Küriyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı, İzotopları)

Küriyum, radyoaktivite teorisinin öncüsü fizikçiler Curie çifti onuruna isimlendirilen yapay bir elementtir. Radyoaktifliği çok yüksek bir aktinittir.

Küriyum, doğada bulunmayan, yapay olarak elde edilebilen radyoaktif elementlerden biridir. Sentezi zor olan küriyum, bilinen en ağır elementlerdedir. Radyoaktif izotopları, jeolojik zaman ölçeğinde hızla bozunur. Uranyum ötesi (transuranyum) bir aktinittir. Radyoaktivite teorisinin temelini atan nükleer fizikçi Marie Curie ve manyetizmanın öncülerinden eşi Pierre Curie onuruna “curium (İngilizce)” adı verilmiştir. Doğal kaynaklarda henüz tespit edilemeyen küriyum, nükleer reaktörlerde veya laboratuar ortamında elde edilebilir. Küriyum, uzay araştırmalarında önemli bir alfa kaynağıdır. Devamını makalemizde bulabilirsiniz.

(Glenn T. Seaborg ve Marie Curie)

Tarihçesi

Küriyum, 1944 yılında Amerikalı kimyager Gleen T. Seaborg, Albert Ghiorso ve Ralph A. James tarafından Amerika Birleşik Devletleri’nde keşfedilmiştir. Kaliforniya Üniversitesi’nde sentezlenen küriyum, Chicago Üniversitesi’nde kimyasal olarak tanımlanmıştır.

Seaborg ve ekibi, (Berkeley) Kaliforniya Üniversitesi’nde yeni ve oldukça radyoaktif bir element sentezlemek için yaptıkları araştırmalar kapsamında 60 inçlik siklotron adı verilen hızlandırıcıda, helyum atomlarıyla (alfa parçacıkları) Plütonyum-239 atomlarını bombardımana tuttu. Ekip, bu yöntemle sentezlenen yeni elementi tanımlamak için Chicago Üniversitesi bünyesindeki metalürji laboratuvarında (yeni adı Argonne Ulusal Laboratuvarı), çürüme zinciri sırasında yayılan parçacıkların enerjisini inceledi. Yaptıkları incelemeler sonucu sentezledikleri maddenin 162,8 gün yarılanma ömrüne sahip ve oldukça karasız Küriyum-242 izotopu olduğu tespit edildi. Her nükleer reaksiyon, bir Küriyum-242 atomuna ek olarak bir nötron üretti.

Küriyum keşfi, nükleer silah üretim programı olan Manhattan Projesi kapsamında gerçekleşti. İkinci Dünya Savaşı sebebiyle bir süre gizli tutulduktan sonra 11 Kasım 1945 tarihinde açıklandı. Seaborg, küriyum keşfiyle ilgili ilk sunumu Amerikan Kimya Derneği’nin toplantısında yaptı. Ancak Seaborg, resmi duyurudan 5 gün önce 6 Kasım 1945 tarihinde NBC’nin çocuk radyosundaki ‘Quiz Kids’ adlı bir programda 95 (amerikyum) ve 96 (küriyum) numaralı elementlerin keşfedildiğini açıklamıştı. Seaborg’un bir çocuk radyosunda iki yeni elementin keşfedildiğini açıklaması “olağan dışı” olarak yorumlandı.

Küriyum hidroksit formundaki Küriyum-242 izotopunun görünür miktarları ilk olarak 1947 yılında Kaliforniya Üniversitesi kimyagerlerden Louis Werner ve İsadore Perlman tarafından izole edilmiştir. Werner ve Perlman, Amerikyum-241 izotopunu yavaş hareket eden nötronlarla 1 yıl boyunca bombardımana tutarak Küriyum-242’yi izole etmiştir. Metalik küriyum, ilk kez 1952 yılında aynı üniversiteden üç bilim adamı tarafından hazırlanmıştır.

