عنصر کوریوم (Curium) با نماد شیمیایی Cm، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۹۶ می باشد. این عنصر در حقیقت نود و ششمین عنصر از جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه IIIB و تناوب هفتم جدول تناوبی قرار گرفته است. در واقع عنصر کوریوم یک فلز واسطه (Transition Metals) رادیواکتیو به رنگ نقره ای و از عناصر سنتزی گروه آکتینید ها است. این فلز با عناصر اسکاندیم (Sc)، ایتریم (Y) و لانتان (La)، در گروه سه واسطه جدول تناوبی قرار دارد. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر کوریم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر کوریوم
عنصر کوریوم برای اولین بار در سال ۱۹۴۴ میلادی، توسط گروه دانشمندان آمریکایی یعنی گلن سیبورگ (GlennT.Seaborg)، رالف جیمز (Ralph James)و آلبرت غیورسو (Albert Ghiorso)به وسیله سیکلوترون ۶۰ اینچی و در دانشگاه کالیفرنیا برکلی سنتز شد. در واقع، تکه ای از فلز تازه کشف شده پلوتونیم (ایزوتوپ ۲۳۹ آن) را با ذرات آلفا (یون هلیم) بمباران کردند. سپس نمونه را به آزمایشگاه متالورژی دانشگاه شیکاگو فرستادند. در نهایت توانستند نمونه بسیار کوچکی از عنصر کوریوم را جداسازی و شناسایی کنند. با این وجود تا بعد از پایان جنگ جهانی دوم، اخبار مربوط به کشف عنصر کوریم افشا نشد.
سه سال بعد مقادیر قابل مشاهده هيدروكسيد كوريم (تركيبي متمايل به زرد) توسط ورنر (Werner) و پرلمن (Perlman) جداسازی شد. در نهایت و در سال ۱۹۵۱ میلادی، همین گروه توانستند عنصر کوریوم را به شکل فلزی خالص برای نخستین بار تهیه کنند. اعلام کشف عنصر کوریم، به روشی غیر معمول صورت گرفت. در حقیقت گلن سیبورگ که در تاریخ ۱۱ نوامبر ۱۹۴۵ میلادی، در یک برنامه رادیویی به عنوان دانشمند مهمان برای کودکان شرکت کرده بود، کشف این عنصر را اعلام نمود. لازم به ذکر است که اعلام رسمی آن، یک هفته بعد انجام شد. نام این عنصر به پاس زحمات و به افتخار دو شیمیدان برجسته تاریخ یعنی پیر و ماری کوری، کوریم نام گرفته است.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۹۶ جدول تناوبی
با وجود آنکه عنصر كوريوم در سیستم تناوبی، بعد از عنصر امرسیم قرار دارد، اما در واقعیت قبل از امرسیوم شناخته شده است. بنابراین می توان گفت که سومین عنصر ترا اورانیوم کشف شده، كوريوم است. این عنصر از بمباران عناصر پلوتونیوم و امریسیوم با نوترون سنتز می شود. به بیان دیگر، با بمباران هسته ای عنصر پلوتونیوم در رآکتور های هسته ای می توان مقادیر بسیار کم از این عنصر را تهیه نمود. به دلیل زنجیره جذب نوترون و همچنین فروپاشی های اشعه بتا که به وسیله شار ضعیف نوترون های موجود در سنگ های معدنی اورانیوم انجام می شود، احتمال وجود مقادیر بسیار اندک کوریم در منابع اورانیوم طبیعی وجود دارد. با این وجود، تا کنون کوریم طبیعی کشف نشده است.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر کوریوم
عنصر کوریوم، فلزی پرتوزا و رادیواکتیو است. این عنصر از عناصر سری اکتینید ها (بلوک- f) محسوب می شود كه فقط به صورت مصنوعي توليد شده است. فلز کوریم انعطاف پذیر است و در هوا به سرعت کدر می شود. عنصر کوریم از برخی جهات شبیه عنصر گادولینیوم می باشد، اما ساختار بلوری پیچیده تری دارد. عنصر شماره ۹۶ جدول تناوبی از نظر شیمیایـــی نیز فعال می باشد و نسبت به عنصر آلومینیوم الکتروپوزتیو تراست.
خصوصیات قابل توجه کوریوم از ساختار اتمی آن ([۸۶Rn] 5f۷۶d۱۷s۲) ناشی می شود. همان طور که مشخص است، زیر لایه f در این عنصر در حال پر شدن است. این عنصر نیز همانند عناصر لانتانید ها و اکتینید ها و به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته فلزات واسطه داخلی (Inner Transition Metals) قرار می گیرد. در واقع در این دسته از عناصر، الکترون های متمایز کننده در لایه های F(n-2) لایه ظرفیت که در واقع تراز های درونی تر هستند قرار می گیرند. به همین دلیل، به عناصر واسطه داخلی معروف می باشند. این عناصر جزء عنصر های فلزات واسطه قرار می گیرند. فلزات واسطه در حقیقت بین فلزات قلیایی خاکی (گروه دوم) و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود.
