锔

锔（Curium）是一种有放射性的银白色金属，锔化学性质活泼，易溶于酸，能与水反应，在水溶液中以+4，+3价存在^[6]。锔的原子序数为96，元素符号为Cm。它是锕系元素中的第八个成员，属于f区元素^[4]，锔的所有同位素都是放射性的，其中最稳定的是247Cm，半衰期为1.56×107年^[2]。锔的化学性质与其他三价锕ā系元素相似，主要形成三价的化合物，也有少数二价和四价的化合物^[7]。它不存在于自然界中，只能通过钚bù和镅méi在核反应堆中的中子捕获反应制备。锔在室温下干燥的空气中会慢慢失去光泽^[4]。

锔元素在1944年由格伦·西博格（Glenn Seaborg)）在用氦核轰击钚的同位素239Pu时发现的，反应为^[8]：239Pu+4He242Cm+1n，将其命名为锔以纪念居里夫人夫妇在放射研究方面的杰出贡献。3年后，沃纳和珀尔曼分离出了宏观数量的氢氧化锔。他们又在1951年首先分离出了金属锔^[9][10]。

锔在一般社会生活中极不常见，通常在放射化学实验及特殊的同位素能源中使用，例如Cm可以用作制造超重元素的原料和放射性示踪剂，制造核武器或作为核反应堆的燃料244Cm还可用于火星探测的α核X射线分光仪的α粒子源^[11]。锔的半衰期和放射性很强^[12]，一旦进入人体就很难排出，因此锔的危害是累积性的，即使小剂量的暴露也可能导致慢性中毒或潜在的健康风险^[1][13]。

锔元素是由美国加州大学伯克利分校的詹姆斯·吉奥索(James Ghiorso)、阿尔伯特·吉奥索（Albert Ghiorso）和斯坦利·汤普森（StanleyThompson）等人于1944年首次发现的。他们使用回旋加速器用α粒子轰击钚-239，得到了锔-242和一颗自由中子，239Pu(α，n)242Cm^[14]，他们将这个新元素以放射性元素镭和钋的发现者居里夫妇（Pierre Curie和Marie Curie）的姓氏命名，以纪念他们在放射性研究方面的杰出贡献^[9][10]。

1947年，维尔纳（L.B.Werner）和珀尔曼（I.Perlman）用中子照射241Am制得较重要的242Cm。他们通过化学分离和质谱分析确认了锔的存在，并测定了其原子量和放射性性质^[15]。

1951年，汤普森（Thompson）、吉奥索（Ghiorso)、斯特里特（Kenneth Street Jr.）和西博格用中子照射244Cm制得了更重的同位素245Cm和246Cm^[16]，最有用的锔同位素是242Cm，246Cm，主要用作同位素能源，还可以用于制作锔-铍中子源^[17]。

锔为96号元素，为第七周期，ⅢB族元素，原子半径为174 pm，共价半径为169 pm^[5]，由一个带有96个正电荷的核与96个核外电子组成，核外电子排布为[Rn]5f76d17s2^[2]。

锔为金属晶体，其晶胞为六方晶胞，a=349.6 pm，b=349.6 pm，c=1133.1 pm，α=90°，β=90°，γ=120°^[7]。

锔是银白色金属，其密度为13.86 g/cm³，锔的熔点约为1340℃，沸点约为3100℃ ^[1][8]，具有强放射性和顺磁性^[7]。锔的原子半径为174 pm，共价半径为169 pm。它的电负性为1.3（鲍林标度），第一电离能为581 kJ/mol^[5]，多溶于普通的无机酸中^[4]。

锔是一种银白色金属，其化学性质符合典型的重锕系元素，在溶液中有+3和+4两种氧化态，+3氧化态较稳定，浓溶液呈浅黄色^[17]，它在空气中会逐渐变暗，因为它的表面会被氧化^[4]。

锔在空气中会逐渐变暗，因为它的表面会被氧化生成Cm2O3和CmO2^[18]，锔在真空中或惰性气体中可以保持金属光泽。锔可以与氧、氮、硫、卤素、碳、硼、硅等非金属元素反应，形成各种化合物。锔的固体化合物主要有卤化物、氢化物和氧化物^[5]。

