Fakty o Kalifornii

Kaliforn to syntetyczny, radioaktywny pierwiastek, którego nie ma w naturze. Jest aktynowcem: jednym z 15 radioaktywnych pierwiastków metalicznych znajdujących się na dole układu okresowego. Czysty metal jest srebrzystobiały, plastyczny i tak miękki, że można go łatwo ciąć żyletką. Kaliforn jest umiarkowanie reaktywny chemicznie. Powoli matowieje w powietrzu w temperaturze pokojowej - małe kawałki lub folie metalu zaczynają się utleniać, ale nie gwałtownie.

Tylko fakty

• Liczba atomowa (liczba protonów w jądrze): 98
• Symbol atomowy (w układzie okresowym pierwiastków): por
• Masa atomowa (średnia masa atomu): 251
• Gęstość: nieznana
• Faza w temperaturze pokojowej: Ciało stałe
• Temperatura topnienia: 1,652 F (900 C)
• Temperatura wrzenia: nieznana
• Liczba izotopów (atomy tego samego pierwiastka z różną liczbą neutronów): 20 izotopów, których okresy połowicznego rozpadu są znane o liczbach masowych od 237 do 256.
• Najczęstsze izotopy: brak naturalnie występujących izotopów

Wszystkie izotopy kalifornu są radioaktywne. Cf-251 jest najbardziej stabilny z okresem półtrwania około 800 lat. Izotop Cf-252 jest bardzo silnym emiterem neutronów, co oznacza, że ​​ma niezwykłą właściwość wydzielania neutronów, gdy się rozpadają. Izotopy, które zachowują się w ten sposób, są według Chemistry Explained bardzo nietypowe. CF-252 jest stosowany w różnych gałęziach przemysłu: zastosowaniach wojskowych, wykrywaczach metali oraz jako sposób wykrywania zmęczenia metalu i naprężeń w samolotach.

Odkrycie

W 1950 roku amerykańscy naukowcy Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso i Glenn Seaborg po raz pierwszy wyprodukowali kaliforn w laboratorium na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Był to szósty odkryty syntetyczny transuran („poza” uranem) pierwiastek z grupy aktynowców. Odkrycie nastąpiło, gdy chemicy zbombardowali kurium-242 cząstkami alfa (atomami helu bez elektronów) w 60-calowym akceleratorze cząstek cyklotronu, zgodnie z Chemicool.com.

Każda reakcja jądrowa stworzyła Cf-245 - izotop o okresie półtrwania około 45 minut - i wolny neutron. Według Chemicool naukowcy wyprodukowali około 700 000 atomów Cf-245, co wystarczyło do stworzenia sześcianu o bokach mierzących zaledwie 27 nanometrów. Po analizie chemicznej naukowcy potwierdzili, że odkryto nowy pierwiastek.

W 1958 r. Kaliforn został po raz pierwszy wyizolowany w większych ilościach (1,2 mikrograma) przez Thompsona i badacza Burrisa Cunninghama w reaktorze do testowania materiałów w Idaho poprzez długotrwałe (pięć lat) napromieniowanie neutronem plutonu-239..

Używa

Cf-252, izotop kalifornu z okresem półtrwania 2,645 lat, jest bardzo silnym źródłem neutronów. Jeden mikrogram (0,000001 grama) Cf-252 wytwarza 170 milionów neutronów na minutę, według Jefferson Lab. Ten izotop ma różnorodne zastosowania, w tym działa jako emiter neutronów, dostarczając neutrony do rozruchu reaktorów jądrowych. Jest również używany jako źródło neutronów do wykrywania rud złota i srebra za pomocą techniki znanej jako aktywacja neutronów. Jest stosowany w neutronowych miernikach wilgotności, urządzeniach, które mogą wykrywać warstwy wodonośne i roponośne w szybach naftowych, według Jefferson Lab.

Izotop Cf-252 jest materiałem docelowym do produkcji elementów przezkalifornowych. Na przykład pierwiastek 118, oganesson, najcięższy pierwiastek, został wyprodukowany, gdy naukowcy zbombardowali kaliforn jonami wapnia, według Chemicool. Cf-252 jest również stosowany w leczeniu raka szyjki macicy i może pomóc w analizie zawartości siarki w ropie naftowej.