با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که تعداد زیادی الکترون در دورترین لایه الکترونی کوریوم وجود دارد. پس می تواند در ترکیبات به صورت کاتیون های مختلف ظاهر شود. حالت اکسیداسیون آن بیشتر ۳+ است. از این رو می تواند در سه پیوند کووالانسی شرکت کند. به عبارت دیگر، بیشتر ترکیبات کوریوم سه ظرفیتی و به رنگ زرد کم رنگ می باشند.
خواص ویژه کوریم
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب ۱۳۴۰ و ۳۱۱۰ درجه سانتی گراد است.
- عنصر کوریوم پارا مغناطیس است.
- ساختار بلوری آن به شکل شش گوشه (Hexagonal) است.
- این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی کوریوم برابر با ۲۴۷ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۳.۵۱ g/cm۳ می باشد.
- شعاع اتمی آن نیز برابر با ۱۷۴ pm تخمین زده می شود.
- یون های کوریوم معمولا اعدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۳ ، +۴، +۵ و +۶ دارند. در حقیقت یک اکسید آمفوتری محسوب می شود. اعداد اکسایش ۰ و +۳ متداول تر می باشند.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۵۸۱ kJ/mol است.
اکتینید ها
کلمه اکتینید (Actinide) به معنای شبیه اکتینیوم است که به طور کلی با نماد شیمیایی An نمایش داده می شود. این گروه شامل تعدادی از عناصر شيميايي است که خواص شيميايي مشابهي دارند. همانطور که واضح است، نام این سری از عناصر، از عنصر آکتینیوم گرفته شده است. از این جهت، خواص شیمیایی این عناصر شبیه به عنصر اکتینیوم خواهد بود. اکتینید ها در واقع از ۱۵ عنصر با عدد های اتمی ۸۹ تا ۱۰۳ تشکیل شده اند. این گروه از عناصر با فلز اکتینیوم آغاز و به فلز لارنسیوم ختم می شود. به دلیل کمبود جا در جدول تناوبی عناصر و از آن جهت که نظم و ترتیب جدول بهم نخورد، این گروه از عناصر در یک ردیف ۱۴ تایی در پایین جدول و زیر سری لانتانید ها قرار گرفته اند.
در این دسته از عناصر، زیر لایه ۵ اف عناصر در حال پر شدن است. از آنجاییکه تراز های انرژی ۵f و ۶d بسیار به هم نزدیک می باشند، بنابراین با قطعیت نمی توان گفت که در هنگام وارد کردن الکترون ها در عناصر مختلف، اول کدام یک از این تراز ها پر می شود. اما به صورت کلی پر شدن اوربیتال ها در این ردیف از عناصر به ترتیب ۵f و بعد ۶d می باشد. لازم به ذکر است که تمامی اکتینید ها به جز فلز اکتینیم جز بلوک f جدول تناوبی هستند. عنصر اکتینیم جز عناصر بلوک d جدول تناوبی محسوب می شود، اما خواص آن شبیه به چهارده اکتینید دیگر است.
خواص ویژه اکتینید ها
از عنصر چهارم این سری به بعد که به عناصر ترانس اورانیوم مشهورند، اغلب در طبیعت یافت نمی شوند. تمامی اکتینید ها هسته ناپایدار دارند، بنابراین جز عناصر پرتوزا محسوب می شوند. این عناصر، معمولا فلزاتی متراکم، نرم، انعطاف پذیر، چگالی بالا و الکتروپوزیتیو هستند. برخی از آنها با چاقو به راحتی برش می خورند. ممکن است آلوتروپ های زیادی تشکیل دهند. معمولا خاصیت پارامغناطیسی نشان می دهند. این فلزات در دمای اتاق جامد بوده و در هوا، خود به خودی آتش می گیرند. با عناصر گروه هالوژن ها، کالکوژن ها و یا کربن (تشکیل ترکیبات اورگانو اکتینید) واکنش می دهند. همچنین با آب جوش و اسید های رقیق، گاز هیدروژن آزاد می نمایند. توجه کنید که برای مطالعه اکتینید ها، ساختار هسته عناصر نسبت به آرایش الکترونی آنها از اهمیت بیشتری برخوردار است.