锔也可以与许多金属元素形成合金或间化合物^[19]。例如与铝、铜、镍niè、铑lǎo、铑等形成二元合金，或与镨pǔ、钕nǚ、钐等形成三元合金。锔还可以与其他锕系元素形成混合氧化物或碳化物，例如(Cm，Pu)O2或(Cm，Np)C^[20]。

锔是一种强放射性元素，其所有同位素都不稳定，半衰期从18秒到1.56亿年不等。已知的锔同位素有20种，质量数从233到252。最稳定的同位素是247-Cm，半衰期为1.56亿年，通过α衰变变成243-Pu；其次是248-Cm，半衰期为3.48万年，通过α衰变变成244-Pu；再次是245-Cm，半衰期为8.5千年，通过α衰变变成241-Pu^[19][7]。锔的同位素主要通过人工核反应合成，包括中子俘获、质子或重离子轰击等方法。这些同位素在科学研究和工业应用中具有重要作用，例如作为中子源、放射性同位素热电偶发电机的能源等。以下是锔的一些主要同位素的信息^[7]：

锔有两种同素异形体，分别为α-Cm和β-Cm。α-Cm在室温下为双层六方密堆积结构（hcp），其密度为13.51 g/cm³，熔点为1340℃，沸点为3267℃；β-Cm在900℃以上转变为面心立方结构（fcc）^[21]。

锔按化学计算量组成的氧化物有Cm2O3和CmO2^[2]。温度高于350°C时，CmO2不稳定，转变成非化学计算量组成的物相，其O/Cm比小于2^[18]。倍半氧化物Cm2O3直到其熔点2002℃都是稳定的，反应为，^[22]，当Cm2O3或锔的水溶液化合物（如Cm(OH)3或Cm2（C2O4)3)在500-600℃的空气或氧气中加热时生成组成近似为CmO2的黑色产物。倍半氧化物的制备方法为：在600—700℃的真空中分解CmO2；用氢还原CmO2；在高温下于空气中分解二氧化锔。室温下Cm2O3的稳定晶体呈六方晶格结构^[23]。

锔与镅一样能形成三价和四价的二元卤化物。加氟fú离子到含Cm（III）的溶液中进行沉淀，在真空中用P2O5干燥，并在600℃的HF气体中进行还原可制备出CmF3，反应为，CmF4是在400℃的氟中加热无水CmF3来制得的，CmCl3有很强的吸水性^[23]，反应为^[22]。

锔也可以形成许多无机和有机络合物。锔与、和生成的络合物不如镅的稳定，但与EDTA（乙二胺四乙酸）、乳酸和a-羟基异丁酸形成的络合物却比镅的更稳定^[21]。Cm（Ⅱ）与HDEHP（磷酸二乙辛酯）可生成易溶于有机溶剂的络合物，此性质可用于从含氟化物的水溶液中萃取分离Cm（Ⅲ）。此外，锔和DTPA（二乙三胺五乙酸）可生成1:1的稳定螯áo合物，此性质可用于对早期中毒病人进行促排治疗^[18]。锔还可以与盐酸等无机酸反应，反应生成CmCl3，反应式为^[22]。

锔可以与硫族元素形成化合物，如，硫与锔反应可以生成锔（CmS），二硫化锔(CmS2)，三硫化二锔（Cm2S3），在真空石英管中加热即可制得硫化锔，反应为，，^[22]。

锔与磷族元素也可以发生反应，如，在真空石英管中加热磷与锔，即可制得磷化锔，反应为^[22]。

锔主要来源于核燃料废物，如，从照射过的铀yóu中析出钚以后，所剩的废液中便含有锔（锔作为一个三价元素和稀土元素一起处于废液中）^[24]。大多数的超铀元素在土壤中以难溶的品种存在，与土壤结合得很牢固^[25]。

锔的最早发现者是美国的物理学家格伦·西博格和他的同事，他们在1944年通过用中子轰击镭靶来制备出了锔。后来，他们又通过用中子轰击钚靶来制备出了更多的锔同位素^[26]。

1947年维尔纳（Werner）和伯尔曼（Perlman）用中子照射241Am制得比较重要的242Cm，反应如下^[4]：241Am(n，γ)242Am242Cm。

