Kurium

Electron shell 096 Curium - no label

Kurium adalah sebuah unsur kimia sintetis dengan lambang Cm dan nomor atom 96. Unsur aktinida transuranium ini dinamai berdasarkan nama ilmuwan terkemuka Marie dan Pierre Curie, yang dikenal atas penelitian mereka tentang radioaktivitas. Kurium pertama kali berhasil dibuat secara sengaja oleh tim Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, dan Albert Ghiorso pada tahun 1944, menggunakan siklotron di Berkeley. Mereka membombardir unsur plutonium (isotop ²³⁹Pu) yang baru ditemukan dengan partikel alfa. Sampel kurium yang sangat kecil kemudian dikirim ke Laboratorium Metalurgi di Universitas Chicago, tempat unsur tersebut akhirnya dipisahkan dan diidentifikasi. Penemuan ini dirahasiakan hingga berakhirnya Perang Dunia II. Berita mengenai penemuan tersebut kemudian diumumkan kepada publik pada November 1947. Sebagian besar kurium diproduksi dengan membombardir uranium atau plutonium menggunakan neutron di dalam reaktor nuklir. Satu ton bahan bakar nuklir bekas mengandung sekitar 20 gram kurium.

Kurium adalah logam keras, padat, dan berwarna keperakan dengan titik lebur dan titik didih yang tinggi untuk ukuran unsur aktinida. Pada kondisi lingkungan, kurium bersifat paramagnetik, tetapi berubah menjadi antiferomagnetik ketika didinginkan. Berbagai transisi magnetik lainnya juga ditemukan pada banyak senyawa kurium. Dalam senyawa, kurium biasanya memiliki valensi +3 dan terkadang +4; valensi +3 merupakan bentuk yang dominan dalam larutan. Kurium mudah teroksidasi, dan oksidanya merupakan salah satu bentuk utama unsur ini. Kurium dapat membentuk kompleks yang sangat berfluoresensi dengan berbagai senyawa organik. Jika masuk ke dalam tubuh manusia, kurium akan terakumulasi di tulang, paru-paru, dan hati, sehingga dapat meningkatkan risiko kanker.

Semua isotop kurium yang diketahui bersifat radioaktif dan memiliki massa kritis yang kecil untuk memungkinkan terjadinya reaksi rantai nuklir. Isotop yang paling stabil, ²⁴⁷Cm, memiliki waktu paruh sekitar 15,6 juta tahun. Isotop kurium yang berumur paling panjang pada umumnya memancarkan partikel alfa. Generator termoelektrik radioisotop (RTG) dapat memanfaatkan panas yang dihasilkan dari proses ini, tetapi penggunaannya terhambat oleh kelangkaan dan tingginya biaya kurium. Kurium digunakan dalam pembuatan aktinida yang lebih berat serta radionuklida ²³⁸Pu, yang dimanfaatkan sebagai sumber energi pada alat pacu jantung buatan dan RTG untuk wahana antariksa. Kurium juga pernah digunakan sebagai sumber partikel alfa dalam spektrometer sinar-X partikel alfa (APXS) pada beberapa wahana antariksa, termasuk wahana penjelajah Mars Sojourner, Spirit, Opportunity, dan Curiosity, serta pendarat Philae di komet 67P/Churyumov–Gerasimenko. Instrumen tersebut digunakan untuk menganalisis komposisi dan struktur permukaan benda-benda langit tersebut.

Sejarah

Kurium pertama kali berhasil disintesis, diisolasi, dan diidentifikasi secara sengaja pada tahun 1944 di Universitass California, Berkeley, oleh Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, dan Albert Ghiorso. Dalam eksperimen tersebut, mereka menggunakan siklotron berukuran 60 inci.

Kurium diidentifikasi secara kimia di Laboratorium Metalurgi (sekarang Laboratorium Nasional Argonne), Universitas Chicago. Kurium merupakan unsur transuranium ketiga yang ditemukan, meskipun sebenarnya merupakan unsur keempat dalam deret tersebut—unsur yang lebih ringan, amerisium, pada saat itu masih belum diketahui.

Sampel kurium dibuat melalui beberapa tahap. Pertama, larutan ²³⁹Pu nitrat dilapiskan pada lembaran platina dengan luas sekitar 0,5 cm². Larutan tersebut kemudian diuapkan dan residunya diubah menjadi plutonium(IV) oksida (PuO₂) melalui proses penganilan. Setelah itu, oksida tersebut diiradiasi menggunakan siklotron. Lapisan tersebut kemudian dilarutkan dengan asam nitrat dan diendapkan sebagai hidroksida menggunakan larutan amonia berair pekat. Residu selanjutnya dilarutkan dalam asam perklorat, kemudian dilakukan pemisahan lebih lanjut melalui pertukaran ion hingga diperoleh isotop kurium tertentu. Pemisahan kurium dan amerisium sangat sulit dilakukan. Karena itu, kelompok Berkeley pada awalnya menyebut kedua unsur tersebut dengan nama pandemonium (dari bahasa Yunani yang berarti semua setan atau neraka) dan delirium (dari bahasa Latin yang berarti kegilaan).

