Curiumia voidaan tuottaa pommittamallauraania taiplutoniumia neutroneillaydinreaktoreissa. Tonni käytettyäydinpolttoainetta sisältää noin 20 grammaa curiumia. Luonnossa sitä ei tavata. Curiumia voidaan käyttää kannettavana energianlähteenäydinparistona, koska sen radioaktiivisuus synnyttää lämpöä. Curiumilla toimivia ydinparistoja on käytetty navigaatiopoijuissa ja avaruustutkimuksessa. Curiumin avulla valmistettua plutoniumin238Pu-isotooppia on käytetty jopasydämentahdistimien voimanlähteenä.[7]
Curiumia valmistivat ensimmäisenäGlenn T. Seaborg,Ralph A. James, Leon O. Morgan jaAlbert Ghiorso vuonna 1944 pommittaessaan plutoniumin239Pu-isotooppiaalfahiukkasillasyklotronissa. Louis B. Werner jaIsadore Perlman valmistivat vuonna 1947 ensimmäisen kerran punnittavissa olevia määriä curiumia (40 µg epäpuhdasta242Cm-oksidia). Vuonna 1951 onnistuttiin ensimmäisen kerran valmistamaan puhdasta metallista curiumia. Nimen curium saiMarie jaPierre Curiesta. Vaikka curium löydettiin ennen sitä jaksollisessa järjestelmässä edeltävääamerikiumia, sen ominaisuuksista tiedetään edelleen vähemmän kuin amerikiumista. Curium on järjestysluvultaan suurin alkuaine, jota on voitu valmistaa grammamääriä.[7][8][9][10]
Curium on kovaa, tiheää, taottavaa, kiiltävää metallia ja väriltään hopeanvalkoista. Se muistuttaa sekä fysikaalisilta että kemiallisilta ominaisuuksiltaangadoliniumia. Curiuminsulamispiste 1 340 °C on huomattavasti korkeampi kuin sitä edeltävien transuraanien (neptunium 637 °C,plutonium 639 °C jaamerikium 1 173 °C), mutta lähellä gadoliniumin sulamispistettä 1 312 °C.[11] Curiuminkiehumispiste on 3 110 °C.[12] Curiumin tiheys on 13,5 g/cm3, mikä on huomattavasti vähemmän kuin neptuniumilla (20,45 g/cm3) ja plutoniumilla (19,8 g/cm3), mutta suurempi kuin useimmilla muilla metalleilla.[2]
Curiumilla on kolmekiderakennetta[a], joista α-Cm on vakain huoneenlämpötilassa. Sen alkeiskoppi on heksagonaalinen tiivispakkaus (dhcp, avaruusryhmäP63/mmc,hilavakiot a = 349 pm ja c = 1133 pm[b]), joka on samanlainen kuinα-lantaanilla.[11] Paineen kasvaessa 23 gigapascalin yli, edelleen huoneenlämpötilassa, α-Cm muuttuu β-Cm-muodoksi. Tällä on pintakeskinen kuutiollinen symmetria (fcc, avaruusryhmäFm3m) ja hilavakio a = 493 pm. Jos paine kasvaa yli 43 GPa, curium muuttuu ortorombiseksi γ-Cm (Im3m) -rakenteeksi, joka on samanlainen kuin α-uraanilla. Muita rakenteenmuutoksia ei ole havaittu 52 GPa paineeseen saakka.[11][13]
Metallinen curium saa ilmassa nopeasti pinnalleen oksidikerroksen, joka voi olla aluksi CmO-oksidia muuttuencurium(III)oksidiksi Cm2O3 huoneenlämpötilassa ja edelleen CmO2-oksidiksi lämpötilan kasvaessa. Curium-metalli on alttiimpaakorroosiolle kuin sitä edeltävät aktinoidit. Tämä johtuu ainakin osittain sen radioaktiivisuuden aiheuttamasta itselämpeämisestä. Se liukenee useimpiin happoihin. Hienojakoinen curium onpyroforista.[14]
Curiuminresistiivisyys huoneenlämpötilassa on 1,25 µΩ·m, ja se kasvaa nopeasti lämpötilan noustessa.[15]