锔的制备方法主要有以下几种：

用中子轰击铀靶或铀燃料棒，产生锔和其他放射性元素。这是一种利用核反应堆中的废料来制备锔的方法，可以得到较高产量的锔，但需要复杂的化学处理^[12]，反应为^[17]：243Pu243Am(n，γ)244Am244Cm。用重离子轰击较轻的元素靶，产生锔和其他超重元素。这是一种利用加速器来制备锔的方法，可以得到较少见的锔同位素，但产量极低，且需要高精度的探测设备。例如，用48Ca离子轰击238U靶，可以产生242Cm和四个中子，48Ca238U242Cm+41n^[27]。

锔的某些同位素可以用于制造核武器或作为核反应堆的燃料，锔同位素243Cm、245Cm和247Cm都具有高度裂变性，可以在热谱核反应堆中释放额外的能量。所有锔同位素都可以在快中子反应堆中裂变^[28][23]。虽然锔-242半衰期较短，但每克锔-242却可以产生多达2~3瓦特的能量，因此非常适宜用作心脏起搏器、远航浮标和航天器所需的电源^[29]。另外，242Cm可以发射低能Y射线，其热功率高（120W/g)，适于用作要求短时间内有较高输出的放射性电池的能源，而244Cm则更适合用作长时间有恒定输出的放射性电池的能源^[2]，因此锔常用在人造卫星和宇宙飞船中来不断提供热量的热源^[4]。

锔可以用于医学和工业领域，例如作为放射性示踪剂、生物探针、中子源、辐射治疗剂等^[30]，此外，还可以用242Cm制造医疗用的产生钚-238的放射性核素发生器（俗称“母牛”）^[2]。溶解的Cm3+离子与合适的有机化合物（例如异羟肟酸、 尿素、荧光素和三磷酸腺苷等）结合后，发生电子跃迁，会产生特定的光谱。这不仅便于检测，还可以通过半衰期的变化研究Cm3+离子和配体之间的相互作用^[31]。

锔还可以用于研究其他化学元素的性质和反应，例如与氧、氮、硫、碳等元素形成的化合物，以及与其他金属元素形成的合金或固溶体^[20]。

244Cm可以用作同位素能源或制造超重元素的原料，如可以用于制造238Pu、265Sg、269Hs和270Hs等元素^[32][33]。248Cm可以用作中子源或制造核武器的触发器^[34][1]，244Cm衰变可以产生X射线和α粒子，因此244Cm可以作为X射线光谱仪的激发源^[35]。

锔的主要危害途径是通过呼吸道、消化道或皮肤进入人体，然后在骨骼、肝脏等器官中沉积，对其造成长期的辐射伤害。锔的半衰期很长，一旦进入人体就很难排出，因此锔的危害是累积性的，即使小剂量的暴露也可能导致慢性中毒或潜在的健康风险。暂未发现特效的治疗方法可以完全消除锔对人体的危害^[36][37]。

锔的危害不仅限于人体，还会对环境造成污染和破坏。锔主要通过核试验、核事故或核废料处理等方式释放到环境中，然后通过大气、水体或食物链传播到各个生态系统。锔在环境中的半衰期很长，可能持续数百万年^[13][38]。

锔是一种放射性人造金属元素，还没有发现它在生物体中有任何生理作用。锔的所有同位素都具有较高的放射性，其中最稳定的是247Cm，半衰期为1.56×107年。锔的放射性可以导致细胞的突变、损伤和死亡，从而引起各种疾病，如癌症、白血病、辐射病等。锔的半衰期很长，一旦进入人体就很难排出，因此锔的危害是累积性的，即使小剂量的暴露也可能导致慢性中毒或潜在的健康风险^[12][39]。

锔的急性中毒主要表现为放射性肺炎、呼吸困难、咳嗽、胸痛、发热等症状。锔的慢性中毒主要表现为骨髓抑制、贫血、出血倾向、免疫功能下降、肝功能异常、骨质疏松等症状。锔还可能引起遗传性损伤，影响后代的健康^[40]。

锔的危害主要是对人体造成的生物效应。锔的操作和存储应该在严格控制的环境中进行，避免与人体直接接触或吸入。另外，操作时应该佩戴适当的防护服和设备，如铅围裙、手套、口罩等，以减少辐射剂量^[41]。