²⁴²Cm dibuat pada bulan Juli–Agustus 1944 dengan membombardir ²³⁹Pu menggunakan partikel alfa sehingga menghasilkan kurium disertai pelepasan sebuah neutron:

${\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}239}\mathrm{P}\mathrm{u}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}242}\mathrm{C}\mathrm{m}+{\phantom{A}}_{\phantom{0}}^{\phantom{1}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}0}^{\phantom{2}1}\mathrm{n}$

²⁴²Cm berhasil diidentifikasi secara meyakinkan berdasarkan energi karakteristik partikel alfa yang dipancarkan selama peluruhannya:

${\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}242}\mathrm{C}\mathrm{m}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}238}\mathrm{P}\mathrm{u}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}$

Waktu paruh peluruhan alfa tersebut pada awalnya diperkirakan sekitar 5 bulan (150 hari) kemudian dikoreksi menjadi 162,8 hari.

Isotop lainnya, yaitu ²⁴⁰Cm, dihasilkan melalui reaksi serupa pada bulan Maret 1945:

${\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}239}\mathrm{P}\mathrm{u}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{240}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}240}\mathrm{C}\mathrm{m}+3{\phantom{A}}_0^1\mathrm{n}$

Waktu paruh peluruhan alfa ²⁴⁰Cm awalnya ditentukan sebesar 26,8 hari, kemudian direvisi menjadi 30,4 hari.

Penemuan kurium dan amerisium pada tahun 1944 berkaitan erat dengan Proyek Manhattan. Oleh karena itu, hasil penelitian tersebut dirahasiakan dan baru diumumkan pada tahun 1945. Seaborg bahkan membocorkan informasi mengenai sintesis unsur 95 dan 96 dalam acara radio anak-anak Amerika Serikat, Quiz Kids, lima hari sebelum presentasi resmi pada pertemuan American Chemical Society tanggal 11 November 1945. Hal tersebut terjadi setelah seorang pendengar bertanya apakah selama perang telah ditemukan unsur transuranium baru selain plutonium dan neptunium. Penemuan kurium (²⁴²Cm dan ²⁴⁰Cm), proses produksinya, serta senyawa-senyawanya kemudian dipatenkan dengan hanya mencantumkan Seaborg sebagai penemu.

Nama kurium diambil dari nama Marie Curie dan Pierre Curie, yang dikenal karena penemuan radium dan penelitian mereka mengenai radioaktivitas. Penamaan ini mengikuti contoh gadolinium, yaitu unsur lantanida yang berada di atas kurium dalam tabel periodik. Gadolinium dinamai untuk menghormati kimiawan Johan Gadolin:

Para penemu mengusulkan nama curium dengan lambang Cm untuk unsur bernomor atom 96. Mereka menjelaskan bahwa unsur tersebut memiliki tujuh elektron 5f sehingga analog dengan gadolinium, yang memiliki tujuh elektron 4f dalam deret unsur tanah jarang. Oleh karena itu, unsur 96 dinamai untuk menghormati keluarga Curie, sebagaimana gadolinium dinamai untuk menghormati Gadolin.

Sampel kurium pertama berukuran sangat kecil dan hampir tidak terlihat. Keberadaannya diidentifikasi berdasarkan radioaktivitasnya. Pada tahun 1947, Louis Werner dan Isadore Perlman berhasil menghasilkan sampel ²⁴²Cm hidroksida pertama dalam jumlah yang cukup besar, yaitu sekitar 30 μg, di Universitas California, Berkeley. Sampel tersebut dibuat dengan membombardir ²⁴¹Am menggunakan neutron. Pada tahun 1950, W. W. T. Crane, J. C. Wallmann, dan B. B. Cunningham berhasil memperoleh CmF₃ dalam jumlah makroskopis. Suseptibilitas magnetiknya sangat mirip dengan GdF₃, sehingga memberikan bukti eksperimental pertama mengenai keberadaan valensi +3 pada kurium dalam senyawa-senyawanya. Logam kurium akhirnya berhasil diproduksi pada tahun 1950 melalui reduksi CmF₃ menggunakan barium.

Karakteristik

Sifat fisik

Kurium adalah unsur sintetis dan radioaktif yang memiliki rupa logam keras dan padat dengan penampilan putih keperakan. Sifat fisik dan kimianya menyerupai gadolinium. Titik leburnya, yaitu 1344 °C, secara signifikan lebih tinggi dibandingkan unsur-unsur sebelumnya, yaitu neptunium (637 °C), plutonium (639 °C), dan amerisium (1.176 °C). Sebagai perbandingan, gadolinium memiliki titik lebur 1.312 °C. Kurium memiliki titik didih 3.556 °C. Dengan densitas 13,52 g/cm³, kurium lebih ringan daripada neptunium (20,45 g/cm³) dan plutonium (19,8 g/cm³), tetapi lebih berat daripada sebagian besar logam lainnya. Dari dua bentuk kristalin kurium, α-Cm lebih stabil pada kondisi lingkungan. Bentuk ini memiliki simetri heksagonal dengan grup ruang P6₃/mmc, parameter kisi a = 365 pm dan c = 1182 pm, serta empat unit formula dalam setiap sel unit. Kristalnya terdiri atas susunan padat heksagon ganda dengan urutan lapisan ABAC, sehingga bersifat isostruktural dengan α-lantanum. Pada tekanan >23 GPa dan suhu kamar, α-Cm berubah menjadi β-Cm, yang memiliki simetri kubus berpusat-muka, grup ruang Fmm, dan konstanta kisi a = 493 pm. Dengan kompresi lebih lanjut hingga 43 GPa, kurium berubah menjadi struktur ortorombik γ-Cm yang menyerupai α-uranium. Tidak ada transisi lebih lanjut yang teramati hingga tekanan 52 GPa. Ketiga fase kurium ini juga disebut Cm I, Cm II, dan Cm III.