“Küriyum” kelimesi, nükleer fizikçiler Pierre ve Marie (Sklodowska) Curie çiftinin soyadlarından esinlenilerek türetilen bir sözcüktür. Curie çifti, radyoaktiviteyle ilgili çalışmalarından dolayı bir elemente adları verilerek onurlandırılmıştır.

Polonya asıllı Fransız kimyager ve fizikçi olan Marie Curie, radyoaktivite üzerine yaptığı çalışmalar sebebiyle fizik (1903) ve kimya (1911) dalında Nobel ödülü kazanmıştır. Aynı zamanda radyoloji biliminin kurucusudur. Fransız fizikçi Pierre Curie ise, manyetizma, kristal bilimi, piezoelektrik ve ışınetki bilimin öncülerindendir. Eşi ile birlikte 1903 yılında fizik dalında Nobel ödülünü paylaşmıştır. Curie çifti, aynı zamanda radyum ve polonyumu da keşfetmiştir. Marie Curie, radyum kaynaklı kanser sebebiyle hayatını kaybetmiştir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Küriyumun kimyasal sembolü “Cm”dir. Atom numarası 96, atom ağırlığı 247’dir. Yoğunluğu 13,5 grcm3’tür. Erime noktası 1067 derece, kaynama noktası 3110 derecedir. Atom yarıçapı 299 pm’dir. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 27, 8, 1” şeklindedir. Oksidasyon durumu “+3” şeklindedir. Bileşiklerinin +2 değerlikli olduğu görülmemiştir. Küriyum, periyodik tabloda 7. Periyot, F-Blok’ta yer alan bir elementtir. Aktinitler, yani radyoaktif nadir toprak element serisinin bir üyesidir. Kimyasal özellikleri bakımından tortumla benzerlik gösterir.

Küriyum, gümüş renginde katı bir metaldir. Saf küriyum; sert, kırılgan, dövülebilir, yumuşak ve parlak gümüşîdir. Kimyasal olarak reaktiftir. Elektropozitifliği yüksektir. Havada kolayca oksitlenir ve yüzeyi koruyucu bir film tabakası ile kaplanır. Trivalent (+3 değerlikli) küriyumun birçoğu kararlıdır, açık sarı veya sarı-yeşil renktedir. Seyreltik çözeltilerde hızla çözünerek Cm (III) çözeltileri oluşturur. Bugüne kadar elde edilen bileşikleri şunlardır; küriyum dioksit, küriyum trioksit, küriyum bromür, küriyum klorür, küriyum tetraflorür ve küriyum iyodür.

(Küriyum, yüksek radyoaktifliği sebebiyle suda kaynar, karanlıkta parlar.)

İzotopları

Küriyum, doğal olarak oluşmaz. Nükleer reaktörlerde uranyum ve plütonyumun nötronlarla bombardımanı sonucu sentezlenir. Kullanılmış nükleer yakıtlarda da küçük miktarlarda bulunur. Sadece laboratuar ortamında sentezlenebilir.

Küriyumun atom kütle numaraları 233 ila 252 arasında değişen 20 izotopu, 7 nükleer izomeri bulunur. Bunlardan 8’i doğal olarak oluşur. En uzun ömürlü ve en kararlı izotopu Cm-247’nin yarılanma ömrü 15,6 milyon yıldır. Alfa bozunması ile Plütonyum-243’e dönüşür. Plütonyum-239 izotopunun helyum çekirdekleri ile bombardımanı sonucu, önemli izotoplarından 162,8 gün yarılanma ömrü olan Cm-242 izotopu elde edilir. Sentetik Cm-242 izotopu, alfa çürümesi ile Plütonyum-238 izotopuna dönüşür ve spontan fisyon yoluyla bozunur. Kararlı izotopu Cm-244, 18,1 yıl yarılanma ömrüne sahiptir. Cm-244, Amerikyum-243 ve Amerikyum-244 izotoplarının nötron bombardımanı sonucu elde edilir.

