Californium

Californium
98 Cf
Dy ↑ Cf ↓ (UPN) Tabela periódica berquélio ← califórnio → einsteinium
Aparência
argênteo
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	califórnio, Cf, 98
Pronúncia	/ ˌ k æ l ɨ f ɔr n Eu ə m / KAL -i- PARA -nee-əm
Categoria Metallic	actinide
Grupo, período, bloco	n / D, 7, f
Peso atômico padrão	(251)
Configuração eletrônica	[ Rn ] 5f 10 7s 2 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
História
Descoberta	Lawrence Berkeley National Laboratory (1950)
Propriedades físicas
Fase	sólido
Densidade (perto RT)	15.1 g cm -3 ·
Ponto de fusão	1,173 K , a 900 ° C, 1652 ° F
Ponto de ebulição	1743 K, 1470 ° C, 2678 (estimativa) ° F
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	2, 3, 4
Eletronegatividade	1,3 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 608 kJ · mol -1
Miscelânea
A estrutura de cristal	hexagonal simples
Dureza de Mohs	3-4
Número de registo CAS	7440-71-3
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de califórnio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 248 Cf syn 333,5 d α (100%) 6,369 244 Cm SF (2,9 x 10 -3%) 0,0029 - 249 Cf traço 351 y α (100%) 6,295 245 Cm SF (5,0 x 10 -7%) 4,4 x 10 -7 - 250 Cf traço 13,08 y α (99,92%) 6.129 246 Cm SF (0,08%) 0,077 - 251 Cf traço 898 y α 6,172 247 Cm 252 Cf traço 2.645 y α (96,91%) 6,217 248 Cm SF (3,09%) - - 253 Cf traço 17.81 d β - (99,69%) 0.29 253 Es α (0,31%) 6.126 249 Cm 254 Cf syn 60,5 d SF (99,69%) - - α (0,31%) 5.930 250 Cm Referências de isótopos:

Californium é um radioativo metálico elemento químico com o símbolo Cf e número atômico 98. O elemento foi feita pela primeira vez no University of California, Berkeley em 1950 bombardeando cúrio com (partículas alfa hélio-4 iões ). É uma actinide elemento, o sexto elemento transurânico ser sintetizado, e tem a segunda maior massa atômica de todos os elementos que tenham sido produzidos em quantidades grandes o suficiente para ver com o olho nu (após einsteinium ). O elemento foi nomeado após Califórnia eo Universidade da Califórnia. É o elemento mais pesado que ocorrem naturalmente na Terra; elementos mais pesados só pode ser produzida por síntese.

Dois Existem formas cristalinas para californium sob pressão normal: um acima de 900 ° C e um valor inferior a 900 ° C. Uma terceira forma existe a alta pressão. Californium mancha lentamente em ar à temperatura ambiente. Os compostos de californium são dominadas por uma forma química do elemento, designado californium (III), que pode participar em três ligações químicas . O mais estável de vinte conhecidos do californium isótopos é californium-251, que tem uma semi-vida de 898 anos. Esta meia-vida curto, o elemento não é encontrado em quantidades significativas na crosta terrestre. Californium-252, com uma meia-vida de cerca de 2,64 anos, é o isótopo mais comum utilizado e é produzido no Oak Ridge National Laboratory, nos Estados Unidos e no Instituto de Pesquisa de reatores atômicos na Rússia.

Californium é um dos poucos elementos transurânicos que possuem aplicações práticas. A maioria destas aplicações explorar a propriedade de certos isótopos de califórnio para emitir nêutrons . Por exemplo, californium pode ser usado para ajudar a iniciar-se reactores nucleares, e é empregado como uma fonte de neutrões ao estudar materiais com difração de nêutrons e espectroscopia de neutrões. Californium também pode ser usado na síntese nuclear de elementos de massa mais elevadas; ununoctium (elemento 118) foi sintetizado pelo bombardear californium-249 com átomos de cálcio-48 iões. Uso de califórnio deve levar em conta as preocupações radiológicos e capacidade do elemento de perturbar a formação de glóbulos vermelhos por biocumulativos no tecido esquelético.

Características

Propriedades físicas

Californium é um branco prateado actinídeos de metal com um ponto de fusão de 900 ± 30 ° C e um valor estimado de ponto de ebulição de 1745 ° C. O metal puro é maleável e pode ser facilmente cortada com uma lâmina de barbear. Californium de metal começa a vaporizar-se acima de 300 ° C, quando exposto a um vácuo. Abaixo de 51 K (-220 ° C) califórnio metal é tanto ferromagnético ou ferrimagnético (ele age como um imã), entre 48 e 66 K é antiferromagnetic (um estado intermediário), e acima de 160 K (-110 ° C) é paramagnéticos (campos magnéticos externos podem torná-lo magnética). Faz ligas com lantanídeos metais, mas pouco se sabe sobre eles.