Curiumionit esiintyvät liuoksissa lähes yksinomaanhapetusluvulla +III. Hapetusluvun +IV yhdisteitä ovat vain muutamat kiinteät aineet, kuten oksidi CmO2 jafluoridi CmF4. Liuoksissa curium(IV) voi esiintyä vain erittäin hapettavissa olosuhteissa, ja se pelkistyy helposti curium(III):ksiradiolyysillä tai jo pelkän veden vaikutuksesta. Liuoksissa curium(III)-ionit ovat värittömiä tai heikosti vihertäviä, kun taas +IV-ionit ovat kellertäviä. Kokeelliset havainnot suuremmista hapetusluvuista kuin +IV ovat hyvin vähäisiä. Curiumin kemiallinen käyttäytyminen poikkeaatoriumista ja uraanista, mutta muistuttaa amerikiumia ja useitalantanoideja. Sen läheisin lantanoidianalogi ongadolinium. Curiumionit ovatLewisin happoja ja muodostavat ioniluonteisia sidoksia.[16][17]
Curium esiintyy usein oksideinaan. Mustaa curium(IV)oksidia CmO2 syntyy curiumin hapettuessa ilman vaikutuksesta. Valkoistacurium(III)oksidia Cm2O3 (sulamispiste 2270±25 °C) on valmistettu hajottamalla244CmO2:ta 600 °C lämpötilassa ja alhaisessa paineessa.[18] Myös harvinaisempi CmO on olemassa.[19]
Curiuminhalideista tunnetaan hapetusluvun +III yhdisteet CmF3, CmCl3, CmBr3 ja CmI3 sekä +IV hapetusluvun CmF4 ja useita muita monimutkaisempia fluorideja.[20] Halideista CmF4 on väriltään ruskeaa, muut valkoisia. Curiumfluoridin CmF3 sulamispiste on 1 406 °C, curiumkloridin CmCl3 695 °C ja curiumbromidin CmBr3 625 °C.[21]
Curiumoksykloridia CmOCl saadaan, kun curiumkloridi CmCl3 tai oksidi Cm2O3 reagoi vesihöyryn kanssa 500–600 °C lämpötilassa.[22] Myös ruskea oksysulfaatti Cm2O2SO4 on olemassa, samoin kuin oksysulfidi Cm2O2S, jota saadaan kun oksysulfaattia kuumennetaan 800 °C lämpötilaan vedyn jaargonin seoksessa.[23]
Curiumin hydridit tunnetaan huonosti. Curiumdihydridiä CmH2 valmistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1970244Cm-metallin reagoidessa vedyn kanssa 200–250 °C lämpötilassa. Myös kiderakenteeltaan trigonaalinen curiumtrihydridi CmH3 tunnetaan.[24]
Metallista curiumia voidaan valmistaa pelkistämällä curiumfluoridia CmF3bariumilla tailitiumilla yli 1 300 °C lämpötilassa.[26] Toinen tapa on pelkistää curiumoksidiamagnesiumilla magnesium-sinkki seoksen sulatteessa.[27]
Curiumista tunnetaan ainakin 20 isotooppia, joidenmassaluvut ovat välillä 233–252. Kaikki ovat radioaktiivisia. Ainoastaan isotooppeja242Cm,244Cm, ja248Cm voidaan tuottaa niin suuria määriä, että niitä voidaan käyttää kemian tutkimukseen. Lisäksi curiumilla on vähintään seitsemänisomeeria.[28][29]
Taulukossa on curiumin isotooppien kriittisiä massoja pallomaiselle kappaleelle, ilmanneutronimoderaattoria tai -heijastinta. Metallisella heijastimella (30 cm terästä), parittomien isotooppien kriittiset massat ovat noin 3–4 kg. Kun heijastimena on vesi (paksuus ~20–30 cm), kriittinen massa voi olla niinkin pieni kuin 59 grammaa245Cm:lle, 155 grammaa243Cm:lle ja 1 550 grammaa247Cm isotoopille.[30] Jos245Cm- ja247Cm-isotoopeilla on todellakin näin pieni kriittinen massa, niitä voitaisiin teoriassa käyttää kannettavissaydinaseissa plutoniumin taiuraanin sijasta, mutta tällaisista ei ole julkista tietoa saatavilla.243Cm ei sovellu ydinaseeseen, koska sillä on lyhyt puoliintumisaika ja sen voimakas α-säteily aiheuttaa ylikuumenemista. Näissä luvuissa on kuitenkin merkittävää epätarkkuutta. Kriittisten massojen virherajat ovat yleensä noin 20 %. Joissakin tutkimuksissa on242Cm- ja246Cm-nuklidien kriittisiksi massoiksi arvioitu 371 kg ja 70,1 kg.[31]
Mars Exploration Rover Spirit -tutkimusmönkijän alfahiukkasröntgenspektrometri.