Diğer izotoplardan bazıları ve yarılanma ömürleri şöyledir; Cm-233 (23 saniye), Cm-238 (2,4 saat), Cm-240 (27 gün), Cm-243 (29,1 yıl), Cm-245 (8423 yıl), Cm-246 (4706 yıl), Cm-248 (340 bin yıl), Cm-249 (64 dakika), Cm-251 (16,8 dakika), Cm-252 (2 gün).

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Küriyum, doğada çok nadir bulunur ve az miktarlarda sentezlenebilir. Bu sebeple kullanım alanları da sınırlıdır. En önemli kullanımı temel bilimsel laboratuvar araştırmalarıdır. Metal küriyum ve bileşiklerinin ticari kullanımı bulunmuyor. Radyoizotop termoelektrik jeneratörlerinde yakıt olarak ve alfa parçacıklı x-ışını spektrometrelerinde alfa parçacığı kaynağı olarak kullanılır. Bu araçlar, uzay keşif çalışmalarında önemli bir rol oynar. Küriyum, aynı zamanda daha ağır transuranyum ve transaktinit elementlerin üretiminde de kullanılabilen elementtir. Cm-242 izotopu, gram başına yaklaşık 3 watt termal enerji üretir. Cm-244 de, güçlü bir alfa vericisidir. Bu sebeple Cm-242 ve Cm-244 tıbbi uygulamalar için güç kaynağı olarak kullanılır.

Bunları Biliyor Musunuz?

• Küriyum, izole edilebilen en radyoaktif elementtir. Yüksek radyoaktifliği sebebiyle kimyasal yapısını incelemek çok zordur. Radyoaktifliği sebebiyle suda kaynar, karanlıkta parlar.
  
• Küriyum-244 izotopu, Mars yüzeyindeki kayalarda ve topraklarda bulunan kimyasal elementlerin miktarını ölçen Alfa Proton X-Işını Spektrometresi’nde (APXS) kullanılmıştır.
  
• Dünya genelinde bugüne kadar elde edilen küriyum miktarı 500 gram civarındadır.
  
• Cm-242 ve Cm-244 izotopları gramlarla ifade edilen miktarlarda üretilebilirken, Cm-248 miligramlarla ifade edilen miktarlarda elde edilebilir.
  
• Nükleer reaktörlerde kullanılan yaklaşık 1 tonluk nükleer yakıt atıklarında 20 gram civarında küriyum bulunur.
  
• Küriyum, henüz doğal kaynaklarda tespit edilememiştir; ancak uranyumun nötron yakalaması zincirinin bir sonucu olarak doğal kaynaklarda bulunduğu tahmin ediliyor. Bu öngörü henüz kanıtlanamamıştır.
  
• Yaklaşık 16 milyon yıl yarılanma ömrü olan Cm-247 izotopunun ömrü, dünyanın yaşıyla karşılaştırıldığında nispeten kısadır. Dolayısıyla ilkel dönemlerde doğal kaynaklarda bulunduğu öngörülen Cm-247 izotopu, milyonlarca yıl önce yok oldu.
  
• Yakın zamanda yapılan uzay araştırmalarında erken güneş sisteminde küriyum varlığına dair bazı kanıtlar bulundu. Araştırmaya göre, güneş sisteminin erken dönemlerinde oluşan bir mineral veya bir kayacın, Cm-247 izotopunun çürümesinden sonra oluşan bir mineral veya kayaçtan daha fazla Cm-247 içerdiği öngörülüyor. Bilim adamları, yaklaşık 35 yıldır erken güneş sisteminde Cm-247 varlığı üzerinde tartışıyor.
  
• Küriyum, amerikyumdan hemen sonra keşfedilse de aslında keşfedilen üçüncü sentetik transuranyum elementtir.
  
• Küriyum, canlıların sağlığı için toksik ve tehlikeli elementlerden biridir. Vücuda alındığında kemiklerde birikir. Yaydığı radyasyon alyuvarların oluşumunu engeller. Kemik, akciğer ve karaciğer kanserlerine yol açabilir.