Kurium memiliki sifat magnetik yang khas. Unsur tetangganya, amerisium, tidak menunjukkan penyimpangan dari sifat paramagnetik Curie–Weiss pada seluruh rentang suhu. Sebaliknya, α-Cm berubah menjadi keadaan antiferomagnetik ketika didinginkan hingga 65–52 K, sedangkan β-Cm menunjukkan transisi ferimagnetik pada sekitar ~205 K. Pniktida kurium menunjukkan transisi feromagnetik ketika didinginkan: ²⁴⁴CmN dan ²⁴⁴CmAs pada 109 K, ²⁴⁸CmP pada 73 K, serta ²⁴⁸CmSb pada 162 K. Analog lantanida dari kurium, yaitu gadolinium, beserta pniktidanya, juga menunjukkan transisi magnetik ketika didinginkan, tetapi karakter transisinya agak berbeda. Gd dan GdN menjadi feromagnetik, sedangkan GdP, GdAs, dan GdSb menunjukkan keteraturan antiferomagnetik.

Sejalan dengan data magnetik tersebut, resistivitas listrik kurium meningkat seiring kenaikan suhu—sekitar dua kali lipat antara 4 dan 60 K—dan kemudian hampir konstan hingga suhu kamar. Terdapat peningkatan resistivitas yang signifikan seiring waktu (sekitar ) akibat kerusakan kisi kristal oleh peluruhan alfa. Hal ini menyebabkan nilai resistivitas sebenarnya dari kurium menjadi tidak pasti (sekitar ). Resistivitas kurium serupa dengan gadolinium, serta aktinida plutonium dan neptunium, tetapi secara signifikan lebih tinggi dibandingkan amerisium, uranium, polonium, dan torium.

Di bawah penyinaran ultraungu, ion kurium(III) menunjukkan fluoresensi kuning-oranye yang kuat dan stabil, dengan maksimum pada rentang 590–640 nm, bergantung pada lingkungannya. Fluoresensi tersebut berasal dari transisi dari keadaan tereksitasi pertama ⁶D_7/2 ke keadaan dasar ⁸S_7/2. Analisis fluoresensi ini dapat digunakan untuk memantau interaksi antarion Cm(III) dalam kompleks organik maupun anorganik.

Sifat kimia

Ion kurium dalam larutan hampir selalu memiliki bilangan oksidasi +3, yang merupakan bilangan oksidasi paling stabil bagi kurium. Bilangan oksidasi +4 ditemukan terutama pada beberapa fase padat, seperti CmO₂ dan CmF₄. Kurium(IV) dalam larutan berair hanya diketahui terbentuk dengan adanya oksidator kuat, seperti kalium persulfat, dan mudah direduksi menjadi kurium(III) melalui radiolisis maupun bahkan oleh air itu sendiri. Perilaku kimia kurium berbeda dari aktinida torium dan uranium, tetapi serupa dengan amerisium dan banyak unsur lantanida. Dalam larutan berair, ion Cm³⁺ tidak memiliki warna hingga berwarna hijau pucat, sedangkan ion Cm⁴⁺ berwarna kuning pucat. Spektrum serapan optik ion Cm³⁺ memiliki tiga puncak tajam pada 375,4; 381,2; dan 396,5 nm. Intensitas puncak-puncak tersebut dapat secara langsung dikonversikan menjadi konsentrasi ion. Bilangan oksidasi +6 hanya pernah dilaporkan satu kali dalam larutan, yaitu pada tahun 1978, dalam bentuk ion kuril (). Ion ini diperoleh melalui peluruhan beta Amerisium-242 dalam ion amerisium(V) . Kegagalan memperoleh Cm(VI) melalui oksidasi Cm(III) dan Cm(IV) kemungkinan disebabkan oleh tingginya potensial ionisasi pasangan ion Cm⁴⁺/Cm³⁺ serta ketidakstabilan Cm(V).

Ion kurium merupakan asam Lewis keras sehingga cenderung membentuk kompleks yang paling stabil dengan basa keras. Ikatan dalam kompleks tersebut sebagian besar bersifat ionik, dengan sedikit kontribusi kovalen. Kurium dalam kompleksnya umumnya memiliki bilangan koordinasi 9, dengan geometri molekul berupa prisma trigonal bertudung-tiga.

Isotop

Sekitar 19 radioisotop dan 7 isomer nuklir kurium, mulai dari ²³³Cm hingga ²⁵¹Cm, telah diketahui; tidak ada satu pun yang stabil. Waktu paruh terpanjang masing-masing adalah 15,6 juta tahun (²⁴⁷Cm) dan 348.000 tahun (²⁴⁸Cm). Isotop berumur panjang lainnya adalah ²⁵⁰Cm (sekitar 8.300 tahun), ²⁴⁵Cm (8.250 tahun), dan ²⁴⁶Cm (4.706 tahun). ²⁵⁰Cm memiliki karakteristik yang tidak biasa karena meluruh terutama melalui fisi spontan (satu-satunya mode peluruhan yang telah diamati). Isotop yang paling umum adalah ²⁴²Cm dan ²⁴⁴Cm dengan waktu paruh masing-masing 162,8 hari dan 18,11 tahun.