O elemento tem dois formas cristalinas sob uma atmosfera padrão da pressão: Um duplo forma-embalados hexagonal alfa apelidado (α) e um de face centrada forma cúbica beta designado (β). A forma α existe abaixo de 900 ° C, com uma densidade de 15,10 g / cm ³ e da forma β existe acima de 900 ° C, com uma densidade de 8,74 g / cm ^3. Aos 48 anos GPa de pressão a forma muda para uma β sistema cristalino ortorômbico devido à deslocalização de o átomo de Elétrons 5F, que liberta-los de se relacionar.

O módulo de elasticidade de um material é uma medida da sua resistência à pressão uniforme. Grandes quantidades de Californium módulo é de 50 ± 5 GPa, que é semelhante para os metais lantanídeos trivalente, mas menor do que metais mais conhecidos, tais como o alumínio (70 GPa).

Propriedades químicas e compostos

Californium exposições valências de 4, 3 ou 2; que indica o número de ligações químicas um átomo de este elemento pode formar. As suas propriedades químicas são previstos para ser semelhante a outros principalmente 3+ elementos actinídeos de valência e o elemento de disprósio , que é o lantanídeos acima californium na tabela periódica. O elemento de mancha lentamente em ar à temperatura ambiente, com o aumento da taxa de humidade quando é adicionado. Californium reage quando aquecido com hidrogénio , azoto , ou um Calcogênio (elemento da família de oxigênio); reacções com hidrogénio seco e aquosa ácidos minerais são rápidos.

Califórnio é apenas uma solúvel em água como o califórnio (III) cação . Tentativas de reduzir ou oxidar o ião 3 em solução falharam. O elemento forma um solúvel em água- cloreto, nitrato , perclorato, e sulfato e é precipitado na forma de um flúor, oxalato, ou hidróxido .

Isótopos

Vinte radioisótopos de californium foram identificados, sendo os mais estáveis californium-251 com uma meia-vida de 898 anos, californium-249 com uma meia-vida de 351 anos, californium-250 com uma meia-vida de 13,08 anos, e californium- 252 com uma meia-vida de 2,645 anos. Todos os isótopos restantes têm semi-vidas mais curtas do que um ano, e a maioria delas têm semi-vidas mais curtas do que 20 minutos. Os isótopos de califórnio variam em número de massa 237-256.

Californium-249 é formada a partir da decaimento beta do berquélio-249, ea maioria dos outros isótopos de califórnio são feitas submetendo berquélio à radiação intensa de nêutrons em um reactor nuclear. Embora califórnio-251 tem meia-vida mais longa, o seu rendimento de produção é de apenas 10%, devido à sua tendência para coletar nêutrons (de alta a captura de neutrões) e a sua tendência para interagir com outras partículas (alta cross-seção de nêutrons).

Californium-252 é uma muito forte de neutrões emissor, o que torna extremamente radioativo e prejudicial. Califórnio-252 sofre decaimento alfa (a perda de dois prótons e dois nêutrons) 96,9% do tempo para formar cúrio -248 enquanto os restantes 3,1% são de decaimentos fissão espontânea. Um microgramas (mg) de califórnio-252 emite 2,3 milhões de nêutrons por segundo, uma média de 3,7 nêutrons por fissão espontânea. A maioria dos outros isótopos de califórnio decadência de isótopos de cúrio ( número atômico 96), através de decaimento alfa.

História

O diâmetro de 60 polegadas (1.500 mm) ciclotrão usada para sintetizar primeiro califórnio

Califórnio foi sintetizado pela primeira vez no University of California, Berkeley pelos pesquisadores de física Stanley G. Thompson, Kenneth Street, Jr., Albert Ghiorso, e Glenn T. Seaborg, a 9 de fevereiro de 1950. Ele foi o sexto transurânico elemento a ser descoberto; a equipe anunciou sua descoberta em 17 de março de 1950.

Para produzir califórnio, um alvo do tamanho de micrograma-de cúrio-242 (242
96 cm) foi bombardeado com 35 MeV- partículas alfa (4
2 Ele) na de 60 polegadas de diâmetro (1.500 mm) ciclotrão em Berkeley, Califórnia, que produziu califórnio-245 (245
98 Cf) mais um nêutron livre (n).

242
96 Cm + 4
2 Ele → 245
98 Cf + 1
0 n

Apenas cerca de 5000 átomos de californium foram produzidos nesta experiência, e esses átomos tinha uma meia-vida de 44 minutos.

