²⁴²Cm.

$\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow {2(n,\gamma)} \ ^{241}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow [14,35 \ a]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am \ \xrightarrow [16 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm}$

Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.

Zu Forschungszwecken gezielt hergestelltes Curium kann auf effizienterem Wege aus Plutonium gewonnen werden, das in größerer Menge aus abgebranntem Kernbrennstoff erhältlich ist. Dieses wird mit einer Neutronenquelle mit hohem Neutronenfluss bestrahlt. Die hierbei verwendeten Neutronenflüsse sind um ein vielfaches höher als jene, die in Kernreaktoren auftreten, weswegen ein anderer Reaktionspfad eingeschlagen wird.

Ausgehend von ²³⁹Pu wird durch vier (n,γ)-Reaktionen das Isotop ²⁴³Pu gebildet, welches durch β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 4,96 Stunden zu dem Americiumisotop ²⁴³Am zerfällt. Das aus einer weiteren (n,γ)-Reaktion gebildete ²⁴⁴Am zerfällt mit einem weiteren β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 10,1 Stunden letztlich zu ²⁴⁴Cm.^[6]

$\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow {4(n,\gamma)} \ ^{243}_{\ 94}Pu \ \xrightarrow [4,956 \ h]{\beta^-} \ ^{243}_{\ 95}Am \ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{244}_{\ 95}Am \ \xrightarrow [10,1 \ h]{\beta^-} \ ^{244}_{\ 96}Cm}$

Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.

Diese Reaktion findet auch in Kernbrennstäben in Kernkraftwerken statt, so dass ²⁴⁴Cm auch bei der Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe anfällt und auf diesem Wege gewonnen werden kann.

Aus ²⁴⁴Cm sind schwerere Isotope durch weitere (n,γ)-Reaktionen im Reaktor, mit jedem weiterem Nuklid, in kleiner werdenden Mengen erhältlich. In der Forschung sind besonders die Isotope ²⁴⁷Cm und ²⁴⁸Cm wegen ihrer langen Halbwertszeiten beliebt. Die Entstehung von ²⁵⁰Cm ist sehr unwahrscheinlich, weil ²⁴⁹Cm eine kurze Halbwertszeit hat und so weitere Neutroneneinfänge in der kurzen Zeit unwahrscheinlich sind. ²⁴⁹Cm zerfällt durch β⁻-Zerfall zu Berkelium ²⁴⁹Bk.

$\mathrm{^{A}_{96}Cm \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow \ ^{A+1}_{\ \ 96}Cm \ + \ \gamma}$

(n,γ)-Reaktionen für die Nukleonenzahlen A=244–248, selten auch für A=249 und 250.

Der Nachteil dieses Weges besteht darin, dass auf diese Weise hergestelltes Curium immer ein Gemisch aus verschiedenen Curiumisotopen ist, das nur durch erheblichen Aufwand aufgetrennt werden kann.

Die effizienteste Methode zur Darstellung von reinem ²⁴⁸Cm ist durch den α-Zerfall von Californium ²⁵²Cf gegeben. Auf diesem Wege gewonnenes ²⁴⁸Cm besitzt eine Isotopenreinheit von 97 %. Etwa 35–50 mg ²⁴⁸Cm werden auf diese Art derzeit pro Jahr erhalten.

$\mathrm{^{252}_{\ 98}Cf \ \xrightarrow [2,6 \ a]{\alpha} \ ^{248}_{\ 96}Cm}$

Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.

Reines ²⁴⁵Cm kann aus dem α-Zerfall von Californium ²⁴⁹Cf erhalten werden, welches in sehr geringen Mengen als Tochternuklid des β⁻-Zerfalls des Berkeliumisotops ²⁴⁹Bk erhalten werden kann.

$\mathrm{^{249}_{\ 97}Bk \ \xrightarrow [320 \ d]{\beta^-} \ ^{249}_{\ 98}Cf \ \xrightarrow [351 \ a]{\alpha} \ ^{245}_{\ 96}Cm}$

Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.