Nowe badania

Wciąż można się wiele dowiedzieć o najcięższych pierwiastkach układu okresowego, takich jak kaliforn, berkelium i einsteinium. Thomas E. Albrecht-Schmitt, profesor chemii na Florida State University i jego grupa badawcza zajmują się chemicznymi i fizycznymi właściwościami tych pierwiastków. Ich badanie nad tym, jak wiążą się z innymi elementami, polega na przepisywaniu podręczników.

Jednak jednym z pierwszych problemów związanych z nauką kalifornu jest zdobycie jego części. Po latach negocjacji z Departamentem Energii Stanów Zjednoczonych Albrecht-Schmitt otrzymał 5 miligramów kalifornu w ramach darowizny na uniwersytet. Te 5 mg rozciągnęło się na kilka eksperymentów, co doprowadziło do odkrycia, że ​​kaliforn ma zdolność wiązania i oddzielania innych materiałów, zgodnie z komunikatem prasowym w Science Daily..

Jedno z badań Albrechta-Schmitta, opublikowane w czasopiśmie Nature Communications, ujawniło, że kaliforn jest elementem przejściowym, co oznacza, że ​​pomaga połączyć jedną część układu okresowego z drugą. W szczególności kaliforn ma takie same właściwości jak trzy poprzednie pierwiastki aktynowców w tabeli - ameryk, kur i berkel - a także trzy aktynowce, które pojawiają się po nim - einstein, ferm i mendelewium.

Aktynowce składają się z 15 radioaktywnych pierwiastków metalicznych, od aktynu (Ac, liczba atomowa 89) do lawrenapnia (Lr, liczba atomowa 103) w układzie okresowym pierwiastków. Cięższe członki są wyjątkowo niestabilne i nie występują naturalnie.

„Odkryliśmy, że kaliforn reprezentuje miejsce w szeregu pierwiastków aktynowców (od Ac do Lr), gdzie chemia zasadniczo zmienia się w stosunku do wcześniejszych aktynowców” - powiedział Albrecht-Schmitt .

„Zaczynając od kalifornu i wzmacniając go poprzez einsteinium, fermium i mendelewium, a na końcu maksymalizując na poziomie nobelium, stopień utlenienia 2+ zaczyna dominować w chemii tych pierwiastków” - wyjaśnił. „W przypadku kalifornu do mendelewium stan 2+ jest metastabilny, co stwarza właściwości chemiczne i fizyczne, na które znaczący wpływ ma transfer ładunku z ligandów do metali”.

„Fizycy nazywają to„ niestabilnością walencyjną ”i powoduje ona powstawanie wielu nieoczekiwanych cech elektronicznych, takich jak zmiany wiązania, które są bardziej podobne do metali przejściowych niż do lantanowców”.

Albrecht-Schmitt zauważył, że te badania są ważne z dwóch powodów: „Po pierwsze, kaliforn jest najcięższym pierwiastkiem, w przypadku którego można mierzyć właściwości chemiczne i fizyczne w masie” - wyjaśnia. „Na jego właściwości elektroniczne znaczący wpływ mają wewnętrzne elektrony poruszające się z istotnymi frakcjami prędkości światła. Zatem kaliforn jest polem testowym do pomiaru, jak efekty relatywistyczne zmieniają chemię”.

„Po drugie, chociaż te właściwości są mniej wyraźne w lżejszych aktynowcach, takich jak pluton, są one nadal obecne i można je wykorzystać w procesach separacji, które są wykorzystywane do recyklingu zużytego paliwa jądrowego i pomagają złagodzić środowiskowe dziedzictwo zimnej wojny” - powiedział.

Kto wiedział?

• Kaliforn to najcięższy pierwiastek, który został wyprodukowany w znacznych ilościach.
• Widmo Cf-254 zaobserwowano w supernowych.
• Oak Ridge National Laboratory w Tennessee jest jedynym producentem Cf-252 dla rządu USA.
• Kaliforn jest uważany za pierwiastek transuranowy, co oznacza „poza uranem” w układzie okresowym. Uran to pierwiastek o numerze 92, więc pierwiastki o liczbie atomowej większej niż 92 to pierwiastki transuranowe.
• Cf-252 jest stosowany w leczeniu niektórych rodzajów raka szyjki macicy i mózgu, gdy promieniowanie jest nieskuteczne.
• Wytworzono i zbadano tylko kilka związków kalifornu, w tym tlenek kalifornu (CfO3), trichlorek kalifornu (CfCl3) i tlenochlorek kalifornu (CfOCl).