Os descobridores nomeou o novo elemento depois da Califórnia e do Universidade da Califórnia. Esta foi uma ruptura com a convenção usada para elementos 95-97, o que chamou a inspiração de como os elementos diretamente acima deles na tabela periódica foram nomeados. No entanto, o elemento diretamente acima elemento 98 na tabela periódica, disprósio , tem um nome que significa simplesmente "difícil obter no" assim que os investigadores decidiram anular a convenção de nomenclatura informal. Eles acrescentaram que "o melhor que podemos fazer é apontar [que] ... pesquisadores um século atrás encontrado dificuldades para chegar à Califórnia."

Pesáveis quantidades de califórnio foram os primeiros produzidos pela irradiação de alvos de plutónio no Testes de Materiais reactor no Idaho Laboratório Nacional; e esses achados foram relatados em 1954. A alta taxa de fissão espontânea de califórnio-252 foi observada nestas amostras. A primeira experiência com califórnio em forma concentrada ocorreu em 1958. Os isótopos de califórnio-249 para califórnio-252 foram isolados no mesmo ano de uma amostra de plutônio-239 que tinham sido irradiados com nêutrons em um reator nuclear para cinco anos. Dois anos depois, em 1960, Cunningham e Burris James Wallman do Laboratório de Radiação Lawrence, da Universidade da Califórnia criou o primeiro califórnio compostos califórnio trichloride, oxicloreto californium, e californium-óxido por tratamento com vapor californium e ácido clorídrico.

O Alto Fluxo Isotope Reactor (HFIR) no Oak Ridge National Laboratory (ORNL) no Oak Ridge, Tennessee, começou a produzir pequenos lotes de califórnio na década de 1960. Em 1995, a HFIR nominalmente produziu 500 miligramas de califórnio anualmente. Plutônio fornecidas pelo Reino Unido para os Estados Unidos sob a Acordo EUA-Reino Unido de Defesa Mútua 1958 foi utilizado para a produção de califórnio.

O Comissão de Energia Atômica vendido califórnio-252 para clientes industriais e acadêmicos no início de 1970 para US $ 10 por microgramas e uma média de 150 mg de califórnio-252 foram enviados a cada ano, de 1970 a 1990. Californium metal foi preparado pela primeira vez em 1974 por Haire e Baybarz que reduziu californium óxido (III) com metal lantânio para obter quantidades de micrograma de sub-micrométricas filmes espessos.

Ocorrência

Testes nucleares contaminou o ambiente com traços de califórnio.

Quantidades muito diminutas de califórnio existem na Terra devido à reações captura de neutrões e decaimento beta em muito altamente concentrados de urânio depósitos -bearing. Traços de califórnio pode ser encontrado perto de instalações que utilizam o elemento em prospecção mineral e em tratamentos médicos. O elemento é bastante insolúvel em água, mas ele adere bem ao material comum; e as concentrações de la no solo pode ser 500 vezes mais elevada do que na água em torno das partículas do solo.

Fallout partir atmosférica ensaios nucleares antes de 1980 contribuiu com uma pequena quantidade de californium para o ambiente. Califórnio com isótopos números de massa 249, 252, 253, e 254 foram observados no pó radioactivo recolhida a partir do ar após uma explosão nuclear. Califórnio não é um grande radionuclídeo em Estados Unidos Departamento de Energia legados locais, uma vez que não foi produzido em grandes quantidades.

Californium uma vez que se acreditava ser produzido em supernovas , como seu decaimento corresponde a meia-vida de 60 dias ²⁵⁴ cf. No entanto, estudos subseqüentes não conseguiram demonstrar qualquer espectros de califórnio, e curvas de luz supernova são pensados agora para acompanhar a decadência da níquel-56.

Produção

Californium é produzido em reactores nucleares e aceleradores de partículas. Califórnio-250 é feita por meio do bombardeio berquélio-249 (249
97 Bk) com nêutrons, formando berquélio-250 (250
97 Bk) através captura de neutrões (n, γ) que, por sua vez, rapidamente decaimentos beta (β ^-) para califórnio-250 (250
Cf 98) na reacção seguinte:

249
97 Bk (n, γ) 250
97 Bk → 250
98 Cf + β ^-

Bombardeio do califórnio-250 com neutrons produz califórnio-251 e califórnio-252.

Irradiação prolongado de amerício , cúrio, e plutônio com nêutrons produz quantidades de miligramas de califórnio-252 e os montantes microgramas de califórnio-249. A partir de 2006, cúrio isótopos 244-248 são irradiadas por nêutrons em reatores especiais para produzir principalmente califórnio-252 com menores quantidades de isótopos 249-255.

Microgramas quantidades de califórnio-252 estão disponíveis para uso comercial através de os EUA Comissão Reguladora Nuclear. Apenas dois locais produzir califórnio-252 - Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, ea Instituto de Pesquisa de reatores atômicos em Dimitrovgrad, Rússia. A partir de 2003, os dois sites produzir 0,25 gramas e 0,025 gramas de califórnio-252 por ano, respectivamente.