Penampang lintang neutron termal (barn)
	242Cm	243Cm	244Cm	245Cm	246Cm	247Cm
Penangkapan (C)	16	130	15,20	369	1,22	57
Fisi (F)	5	617	1,04	2.145	0,14	81,90
Rasio C/F	3,20	0,21	14,62	0,17	8,71	0,70
Bahan bakar nuklir bekas LEU 20 tahun setelah mencapai burnup 53 MWd/kg
3 isotop yang umum		51	3.700	390
Bahan bakar MOX reaktor neutron cepat (rata-rata dari 5 sampel, burnup 66–120 GWd/t)
Kurium total 3,09%		27,64%	70,16%	2,166%	0,0376%	0,000928%

Isotop	242Cm	243Cm	244Cm	245Cm	246Cm	247Cm	248Cm	250Cm
Massa kritis, kg	25	7,5	33	6,8	39	7	40,4	23,5

Semua isotop mulai dari ²⁴²Cm hingga ²⁴⁸Cm, serta ²⁵⁰Cm, dapat mengalami reaksi rantai nuklir yang dapat mempertahankan dirinya sendiri sehingga secara prinsip dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir dalam reaktor. Seperti pada sebagian besar unsur transuranium, penampang lintang fisi nuklir sangat tinggi pada isotop kurium dengan massa ganjil, yaitu ²⁴³Cm, ²⁴⁵Cm, dan ²⁴⁷Cm. Isotop-isotop tersebut dapat digunakan dalam reaktor neutron termal, sedangkan campuran isotop kurium hanya sesuai untuk reaktor pembiak cepat karena isotop dengan massa genap tidak bersifat fisil dalam reaktor termal dan akan terakumulasi seiring meningkatnya burnup. Bahan bakar oksida campuran (MOX) yang akan digunakan dalam reaktor daya sebaiknya mengandung sedikit atau tidak mengandung kurium karena aktivasi neutron terhadap ²⁴⁸Cm akan menghasilkan kalifornium. Kalifornium merupakan pemancar neutron yang kuat sehingga dapat mencemari bagian akhir siklus bahan bakar dan meningkatkan dosis radiasi yang diterima oleh personel reaktor. Oleh karena itu, jika aktinida minor akan digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor neutron termal, kurium sebaiknya dikeluarkan dari bahan bakar atau ditempatkan dalam batang bahan bakar khusus yang hanya mengandung kurium sebagai satu-satunya aktinida.

Tabel di sebelah mencantumkan massa kritis isotop-isotop kurium untuk bentuk bola, tanpa moderator atau reflektor. Dengan reflektor logam (30 cm baja), massa kritis isotop-isotop bermassa ganjil berada di kisaran 3–4 kg. Jika menggunakan air dengan ketebalan sekitar 20–30 cm sebagai reflektor, massa kritis dapat mencapai sekitar 59 gram untuk ²⁴⁵Cm, 155 gram untuk ²⁴³Cm, dan 1550 gram untuk ²⁴⁷Cm. Terdapat ketidakpastian yang signifikan dalam nilai-nilai massa kritis tersebut. Meskipun ketidakpastiannya biasanya berada pada kisaran 20%, beberapa kelompok penelitian melaporkan nilai yang jauh lebih besar untuk ²⁴²Cm dan ²⁴⁶Cm, masing-masing hingga 371 kg dan 70,1 kg.

Kurium saat ini tidak digunakan sebagai bahan bakar nuklir karena ketersediaannya yang rendah dan harganya yang tinggi. ²⁴⁵Cm dan ²⁴⁷Cm memiliki massa kritis yang sangat kecil sehingga secara teoretis dapat digunakan dalam senjata nuklir taktis, tetapi tidak diketahui adanya senjata semacam itu yang pernah dibuat. ²⁴³Cm tidak sesuai untuk tujuan tersebut karena memiliki waktu paruh yang pendek dan memancarkan radiasi alfa yang kuat, yang dapat menghasilkan panas berlebih. ²⁴⁷Cm secara teoretis lebih sesuai karena memiliki waktu paruh yang panjang, yaitu 647 kali lebih lama daripada ²³⁹Pu, yang digunakan dalam banyak senjata nuklir yang ada.

Keterjadian

Isotop kurium dengan umur paling panjang, ²⁴⁷Cm, memiliki waktu paruh 15,6 juta tahun. Oleh karena itu, setiap kurium primordial, yaitu kurium yang sudah ada di Bumi sejak terbentuknya Bumi, seharusnya telah meluruh hingga mencapai tingkat yang tidak dapat dideteksi saat ini. Namun, lokasi-lokasi terdekat yang baru mengalami proses nukleosintesis proses r dapat menghasilkan ²⁴⁷Cm, dan ²⁴⁷Cm telah terdeteksi dalam sampel geologi dari inti bor dasar laut dalam.

Keberadaan kurium di masa lalu sebagai radionuklida punah dapat diketahui melalui kelebihan ²³⁵U, yang merupakan produk peluruhan primordialnya yang berumur panjang. Jejak ²⁴²Cm mungkin terdapat secara alami dalam mineral uranium akibat penangkapan neutron dan peluruhan beta (²³⁸U → ²³⁹Pu → ²⁴⁰Pu → ²⁴¹Am → ²⁴²Cm), meskipun jumlahnya diperkirakan sangat kecil dan hal ini belum terkonfirmasi. Bahkan dengan perkiraan yang "sangat murah hati" terhadap kemungkinan penyerapan neutron, jumlah ²⁴²Cm yang terdapat dalam 1 × 10⁸ kg pitchblende uranium dengan kandungan uranium 18% diperkirakan bahkan tidak mencapai satu atom. Jejak ²⁴⁷Cm juga kemungkinan terbawa ke Bumi melalui sinar kosmik, tetapi hal ini juga belum terkonfirmasi. Selain itu, terdapat kemungkinan bahwa ²⁴⁴Cm terbentuk sebagai produk peluruhan beta ganda dari ²⁴⁴Pu alami.