لازم به ذکر است که اکتنيد ها نسبت به لانتانيد ها، شباهت رفتاری کمتری را نشان می دهند. اما توجه داشته باشید که شیمی اکتینید ها در مقایسه با شیمی لانتانید ها بسیار پیچیده تر است. زیرا عناصر سری اکتینید ها چندین حالت اکسایش مختلف از خود نشان می دهند. بعد از عنصر امیرسیم، حالت اکسایش عمده برای این سری از عناصر، حالت اکسایش سه است. بنابراین این دسته از عناصر رفتاری شبیه لانتانید ها نشان می دهند.
ایزوتوپ های عنصر کوریوم
ایزوتوپ های یک عنصر، در تعداد نوترون ها با یکدیگر فرق دارند. عنصر کوریوم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۴۲Cm است که در سال ۱۹۴۴ میلادی کشف شد. از آنجاییکه کوریم، عنصری مصنوعی است، بنابراین ایزوتوپ پایدار ندارد. همانطور که بیان شد، این عنصر به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ای تولید می گردد. در نتیجه نمی توان برای آن جرم اتمی استاندارد تعریف کرد. ۱۹ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر کوریوم شناسایی شده است. رادیوایزوتوپ ۲۴۷Cm پایدار ترین ایزوتوپ کوریم با نیمه عمر ۱۵.۶ میلیون سال است. توجه داشته باشید که در مقایسه با عمر زمین، آنقدر کوتاه است که احتمالا تمام کوریم های اولیه در سال های بسیار دور از زمین ناپدید شده اند. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۳۳ تا ۲۵۱ amu می باشند.
کاربرد های عنصر کوریوم
عنصر کوریوم خیلی کم کاربردی خارج از پژوهش های علمی و تحقیقاتی دارد. رادیو ایزوتوپ ۲۴۴Cm به منظور تامین برق مورد نیاز تجهیزات الکتریکی در ماموریت های فضایی کاربرد دارد. این ایزوتوپ پرتوزا همچنین در طیف سنج آلفا- پروتون اشعه X(APXS)، که در حقیقت فراوانی عناصر را در سنگ ها و سطح سیاره مریخ اندازه گیری می کند، مورد استفاده قرار گرفته است. به عبارت دیگر، رادیو ایزوتوپ ۲۴۴Cm ساتع کننده قوی اشعه آلفا می باشد. بنابراین به عنوان یک منبع قدرت در ژنراتور های ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTGs) جهت استفاده در هواپیما ها و یا سایر وسایل از راه دور در نظر گرفته می شود. لازم به ذکر است که تحقیقات بر روی این کاربرد، همچنان در دست مطالعه است.
ترکیبات عنصر کوریوم
عنصر کوریوم به راحتی می تواند با اکسیژن، گوگرد و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید، سولفید و هالید ها را تولید نماید. از جمله ترکیبات عنصر شماره ۹۶ جدول تناوبی می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- دی هیدرید کوریوم (CmH۲)
- تری هیدرید کوریوم (CmH۳)
- اکسید کوریوم (CmO)
- دی اکسید کوریوم (CmO۲)
- تری اکسید دی کوریوم (Cm۲O۳)
- هیدروکسید کوریوم (Cm(OH)۳)
- تری کلرید کوریوم (CmCl۳)
- تری فلوئورید کوریوم (CmF۳)
- تترا فلوئورید کوریوم (CmF۴)
- تری برمید کوریوم (CmBr۳)
- نیترات کوریوم (Cm(NO۳)۳)
خطرات کوریم بر روی سلامتی انسان
عنصر کوریم نقش زیست شناختی مشخصی ندارد، اما به دلیل پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، باید مراقب بود. این عنصر از طریق خوردن غذا، آشامیدن آب آلوده به آن و یا تنفس گرد و غبار آلوده به کوریم، وارد بدن انسان می شود. جذب گوارشی از طریق غذا، عامل اصلی نهشته شدن عنصر کوریم در بدن انسان است. دقت داشته باشید که اگر کوریم از راه های تنفسی وارد بدن انسان شود، آسان تر از زمانیکه از طریق گوارش وارد بدن ما می شود، در بدن حرکت می کند. می توان گفت که مهمترین عارضه ناشی از این ماده شیمیایی، تومور های استخوانی می باشند. این تومور ها در اثر تابش های یونیزه ای در بدن بوجود می آیند که از ایزوتوپ های کوریم منتشر شده و بر روی سطح استخوان ها نهشته می شوند.
از طرفی دیگر، وقتی که عنصر کوریم در استخوان ها متمركز مي شود، ساز و كار شكل گيری گلبول هاي قرمز را تغییر داده و آنها را با تابش سمي از بين مي برد. در موش هایی که رادیوایزوتوپ های کوریم ۲۴۲ و کوریم ۲۴۴ از طریق تزریق وریدی وارد بدن آنها شده بود، سرطان استخوان مشاهده شده است. در حالیکه در موش هایی که از راه تنفس آلوده به کوریوم شده بودند، سرطان ریه و کبد مشاهده شده است.