[Bearbeiten] Darstellung elementaren Curiums

Metallisches Curium kann durch Reduktion aus seinen Verbindungen erhalten werden. Ausgehend von seinen Oxiden kann die Umsetzung mit Reduktionsmitteln wie elementarem Wolfram oder Tantal bewerkstelligt werden.^[13]^[14] Auch die Reduktion von Curium(IV)-oxid mittels einer Magnesium-Zink-Legierung in einer Schmelze aus Magnesiumchlorid und Magnesiumfluorid ergibt metallisches Curium.^[15]

Neben den Oxiden kann auch Curium(III)-fluorid zur Reduktion eingesetzt werden. Dieses wird hierzu in wasser- und sauerstofffreier Umgebung mit elementarem Barium oder Lithium zur Reaktion gebracht.^[6]

$\mathrm{CmF_3 + 3 \ Li \longrightarrow \ Cm + 3 \ LiF}$

[Bearbeiten] Eigenschaften

Doppelt-hexagonal dichteste Kugelpackung mit der Schichtfolge ABAC in der Kristallstruktur von α-Cm (A: grün; B: blau; C: rot)

Laserinduzierte orangefarbene Fluoreszenz von Cm3+-Ionen in Lösung

Laserinduzierte orangefarbene Fluoreszenz von Cm³⁺-Ionen in Lösung^[16]

[Bearbeiten] Physikalische Eigenschaften

Bei Curium handelt es sich um ein künstliches, radioaktives Metall. Dieses ist hart und hat ein silbrig-weißes Aussehen ähnlich dem Gadolinium, seinem Lanthanidanalogon. Auch in seinen weiteren physikalischen und chemischen Eigenschaften ähnelt es diesem stark. Sein Schmelzpunkt von 1340 °C liegt deutlich höher als der der vorhergehenden Transurane Neptunium (639 °C) und Americium (1173 °C). Im Vergleich dazu schmilzt Gadolinium bei 1312 °C. Der Siedepunkt liegt bei 3110 °C.

Von Curium existiert bei Standardbedingungen mit α-Cm nur eine bekannte Modifikation. Diese kristallisiert im hexagonalen Kristallsystem in der Raumgruppe $P6_3/mmc\,$ mit den Gitterparametern a = 365 pm und c = 1182 pm sowie vier Formeleinheiten pro Elementarzelle.^[17] Die Kristallstruktur besteht aus einer doppelt-hexagonal dichtesten Kugelpackung mit der Schichtfolge ABAC und ist damit isotyp zur Struktur von α-La.

Oberhalb eines Drucks von 23 GPa geht α-Cm in β-Cm über. Die β-Modifikation kristallisiert im kubischen Kristallsystem in der Raumgruppe $Fm\bar3m$ mit dem Gitterparameter a = 493 pm^[17], was einem kubisch flächenzentrierten Gitter (fcc) beziehungsweise einer kubisch dichtesten Kugelpackung mit der Stapelfolge ABC entspricht.

Die Fluoreszenz angeregter Cm(III)-Ionen ist ausreichend langlebig, um diese zur zeitaufgelösten Laserfluoreszenzspektroskopie zu nutzen. Dies erlaubt die gezielte Detektion von Curiumverbindungen unter weitgehender Ausblendung störender kurzlebiger Fluoreszenzprozesse durch weitere Metallionen und organische Substanzen.^[18]

[Bearbeiten] Chemische Eigenschaften

Die stabilste Oxidationsstufe für Curium ist +3. Gelegentlich ist es auch in der Oxidationsstufe +4 zu finden. Sein chemisches Verhalten ähnelt sehr dem Americium und vielen Lanthanoiden. In wässriger Lösung ist das Cm³⁺-Ion farblos, das Cm⁴⁺-Ion blassgelb.^[19]

Curiumionen gehören zu den harten Lewis-Säuren, weshalb sie die stabilsten Komplexe mit harten Basen bilden.^[20] Die Komplexbindung besitzt hierbei nur einen sehr geringen kovalenten Anteil und basiert hauptsächlich auf ionischer Wechselwirkung. Curium unterscheidet sich in seinem Komplexierungsverhalten von den frühen Actinoiden wie Thorium und Uran und ähnelt auch hier stark den Lanthanoiden.^[21] In Komplexen bevorzugt es eine neunfach Koordination mit dreifach überkappter trigonal-prismatischer Geometrie.

[Bearbeiten] Isotope

Von Curium existieren nur Radionuklide und keine stabilen Isotope. Insgesamt sind 20 Isotope und 7 Kernisomere des Elements zwischen ²³³Cm und ²⁵²Cm bekannt.^[7] Die längsten Halbwertszeiten haben ²⁴⁷Cm mit 15,6 Mio. Jahren und ²⁴⁸Cm mit 348.000 Jahren. Daneben haben noch die Isotope ²⁵⁰Cm mit 9700, ²⁴⁵Cm mit 8500 und ²⁴⁶Cm mit 4730 Jahren lange Halbwertszeiten. Curium ²⁵⁰Cm ist dabei eine Besonderheit, da sein radioaktiver Zerfall zum überwiegenden Teil (etwa 86 %) in spontaner Spaltung besteht.