Kurium dibuat secara artifisial dalam jumlah kecil untuk keperluan penelitian. Kurium juga terdapat sebagai salah satu produk limbah dalam bahan bakar nuklir bekas. Di alam, kurium ditemukan di beberapa daerah yang digunakan untuk pengujian senjata nuklir. Analisis puing-puing di lokasi pengujian senjata termonuklir pertama Amerika Serikat, Ivy Mike (1 November 1952, Atol Enewetak), selain menemukan einsteinium, fermium, plutonium, dan amerisium, juga mengungkap keberadaan isotop berkelium, kalifornium, dan kurium, khususnya ²⁴⁵Cm, ²⁴⁶Cm, serta ²⁴⁷Cm, ²⁴⁸Cm, dan ²⁴⁹Cm dalam jumlah lebih kecil.

Senyawa kurium di atmosfer memiliki kelarutan yang rendah dalam pelarut umum dan sebagian besar melekat pada partikel tanah. Analisis tanah menunjukkan bahwa konsentrasi kurium pada partikel tanah berpasir sekitar 4.000 kali lebih tinggi dibandingkan konsentrasinya dalam air yang terdapat di pori-pori tanah. Pada tanah geluh, rasio yang lebih tinggi, yaitu sekitar 18.000 kali, telah terukur.

Unsur-unsur transuranium hingga fermium, termasuk kurium, diperkirakan pernah terdapat dalam reaktor fisi nuklir alami Oklo. Namun, setiap kurium yang mungkin terbentuk pada saat itu telah meluruh sejak lama.

Sintesis

Preparasi isotop

Kurium dibuat dalam jumlah kecil di dalam reaktor nuklir. Hingga saat ini, hanya beberapa kilogram ²⁴²Cm dan ²⁴⁴Cm yang telah berhasil dikumpulkan, sedangkan untuk isotop yang lebih berat jumlahnya hanya dalam skala gram atau bahkan miligram. Hal inilah yang menyebabkan harga kurium sangat tinggi, yang pernah dilaporkan sekitar US$160–185/mg, dengan perkiraan yang lebih baru sekitar US$2.000/g untuk ²⁴²Cm dan US$170/g untuk ²⁴⁴Cm. Di dalam reaktor nuklir, kurium terbentuk dari ²³⁸U melalui serangkaian reaksi nuklir. Pada rangkaian pertama, ²³⁸U menangkap neutron dan berubah menjadi ²³⁹U, yang kemudian melalui peluruhan β⁻ berubah menjadi ²³⁹Np dan ²³⁹Pu.

Penangkapan neutron lebih lanjut yang diikuti oleh peluruhan β⁻ menghasilkan amerisium (²⁴¹Am), yang kemudian berubah menjadi ²⁴²Cm:

Untuk keperluan penelitian, kurium diperoleh dengan mengiradiasi plutonium, bukan uranium, karena plutonium tersedia dalam jumlah besar dari bahan bakar nuklir bekas. Untuk iradiasi ini digunakan fluks neutron yang jauh lebih tinggi, sehingga menghasilkan rangkaian reaksi yang berbeda dan pembentukan ²⁴⁴Cm:

²⁴⁴Cm mengalami peluruhan alfa menjadi ²⁴⁰Pu, tetapi juga dapat menangkap neutron sehingga menghasilkan sejumlah kecil isotop kurium yang lebih berat. Di antara isotop-isotop tersebut, ²⁴⁷Cm dan ²⁴⁸Cm banyak digunakan dalam penelitian ilmiah karena memiliki waktu paruh yang panjang. Namun, laju produksi ²⁴⁷Cm dalam reaktor neutron termal rendah karena isotop ini cenderung mengalami fisi akibat neutron termal. Sintesis ²⁵⁰Cm melalui penangkapan neutron juga sulit terjadi karena waktu paruh isotop intermediat ²⁴⁹Cm sangat pendek (64 menit). Isotop tersebut mengalami peluruhan β⁻ menjadi isotop berkelium ²⁴⁹Bk.

Rangkaian reaksi (n,γ) di atas menghasilkan campuran berbagai isotop kurium. Pemisahan isotop setelah sintesis cukup rumit, sehingga metode sintesis yang selektif lebih diinginkan. ²⁴⁸Cm lebih disukai untuk keperluan penelitian karena memiliki waktu paruh yang panjang. Cara paling efisien untuk menyiapkan isotop ini adalah melalui peluruhan alfa isotop kalifornium ²⁵²Cf, yang tersedia dalam jumlah relatif besar karena memiliki waktu paruh 2,65 tahun. Dengan metode ini, sekitar 35–50 mg ²⁴⁸Cm dapat diproduksi setiap tahun. Reaksi tersebut menghasilkan ²⁴⁸Cm dengan kemurnian isotop sekitar 97%.

Isotop lainnya, yaitu ²⁴⁵Cm, dapat diperoleh untuk keperluan penelitian melalui peluruhan alfa ²⁴⁹Cf. Isotop ²⁴⁹Cf tersebut diproduksi dalam jumlah kecil melalui peluruhan β^{− 249}Bk.