Vaikka curiumia voitaisiin teoriassa käyttää ydinpolttoaineena, niin ei kuitenkaan tehdä sen huonon saatavuuden ja korkean hinnan takia. Curiumin isotooppeja242Cm ja244Cm on tutkittu käytettäviksi kannettavana energianlähteenä avaruustekniikassa ja lääketieteessä, koska ne voivat synnyttää lämpöenergiaa peräti 122wattia (242Cm) ja 2,8 wattia (244Cm) grammaa kohti.[28] Isotooppi243Cm, jonka puoliintumisaika on noin 30 vuotta, voisi myös soveltua tähän, sillä se tuottaa lämpöä ~1,6 W/g, mutta sen hajoamistuotteet säteilevät voimakasta beeta- jagammasäteilyä. Eniten lämpöä tuottavan242Cm-isotoopin haitta taas on korkea hinta, noin 2 000 Yhdysvaltain dollaria grammaa kohden[32], minkä takia sitä ei ole tähän tarkoitukseen juurikaan käytetty. Vaikka244Cm on α-säteilijä, se hajoaa myösspontaanilla fissiolla tuottaen suuren määrän neutroneita ja gammasäteilyä. Verrattuna238Pu-isotooppia käyttäväänradioisotooppiseen termosähkögeneraattoriin,244Cm emittoi 500 kertaisesti neutroneja ja sen gammasäteily vaatii 20 kertaa paksumman säteilysuojauksen (noin 2 tuumaa lyijyä 1 kW voimanlähteelle, verrattuna 0,1 tuumaa vastaavalle238Pu-paristolle). Säteilyltä suojaaminen sekä curiumin kalleus ja valmistamisen hankaluus rajoittavat sen käyttöä voimanlähteenä.[32]
Lupaavin sovellus242Cm-isotoopille on tuottaa siitä plutoniumin isotooppia238Pu, joka soveltuu paremmin ydinparistoihin.238Pu:ta on käytetty jopa sydämentahdistimien voimanlähteenä.[33] Curiumia pommittamalla voidaan tuottaa myös sitä raskaampia alkuaineita. Esimerkiksi törmäyttämällä248Cm kohtiotahapella taimagnesiumilla voidaan tuottaatransaktinoidiseaborgiumin isotooppia (265Sg) taihassiumia (269Hs ja270Hs).[34]
Curiumia ei esiinny luonnossamaapallolla, muuta kuin ihmisen toiminnan seurauksena. Maailmankaikkeudessa curiumia syntyysupernovienr-prosessissa ja pienemmissä "kilonovissa"neutronitähtien sulautuessa yhteen. On todisteita että curiumia oli maapallollaaurinkokunnan syntyessä, mutta koska aikaa on kulunut jo noin 290 curiumin pitkäikäisimmän isotoopin247Cm puoliintumisaikaa, kaikki olemassa ollut curium on jo hajonnut.[36][37]
Curiumia on käytetyssäydinpolttoaineessa, jossa sen pitkäikäisemmät isotoopit245Cm ja246Cm (puoliintumisajat tuhansia vuosia) osaltaan vaikeuttavatydinjätteen loppusijoitusta.[38]
Ympäristössä curium ei liukene juurikaan veteen, mutta kiinnittyy tiukasti maaperän hiukkasiin.[39]
Kaikki curiumin isotoopit, etenkin alfahajoavat isotoopit, joiden puoliintumisaika on lyhyt, ovat vaarallisia organismeille elimistöön päästessään.243Cm,245Cm,247Cm ja250Cm on luokiteltu myös ulkoisesti vaarallisiksi ihmisille. Lisäksi jotkut curiumin hajoamistuotteet ovat vaarallisia korkeanbeeta- taigammasäteilynsä vuoksi. Laboratoriossa kaikki makroskooppisten määrien käsittely tehdään aina eristetyssä kaapissa.[39]