Die Wirkungsquerschnitte für induzierte Spaltung durch ein thermisches Neutron betragen:^[22] für ²⁴²Cm etwa 5 b, ²⁴³Cm 620 b, ²⁴⁴Cm 1,1 b, ²⁴⁵Cm 2100 b, ²⁴⁶Cm 0,16 b, ²⁴⁷Cm 82 b, ²⁴⁸Cm 0,36 b. Dies entspricht der Regel, nach der meist die Transuran-Nuklide mit ungerader Neutronenzahl "thermisch leicht spaltbar" sind.

Die am häufigsten technisch eingesetzten Curiumisotope sind ²⁴²Cm mit 162,8 Tagen und ²⁴⁴Cm mit 18,1 Jahren Halbwertszeit.

→ Liste der Curiumisotope

[Bearbeiten] Verwendung

Der APXS Typ von Spirit und Opportunity.

[Bearbeiten] in Radioisotopengeneratoren

Aufgrund ihrer Radioaktivität geben Curiumisotope mit kürzer werdender Halbwertszeit immer größere Wärmemengen ab. Curium ²⁴⁴Cm emittiert 3 Watt/g und Curium ²⁴²Cm sogar 120 Watt/g.^[23] Diese Curiumisotope können aufgrund dieser sehr großen Wärmeentwicklung in Form von Curium(III)-oxid (Cm₂O₃) in Radioisotopengeneratoren zur Versorgung mit Elektrischer Energie z. B. in Raumsonden eingesetzt werden. Dafür wurde vor allem die Verwendung von ²⁴⁴Cm untersucht. Als Alphastrahler benötigt es nur eine dünnere Abschirmung als die Betastrahler, jedoch ist seine Spontanspaltungsrate und damit die Neutronen- und Gammastrahlung höher als die von ²³⁸Pu. Es unterlag daher wegen der benötigten dicken Abschirmung und starken Neutronenstrahlung sowie seiner kürzeren Halbwertszeit (18,1 Jahre) dem Plutonium ²³⁸Pu mit 87,7 Jahren Halbwertszeit.^[24]

[Bearbeiten] in Röntgenspektrometern

²⁴⁴Cm dient als α-Strahlenquelle in den vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelten α-Partikel-Röntgenspektrometern (APXS), mit denen die Mars-Rover Sojourner, Spirit und Opportunity auf dem Planeten Mars Felsen chemisch analysierten. Auch der Lander Philae der Raumsonde Rosetta ist mit einem APXS ausgestattet, um die Zusammensetzung des Kometen Tschurjumow-Gerasimenko zu analysieren.^[25]

[Bearbeiten] zur Herstellung anderer Elemente

Das ²⁴²Cm dient zur Erzeugung von Plutonium ²³⁸Pu für die Energieversorgung in Herzschrittmachern. Das so erzeugte ²³⁸Pu ist frei von störendem ²³⁶Pu.^[26]

Weiterhin ist es Ausgangsmaterial zur Erzeugung höherer Transurane und auch der Transactinoide. So führt zum Beispiel der Beschuss von ²⁴⁸Cm mit Sauerstoff- (¹⁸O) beziehungsweise Magnesiumkernen (²⁶Mg) zu den Elementen Seaborgium ²⁶⁵Sg beziehungsweise Hassium ²⁶⁹Hs/²⁷⁰Hs.^[27]

[Bearbeiten] Sicherheitshinweise

Da von Curium nur radioaktive Isotope existieren, darf es selbst sowie seine Verbindungen nur in geeigneten Laboratorien unter speziellen Vorkehrungsmaßnahmen gehandhabt werden. Die meisten gängigen Curiumisotope sind α-Strahler, weshalb eine Inkorporation unbedingt vermieden werden muss. Auch zerfällt ein Großteil der Isotope zu einem gewissen Anteil unter Spontanspaltung. Das breite Spektrum der hieraus resultierenden meist ebenfalls radioaktiven Tochternuklide stellt ein weiteres Risiko dar, das bei der Wahl der Sicherheitsvorkehrungen berücksichtigt werden muss.