Preparasi logam

Sebagian besar metode sintesis menghasilkan campuran berbagai isotop aktinida dalam bentuk oksida, sehingga isotop kurium tertentu perlu dipisahkan. Salah satu prosedurnya adalah melarutkan bahan bakar reaktor bekas (misalnya bahan bakar MOX) dalam asam nitrat, kemudian menghilangkan sebagian besar uranium dan plutonium menggunakan ekstraksi tipe PUREX (Plutonium – URanium EXtraction) dengan tributil fosfat dalam hidrokarbon. Lantanida dan aktinida yang tersisa kemudian dipisahkan dari residu berair (rafinat) melalui ekstraksi berbasis diamida, sehingga setelah proses pelepasan (stripping) diperoleh campuran aktinida dan lantanida trivalen. Senyawa kurium kemudian diekstraksi secara selektif menggunakan teknik kromatografi dan sentrifugasi bertahap dengan pereaksi yang sesuai. Kompleks bis-triazinil bipiridina baru-baru ini diusulkan sebagai salah satu pereaksi tersebut karena memiliki selektivitas yang tinggi terhadap kurium. Pemisahan kurium dari amerisium, yang secara kimia sangat mirip, juga dapat dilakukan dengan memperlakukan suspensi hidroksida keduanya dalam larutan natrium bikarbonat berair menggunakan ozon pada suhu tinggi. Baik kurium maupun amerisium dalam larutan sebagian besar berada dalam keadaan valensi +3. Amerisium teroksidasi menjadi kompleks Am(IV) yang larut, sedangkan kurium tetap tidak berubah. Dengan demikian, kurium dapat dipisahkan melalui sentrifugasi berulang.

Logam kurium diperoleh melalui reduksi senyawa kurium. Pada awalnya, CmF₃ digunakan untuk tujuan ini. Reaksi dilakukan dalam lingkungan yang bebas dari air dan oksigen, menggunakan peralatan yang terbuat dari tantalum dan wolfram, dengan barium atau litium elemental sebagai agen pereduksi.

$\mathrm{C}\mathrm{m}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{m}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$

Metode lainnya adalah mereduksi CmO₂ menggunakan paduan magnesium–seng dalam leburan magnesium klorida dan magnesium fluorida.

Senyawa dan reaksi

Oksida

Kurium mudah bereaksi dengan oksigen dan membentuk terutama oksida Cm₂O₃ dan CmO₂, meskipun oksida divalen CmO juga telah diketahui. CmO₂ berwarna hitam dapat diperoleh dengan membakar oksalat (), nitrat (), atau hidroksida kurium dalam oksigen murni. Ketika dipanaskan pada suhu 600–650 °C dalam kondisi vakum (sekitar 0,01 Pa), CmO₂ berubah menjadi Cm₂O₃ yang berwarna putih keabu-abuan:

$\mathrm{4}\mathrm{C}\mathrm{m}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{m}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Sebagai alternatif, Cm₂O₃ dapat diperoleh dengan mereduksi CmO₂ menggunakan hidrogen molekuler:

$\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{m}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}{\mathrm{m}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Selain itu, telah diketahui sejumlah oksida terner dengan rumus M(II)CmO₃, dengan M merupakan logam divalen, seperti barium.

Oksidasi termal sejumlah kecil kurium hidrida (CmH_2–3) telah dilaporkan menghasilkan bentuk CmO₂ yang mudah menguap serta trioksida CmO₃ yang mudah menguap. CmO₃ merupakan salah satu dari hanya dua contoh yang diketahui untuk bilangan oksidasi +6 yang sangat jarang pada kurium. Spesies lain yang teramati dilaporkan memiliki perilaku serupa dengan PuO₄ yang diduga ada dan untuk sementara diidentifikasi sebagai CmO₄, dengan kurium berada dalam bilangan oksidasi yang sangat jarang, yaitu +8. Namun, eksperimen terbaru tampaknya menunjukkan bahwa CmO₄ tidak ada, sekaligus menimbulkan keraguan terhadap keberadaan PuO₄.

Halida

CmF₃ yang tidak memiliki warna dapat dibuat dengan menambahkan ion fluorida ke dalam larutan yang mengandung kurium(III). Sementara itu, CmF₄ yang berwarna cokelat hanya dapat diperoleh dengan mereaksikan CmF₃ dengan fluorin molekuler:

$\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{m}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{m}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}$

Sejumlah fluorida terner dengan bentuk A₇Cm₆F₃₁ juga telah diketahui, dengan A merupakan logam alkali.

CmCl₃ yang tidak memiliki warna dibuat dengan mereaksikan Cm(OH)₃ dengan gas hidrogen klorida anhidrat. Senyawa ini selanjutnya dapat diubah menjadi halida lainnya, seperti CmBr₃ (tidak berwarna hingga hijau muda) dan CmI₃ (tidak berwarna), dengan mereaksikannya dengan garam amonia dari halida yang sesuai pada suhu sekitar 400–450 °C:

$\mathrm{C}\mathrm{m}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{I}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{m}{\mathrm{I}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Alternatif lainnya, oksida kurium dapat dipanaskan hingga sekitar 600 °C bersama asam yang sesuai, misalnya asam bromida untuk menghasilkan CmBr₃. Hidrolisis fase uap dari CmCl₃ menghasilkan kurium oksiklorida:

$\mathrm{C}\mathrm{m}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{m}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Kalkogenida dan pniktida

Sulfida, selenida, dan telurida kurium telah diperoleh dengan mereaksikan kurium dengan belerang, selenium, atau telurium dalam bentuk gas pada kondisi vakum dan suhu tinggi. Pniktida kurium dengan rumus umum CmX telah diketahui untuk nitrogen, fosforus, arsen, dan antimon. Senyawa-senyawa tersebut dapat dibuat dengan mereaksikan CmH₃ atau kurium logam dengan unsur-unsur tersebut pada suhu tinggi.