Três isótopos californium com meias-vidas significativos são produzidos, o que requer um total de 15 por capturas de neutrões urânio-238 sem fissão nuclear ou decaimento alfa ocorrem durante o processo. Californium-253 está na extremidade de uma cadeia de produção que começa com urânio-238, inclui várias isótopos de plutônio, amerício, curium, berquélio, e o califórnio isótopos 249-253 (ver esquema).

Esquema da produção de califórnio-252 do urânio-238 por irradiação de nêutrons

Aplicações

Fifty-ton barril transporte construído no Oak Ridge National Laboratory, que pode transportar até 1 grama de ²⁵² Cf. Grandes e pesadamente blindados contentores de transporte são necessários para impedir a libertação de material altamente radioativo em caso de acidentes normais e hipotéticas.

Califórnio-252 tem uma série de aplicações especializadas como um forte emissor de nêutrons, e cada micrograma de califórnio fresco produz 139 milhões de nêutrons por minuto. Esta propriedade faz califórnio útil como um fonte de arranque de nêutrons para alguns reatores nucleares e como um (com base não-reactor) fonte de nêutrons portátil para análise por ativação com nêutrons para detectar vestígios de elementos em amostras. Nêutrons de califórnio são empregadas como um tratamento de certos cervical e cancros cerebrais onde outros terapia de radiação é ineficaz. Tem sido usada em aplicações educacionais desde 1969 quando o Georgia Institute of Technology recebeu um empréstimo de 119 ug de califórnio-252 a partir do rio Savannah Plant. Também é utilizado em linha com elementar analisadores de carvão e analisadores de materiais a granel nas indústrias do carvão e cimento.

Neutron penetração em materiais faz califórnio útil na detecção instrumentos, tais como scanners haste de combustível; A radiografia de nêutrons de componentes de aeronaves e armas para detectar corrosão , maus soldas, rachaduras e umidade presos; e em detectores de metais portáteis. Medidores de umidade Neutron usar califórnio-252 para encontrar camadas de água e petróleo em poços de petróleo, como um portátil fonte de nêutrons para a prospecção de ouro e prata para análise on-the-spot, e para detectar o movimento da água do solo. Os principais usos do califórnio-252, em 1982 foram, por ordem de uso, reactor start-up (48,3%), combustíveis digitalização haste (25,3%), e análise por ativação (19,4%). Em 1994 mais califórnio-252 foi usado em radiografia de nêutrons (77,4%), com a digitalização de barras de combustível (12,1%) e reator de start-up (6,9%) como usos secundários importantes, mas distantes.

Californium-251 tem um muito pequeno massa crítica (cerca de 5 kg), alta letalidade, e um período relativamente curto de irradiação do ambiente tóxico. A baixa massa crítica de califórnio levou a algumas afirmações exageradas sobre possíveis usos para o elemento.

Em outubro de 2006, pesquisadores anunciaram que três átomos de ununoctium (elemento 118) havia sido identificado no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna, Rússia , como o produto de bombardeio de califórnio-249 com cálcio -48, tornando-se o elemento mais pesado já sintetizados. A meta para este experimento continha cerca de 10 mg de califórnio-249 depositados sobre uma folha de titânio de 32 centímetros ² área. Californium também tem sido utilizado para produzir outros elementos transurânicos; por exemplo, elemento 103 (mais tarde nomeado lawrencium ) foi sintetizado pela primeira vez em 1961, bombardeando o califórnio com boro núcleos.

Precauções

Californium que bioacumulação em esquelético lançamentos de tecidos radiação que perturba a capacidade do corpo para formar glóbulos vermelhos. O elemento não desempenha nenhum papel biológico natural em qualquer organismo devido à sua radioactividade intensa e baixa concentração no ambiente.

Californium pode entrar no corpo da ingestão de alimentos ou bebidas contaminados ou por ar de respiração com partículas suspensas do elemento. Uma vez no corpo, apenas 0,05% do californium vai atingir a corrente sanguínea. Cerca de 65% do que californium vai ser depositado no esqueleto, 25% no fígado, e o resto em outros órgãos, ou excretada, principalmente na urina. Metade do califórnio depositado no esqueleto e fígado são ido em 50 e 20 anos, respectivamente. Californium no esqueleto adere a superfícies ósseas antes de migrar lentamente ao longo do osso.

O elemento é mais perigosa, se levado para o corpo. Além disso, califórnio-249 e califórnio-251 pode causar danos nos tecidos externamente, através de emissão de raios gama. A radiação ionizante emitida por califórnio no osso e no fígado pode causar câncer.