Curium baut sich bevorzugt in die Knochensubstanz ein; 0,002 µg ²⁴⁴Cm gelten noch als unschädlich.^[28]

[Bearbeiten] Kernreaktor-Abfallproblematik

In wirtschaftlich sinnvoll (d. h. mit langer Verweildauer des Brennstoffs) genutzten Kernreaktoren entstehen physikalisch unvermeidlich Curiumisotope durch (n,γ)-Kernreaktionen mit nachfolgendem β^--Zerfall (siehe auch oben unter Gewinnung von Curiumisotopen). Eine Tonne abgebrannten Kernbrennstoffs enthält durchschnittlich etwa 20 g verschiedener Curiumisotope. Darunter befinden sich auch die α-Strahler mit den Massenzahlen 245–248, die auf Grund ihrer relativ langen Halbwertszeiten in der Endlagerung unerwünscht sind und deshalb zum Transuranabfall zählen. Eine Verminderung der Langzeitradiotoxizität in nuklearen Endlagern wäre durch Abtrennung langlebiger Isotope aus abgebrannten Kernbrennstoffen möglich. Zur Beseitigung des Curiums wird derzeit die Partitioning & Transmutation-Strategie verfolgt. Geplant ist hierbei ein dreistufiger Prozess, in welchem der Kernbrennstoff aufgetrennt und in Gruppen aufgearbeitet und endgelagert werden soll. Im Rahmen dieses Prozesses sollen abgetrennte Curiumisotope durch Neutronenbeschuss in speziellen Reaktoren zu kurzlebigen Nukliden transmutiert werden, welche dann endgelagert werden sollen.^[29]

[Bearbeiten] Verbindungen und Reaktionen

[Bearbeiten] Oxide

Curium wird leicht von Sauerstoff angegriffen. Von Curium existieren Oxide der Oxidationsstufen +3 (Cm₂O₃) und +4 (CmO₂).

Das schwarze Curium(IV)-oxid kann direkt aus den Elementen dargestellt werden. Hierzu wird metallisches Curium an Luft oder in einer Sauerstoffatmosphäre geglüht.^[30] Für Kleinstmengen bietet sich das Glühen von Salzen des Curiums an. Meistens werden hierzu Curium(III)-oxalat (Cm₂(C₂O₄)₃) oder Curium(III)-nitrat (Cm(NO₃)₃) herangezogen.

Aus Curium(IV)-oxid kann das weißliche Curium(III)-oxid durch thermische Zersetzung im Vakuum (ca. 0,01 Pa) bei 600 °C erhalten werden:^[30]

$\mathrm{4 \ CmO_2 \ \xrightarrow {\Delta T} \ 2 \ Cm_2O_3 \ + \ O_2}$

Ein weiterer Weg ist durch die Reduktion von Curium(IV)-oxid mit molekularem Wasserstoff gegeben:^[31]

$\mathrm{2 \ CmO_2 \ + \ H_2 \ \longrightarrow \ Cm_2O_3 \ + \ H_2O}$

Weiterhin ist eine Reihe ternärer oxidischer Curiumverbindungen des Typs M(II)CmO₃ bekannt.^[32]

[Bearbeiten] Halogenide

Von den vier stabilen Halogenen sind Halogenide des Curiums bekannt.

Das farblose Curium(III)-fluorid (CmF₃) kann durch Versatz von Cm(III)-haltigen Lösungen mit Fluoridionen erhalten werden. Das tetravalente Curium(IV)-fluorid (CmF₄) ist nur durch die Umsetzung von Curium(III)-fluorid mit molekularem Fluor zugänglich.^[6]
Eine Reihe komplexer Fluoride der Form M₇Cm₆F₃₁ (M = Alkalimetall) sind bekannt.^[33]

Das farblose Curium(III)-chlorid (CmCl₃) kann durch die Reaktion von Curium(III)-hydroxid (Cm(OH)₃) mit wasserfreiem Chlorwasserstoffgas dargestellt werden. Dieses kann genutzt werden, um die weiteren Halogenide, Curium(III)-bromid (hellgrün) und -iodid (farblos), zu synthetisieren. Hierzu wird Curium(III)-chlorid mit dem Ammoniumsalz des Halogenids umgesetzt:^[34]

$\mathrm{CmCl_3 \ + \ 3 \ NH_4I \ \longrightarrow \ CmI_3 \ + \ 3 \ NH_4Cl}$

[Bearbeiten] Chalcogenide und Pentelide

Von den Chalcogeniden sind das Sulfid und das Selenid bekannt. Sie sind durch die Reaktion von gasförmigem Schwefel oder Selen im Vakuum bei erhöhter Temperatur zugänglich.^[35]

Die Pentelide des Curiums des Typs CmX sind für die Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen und Antimon dargestellt worden.^[6] Ihre Herstellung kann durch die Reaktion von entweder Curium(III)-hydrid (CmH₃) oder metallischem Curium mit diesen Elementen bei erhöhter Temperatur bewerkstelligt werden.