Senyawa organokurium dan aspek biologis

Kompleks organologam yang analog dengan uranosena juga diketahui pada aktinida lainnya, seperti torium, protaktinium, neptunium, plutonium, dan amerisium. Teori orbital molekul memprediksi adanya kompleks "kurosena" yang stabil dengan rumus (η⁸-C₈H₈)₂Cm, tetapi kompleks tersebut belum dilaporkan berhasil dibuat secara eksperimental.

Pembentukan kompleks dengan tipe (BTP = 2,6-di(1,2,4-triazin-3-il)piridina), dalam larutan yang mengandung n-C₃H₇-BTP dan ion Cm³⁺ telah dikonfirmasi melalui analisis EXAFS. Beberapa kompleks tipe BTP ini berinteraksi secara selektif dengan kurium sehingga berguna untuk memisahkan kurium dari unsur lantanida dan aktinida lainnya. Ion Cm³⁺ terlarut dapat berikatan dengan berbagai senyawa organik, seperti asam hidroksamat, urea, fluoresein, dan adenosina trifosfat. Banyak dari senyawa tersebut berkaitan dengan aktivitas biologis berbagai mikroorganisme. Kompleks yang terbentuk menunjukkan emisi kuning-oranye yang kuat ketika dieksitasi dengan sinar ultraungu. Sifat ini tidak hanya memudahkan pendeteksian kompleks, tetapi juga dapat digunakan untuk mempelajari interaksi antara ion Cm³⁺ dan ligan melalui perubahan waktu hidup fluoresensi (sekitar 0,1 ms) serta spektrum fluoresensinya.

Terdapat beberapa laporan mengenai biosorpsi Cm³⁺ oleh bakteri dan arkea. Selain itu, dalam penelitian laboratorium, baik kurium maupun amerisium ditemukan dapat mendukung pertumbuhan mikroorganisme metilotrof.

Aplikasi

Radionuklida

Kurium merupakan salah satu unsur yang dapat diisolasi dengan tingkat radioaktivitas paling tinggi. Dua isotopnya yang paling umum, yaitu ²⁴²Cm dan ²⁴⁴Cm merupakan pemancar partikel alfa yang kuat dengan energi sekitar 6 MeV). Keduanya memiliki waktu paruh yang relatif pendek, masing-masing 162,8 hari dan 18,1 tahun, serta menghasilkan panas masing-masing hingga sekitar 120 W/g dan 3 W/g. Oleh karena itu, kurium dalam bentuk oksidanya yang umum dapat digunakan dalam generator termoelektrik radioisotop, seperti yang digunakan pada wahana antariksa. Penggunaan ini telah dipelajari untuk isotop ²⁴⁴Cm, sedangkan ²⁴²Cm tidak digunakan karena harganya yang sangat tinggi, yaitu sekitar US$2.000/g. ²⁴³Cm, dengan waktu paruh sekitar 30 tahun dan hasil energi sekitar 1,6 W/g, berpotensi menjadi bahan bakar yang sesuai. Namun, isotop ini menghasilkan sejumlah besar radiasi gama dan beta berbahaya dari produk peluruhannya. Sebagai pemancar alfa, ²⁴⁴Cm memerlukan pelindung radiasi yang jauh lebih sedikit. Akan tetapi, isotop ini memiliki laju fisi spontan yang tinggi sehingga menghasilkan banyak radiasi neutron dan gama. Dibandingkan dengan isotop yang digunakan dalam generator termoelektrik pesaing, seperti ²³⁸Pu, ²⁴⁴Cm memancarkan neutron sekitar 500 kali lebih banyak. Emisi gammanya yang lebih tinggi juga memerlukan pelindung sekitar 20 kali lebih tebal—sekitar timbal untuk sumber 1 kW, dibandingkan untuk ²³⁸Pu. Oleh karena itu, penggunaan kurium untuk tujuan ini saat ini dianggap tidak praktis.

Penggunaan ²⁴²Cm yang lebih menjanjikan adalah sebagai bahan awal untuk menghasilkan ²³⁸Pu, yang merupakan radioisotop yang lebih baik untuk generator termoelektrik, misalnya yang digunakan pada alat pacu jantung. Jalur alternatif untuk menghasilkan ²³⁸Pu adalah melalui reaksi (n,γ) pada ²³⁷Np atau pemborbardiran uranium dengan deuteron. Namun, kedua reaksi tersebut selalu menghasilkan ²³⁶Pu sebagai produk samping yang tidak diinginkan karena isotop tersebut meluruh menjadi ²³²U yang menghasilkan emisi gama kuat. Kurium merupakan bahan awal yang umum digunakan untuk menghasilkan unsur transuranium yang lebih berat dan unsur superberat. Misalnya, pemborbardiran ²⁴⁸Cm dengan neon (²²Ne), magnesium (²⁶Mg), atau kalsium (⁴⁸Ca) dapat menghasilkan isotop seaborgium (²⁶⁵Sg), hasium (²⁶⁹Hs dan ²⁷⁰Hs), serta livermorium (²⁹²Lv, ²⁹³Lv, dan kemungkinan ²⁹⁴Lv). Kalifornium ditemukan ketika target berukuran mikrogram yang terdiri atas ²⁴²Cm dibombardir dengan partikel alfa berenergi 35 MeV menggunakan siklotron berdiameter di Berkeley:

${\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}242}\mathrm{C}\mathrm{m}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{98}}^{\phantom{245}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}98}^{\phantom{2}245}\mathrm{C}\mathrm{f}+{\phantom{A}}_{\phantom{0}}^{\phantom{1}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}0}^{\phantom{2}1}\mathrm{n}$

Dalam eksperimen tersebut, hanya sekitar 5.000 atom kalifornium yang berhasil dihasilkan.