Curiumia on helpompi saada elimistöön hengittämällä kuin suun kautta nautittuna, koska vain 0,05 % ruuan mukana tulleesta curiumista jää elimistöön. Noin 45 % curiumista, joka on päässyt verenkiertoon, kerääntyy maksaan, 45 % jää luihin ja lopuista 10 %:sta suurin osa poistuu ulosteen mukana.Biologinen puoliintumisaika luustossa on 50 vuotta, maksassa 20 vuotta. Elimistössä curium aiheuttaasyöpää.[39]
Lumetta, Gregg J. et al.: ”luku 9”, Curium, s. 1397–1443. (Teoksessa: Morss, Lester R. et al. (toim.)The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, 3. painos) Dordrecht: Springer, 2006. ISBN 1402035985Teoksen verkkoversio (PDF). (englanniksi)
↑Werner, L. B. & Perlman, I.: First Isolation of Curium. Journal of the American Chemical Society, 1951, 73. vsk, nro 1, s. 5215–5217. American Chemical Society.Artikkelin verkkoversio. Viitattu 30.11.2016. (englanniksi)
↑Benedict, U. & Haire, R. G. & Peterson, J. R. et al.: Delocalisation of 5f electrons in curium metal under high pressure. Journal of Physics F: Metal Physics, 1985, 15. vsk, nro 2. IOP Publishing.Artikkelin verkkoversio. Viitattu 4.2.2017. (englanniksi)
↑Schenkel, R.: The electrical resistivity of244Cm metal. Solid State Communications, 1977, 23. vsk, nro 6, s. 389–392. Elsevier.Artikkelin verkkoversio. Viitattu 8.11.2016. (englanniksi)
↑Eubanks, I. D. & Thompson, M. C.: Preparation of Curium Metal. Inorganic and Nuclear Chemistry Letters, maaliskuu 1969, 5. vsk, nro 3, s. 187–191. doi:10.1016/0020-1650(69)80221-7(englanniksi)
↑Okundo, H. & Kawasaki, H.: Critical and Subcritical Mass Calculations of Curium-243 to -247 Based on JENDL-3.2 for Revision of ANSI/ANS-8.15. Journal of Nuclear Science and Technology, 2002, 39. vsk, nro 10, s. 1072–1085. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 29.11.2016. (englanniksi)
↑abG.L. Kulcinski: Basic elements of static RTGs (pdf) (NEEP 602 Course Notes, Nuclear Power in Space) 2000. University of Wisconsin Fusion Technology Institute. Arkistoitu 15.2.2013. Viitattu 3.11.2016. (englanniksi)
↑Brennecka, G. A.; Weyer, S.; Wadhwa, M.; Janney, P. E.; Zipfel, J. & Anbar, A. D.: 238U/235U Variations in Meteorites: Extant247Cm and Implications for Pb-Pb Dating. Science, 22.1.2010, 327. vsk, nro 5964, s. 449-451. doi:10.1126/science.1180871Artikkelin verkkoversio. Viitattu 15.1.2019. (englanniksi)
↑Thornton, Brett F. & Burdette, Shawn C.: Neutron stardust and the elements of Earth. Nature Chemistry, 14.12.2018, 11. vsk, nro 1, s. 4-10. doi:10.1038/s41557-018-0190-9Artikkelin verkkoversio. Viitattu 15.1.2019. (englanniksi)