[Bearbeiten] Einzelnachweise

↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Curium) entnommen.
↑ In Bezug auf ihre Gefährlichkeit wurde die Substanz von der EU noch nicht eingestuft, eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
↑ G. T. Seaborg, R. A. James, and A. Ghiorso, The New Element Curium (Atomic Number 96), NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record), Vol. 14B, The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No.22.2, McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, 1949.
↑ The New Element Curium (Atomic Number 96); Abstract.
↑ The New Element Curium (Atomic Number 96); Maschinoskript (Januar 1948).
↑ ^a ^b ^c ^d ^e L. R. Morss, N. M. Edelstein, J. Fuger: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements: Bd. 3, 2006, Springer.
↑ ^a ^b ^c G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, Nuclear Physics, Bd. A 729, 2003, S. 3–128.
↑ C&EN: It's Elemental: The Periodic Table – Americium.
↑ Patent Nr. 3161462 bei Google Patents.
↑ National Academy of Sciences – Isadore Perlman 1915–1991.
↑ L. B. Werner, I. Perlman: "First isolation of curium", J. Am. Chem. Soc. 1951, 73 (11), 5215–5217.
↑ Klaus Hoffmann: Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente Urania-Verlag; Leipzig, Jena, Berlin 1979; keine ISBN; S. 233.
↑ B. B. Cunningham, J. C. Wallmann: J. Inorg. Nucl. Chem. 1964, 26, 271–275.
↑ J. N. Stevenson, J. R. Peterson: J. Less Common Metals 1979, 66, 201–210.
↑ I. D. Eubanks, M. C. Thompson: Inorg. Nucl. Chem. Lett. 1969, 5, 187–191.
↑ Laserinduzierte orangefarbene Fluoreszenz eines Tris(hydrotris)pyrazolylborato-Cm(III)-Komplexes in Lösung, bei einer Anregungswellenlänge von 375 nm.
↑ ^a ^b V. Milman, B. Winkler, C. J. Pickard: "Crystal structures of curium compounds: an ab initio study", Journal of Nuclear Materials 2003 Nr. 322, S. 165–179.
↑ J.-C. G. Bünzli, G. R. Choppin: Lanthanide Probes in Life, Chemical and Earth Sciences, Elsevier, Amsterdam, 1989.
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1956; ISBN 978-3-11-017770-1.
↑ M. P. Jensen, A. H. Bond: "Comparison of Covalency in the Complexes of Trivalent Actinide and Lanthanide Cations", J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9870–9877.
↑ G. T. Seaborg: Radiochim. Acta 1993, 61, 115.
↑ Karlsruher Nuklidkarte 1998.
↑ Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Band 7 a, Transurane, Teil A 2, S. 289.
↑ Nuklide für RTGs (PDF) letzte Seite.
↑ www.bernd-leitenberger.de (Mars Pathfinder).
↑ Basiswissen-Kernenergie.
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1980–1981; ISBN 978-3-11-017770-1.
↑ dtv-Atlas zur Chemie 1981, Teil 1, S. 228.
↑ M. A. Denecke, A. Rossberg, P. J. Panak, M. Weigl, B. Schimmelpfennig, A. Geist: "Characterization and Comparison of Cm(III) and Eu(III) Complexed with 2,6-Di(5,6-dipropyl-1,2,4-triazin-3-yl)pyridine Using EXAFS, TRFLS, and Quantum-Chemical Methods", Inorg. Chem. 2005, 44, 23, 8418–8425.
↑ ^a ^b L. B. Asprey, F. H. Ellinger, S. Fried, W. H. Zachariasen: J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, 1707–1708.
↑ H. O. Haug: J. Inorg. Nucl. Chem. 1967, 29, 2753–2758.
↑ J. Fuger, R. G. Haire, J. R. Peterson: J. Alloys Compds. 1993, 200, 181–185.
↑ T. K. Keenan: Inorg. Nucl. Chem. Lett. 1967, 3, 391–396.
↑ L. B. Asprey, T. K. Keenan, F. H. Kruse: Inorg. Chem. 1965, 4, 985–986.
↑ D. Damien, J. P. Charvillat, W. Müller: Inorg. Nucl. Chem. Lett. 1975, 11, 451–457.

[Bearbeiten] Literatur

Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007; ISBN 978-3-11-017770-1.
L. R. Morss, N. M. Edelstein, J. Fuger: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1.
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Band 7 a, Transurane: Teil A 1 I, S. 34–38; Teil A 1 II, S. 18, 315–326, 343–344; Teil A 2, S. 44–45, 164–175, 185–188, 289; Teil B 1, S. 67–72.