Isotop kurium bermassa ganjil, yaitu ²⁴³Cm, ²⁴⁵Cm, dan ²⁴⁷Cm, semuanya sangat fisil dan dapat melepaskan energi tambahan dalam reaktor nuklir dengan spektrum neutron termal. Semua isotop kurium dapat mengalami fisi dalam reaktor neutron cepat. Hal ini menjadi salah satu alasan dilakukannya pemisahan dan transmutasi aktinida minor dalam siklus bahan bakar nuklir, yang membantu mengurangi radiotoksisitas jangka panjang dari bahan bakar nuklir bekas atau terpakai.

Spektrometer sinar-X

Aplikasi ²⁴⁴Cmyang paling praktis—meskipun penggunaannya secara keseluruhan cukup terbatas—adalah sebagai sumber partikel alfa dalam spektrometer sinar-X partikel alfa (APXS). Instrumen ini dipasang pada Mars Pathfinder (Sojourner), Spirit, Opportunity, Curiosity, Mars 96, Mars Exploration Rover, pendarat komet Philae, serta Mars Science Laboratory untuk menganalisis komposisi dan struktur batuan di permukaan planet Mars. APXS juga digunakan pada kuar bulan Surveyor 5–7, tetapi dengan menggunakan sumber ²⁴²Cm.

Sistem APXS yang lebih kompleks memiliki kepala sensor yang berisi enam sumber kurium dengan total laju peluruhan beberapa puluh milicurie (sekitar satu gigabecquerel). Sumber-sumber tersebut diarahkan melalui kolimator menuju sampel, kemudian spektrum energi partikel alfa dan proton yang dihamburkan dari sampel dianalisis. Analisis proton hanya dilakukan pada beberapa jenis spektrometer. Spektrum yang diperoleh memberikan informasi kuantitatif mengenai hampir semua unsur utama dalam sampel, kecuali hidrogen, helium, dan litium.

Keselamatan

Karena sifat radioaktifnya, kurium dan senyawanya harus ditangani di laboratorium yang sesuai dengan prosedur khusus. Kurium sendiri memancarkan partikel alfa, yang dapat diserap oleh lapisan tipis dari material umum. Namun, beberapa produk peluruhannya memancarkan fraksi radiasi beta dan gama yang cukup signifikan sehingga memerlukan perlindungan yang lebih kompleks. Jika tertelan, kurium akan dikeluarkan dari tubuh dalam waktu beberapa hari dan hanya sekitar 0,05% yang diserap ke dalam darah. Dari jumlah yang terserap tersebut, sekitar 45% menuju hati, 45% menuju tulang, sedangkan 10% sisanya dikeluarkan dari tubuh. Di dalam tulang, kurium terakumulasi pada bagian dalam antarmuka menuju sumsum tulang dan tidak mengalami redistribusi secara signifikan seiring waktu. Radiasinya dapat merusak sumsum tulang sehingga menghentikan pembentukan sel darah merah. Waktu paruh biologis kurium diperkirakan sekitar 20 tahun di dalam hati dan 50 tahun di dalam tulang. Kurium diserap oleh tubuh jauh lebih kuat melalui inhalasi, dan dosis total ²⁴⁴Cm dalam bentuk yang larut yang diperbolehkan adalah sekitar 0,3 μCi. Pemberian larutan yang mengandung ²⁴²Cm dan ²⁴⁴Cm secara intravena pada tikus meningkatkan kejadian tumor tulang, sedangkan paparan melalui inhalasi meningkatkan risiko kanker hati dan paru-paru.

Isotop kurium secara tidak terhindarkan terdapat dalam bahan bakar nuklir bekas, dengan jumlah sekitar 20 g/ton. Isotop ²⁴⁵Cm–²⁴⁸Cm memiliki waktu peluruhan hingga ribuan tahun sehingga perlu dipisahkan untuk membuat bahan bakar tersebut lebih aman dan sesuai untuk pembuangan akhir. Prosedur ini melibatkan beberapa tahap. Kurium terlebih dahulu dipisahkan, kemudian diubah melalui pemborbardiran neutron dalam reaktor khusus menjadi nuklida yang berumur pendek. Proses tersebut disebut transmutasi nuklir. Meskipun metode ini telah terdokumentasi dengan baik untuk unsur-unsur lainnya, penerapannya pada kurium masih dalam tahap pengembangan.

Bibliografi

• Holleman, Arnold F. dan Wiberg, Nils Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102 Edition, de Gruyter, Berlin 2007, .
• Penneman, R. A. dan Keenan T. K. The radiochemistry of americium and curium, Universitas California, Los Alamos, California, 1960

Pranala luar

• Curium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
• NLM Hazardous Substances Databank – Curium, Radioactive

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 29637858 (2026-08-25T19:09:39Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Gambar pada artikel ini bersumber dari Wikimedia Commons dan mengikuti ketentuan lisensi masing-masing berkas. Mohon gunakan konten dan media secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.