калифорния - Californium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Калифорний,   98 Cf
Очень небольшой диск серебристого металла, увеличенный, чтобы показать его металлическую текстуру
Общие свойства
Произношение / ˌ K æ л ɪ е ɔːr п я ə м / ( KAL -ə- ДЛЯ -nee-əm )
Внешность серебристый
Массовое число 251 (наиболее стабильный изотоп)
Калифорний в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Dy

Cf

(В)
беркелийкалифорнияэйнштейния
Атомный номер ( Z ) 98
группа Группа н /
период период 7
блок ф-блок
категория Элемент   актинид
Электронная конфигурация [ Rn ] 5f 10 7s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления +1173  К (900 ° С, 1652 ° F)
Точка кипения 1743 К (1470 ° С, 2678 ° F) , (оценка)
Плотность (около  к.т. ) 15,1 г / см 3
Атомные свойства
Окислительные состояния +2, +3 , +4, +5 ,
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,3
энергия ионизации
  • 1-й: 608 кДж / моль
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии калифорния
Другие свойства
Кристальная структура двойной гексагональной плотной упаковкой (DHCP)
Двойная гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура для калифорния
твердость по Моосу 3-4
Количество CAS 7440-71-3
история
Именование после того, как Калифорния , где он был обнаружен
открытие Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (1950)
Основные изотопы калифорния
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
248 Cf син 333,5 г α (100%) 244 Cm
SF  (2,9 × 10 -3 %) -
249 Cf син 351 г α (100%) 245 Cm
SF (5,0 × 10 -7 %) -
250 Cf син 13,08 г α (99,92%) 246 Cm
SF (0,08%) -
251 Cf син 898 г α 247 Cm
252 Cf син 2,645 г α (96.91%) 248 Cm
SF (3,09%) -
253 Cf син 17,81 г β - (99.69%) 253 Es
α (0,31%) 249 Cm
254 Cf син 60,5 г SF (99.69%) -
α (0,31%) 250 Cm
| Рекомендации

Калифорний является радиоактивный химический элемент с символом Cf и атомным номером 98. Элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории Лоренса Беркли (тогда Калифорнийского университета в радиационной лаборатории), при бомбардировке кюрия с альфа - частицами ( гелий-4 ионов ). Это актиниды элемент, шестой элемент трансуранового быть синтезирован , и имеет вторую по величине атомной массы всех элементов , которые были произведены в количествах , достаточно больших , чтобы увидеть с невооруженным глазом (после эйнштейния ). Элемент был назван в честь университета и штата Калифорния .

Две кристаллических форм существуют для калифорния при нормальном давлении: один выше и один ниже 900 ° C (1650 ° F). Третья форма существует при высоком давлении. Калифорний медленно тускнеет на воздухе при комнатной температуре. Соединения калифорния доминируют +3 степени окисления . Наиболее стабильный из двадцати известных калифорния по изотопам является калифорния-251, который имеет период полураспада 898 лет. Этот короткий период полураспада означает , что элемент не найден в значительных количествах в земной коре. Калифорния-252, с периодом полураспада около 2,64 лет, является наиболее распространенным изотопом используется и производится в национальной лаборатории Oak Ridge в США и Научно - исследовательский институт атомных реакторов в России.

Калифорния является одним из немногих трансурановых элементов , которые имеют практическое применение. Большинство этих приложений используют свойство некоторых изотопов калифорния излучать нейтроны . Например, калифорний может быть использован , чтобы помочь запустить ядерные реакторы , и он используется в качестве источника нейтронов при изучении материалов с использованием дифракции нейтронов и нейтронной спектроскопии . Калифорний также может быть использован в ядерном синтезе более высоких массовых элементов; oganesson (элемент 118) синтезируют путем бомбардировки калифорния-249 атомов с кальцием 48 ионов. Пользователи калифорнии должны учитывать радиологические проблемы и способность элемента нарушить образование красных кровяных клеток пути бионакопления в скелетной ткани.

Характеристики

Физические свойства

Калифорний является серебристо - белый актинидов металл с температурой плавления 900 ± 30 ° С (± 50 1650 ° F) и расчетной температурой кипения от 1745 К (1470 ° C; 2680 & deg ; F). Чистый металл податлив и легко вырезать с лезвием бритвы. Калифорний металл начинает испаряться выше 300 ° C (570 ° F) при воздействии вакуума. Ниже 51 К (-222 ° C; -368 ° F) калифорний металл представляет собой либо ферромагнитного или ферримагнитного (оно действует как магнит), между 48 и 66 K это антиферромагнитного (промежуточное состояние) и выше 160 К (-113 ° С; -172 ° F) , что парамагнитные (внешние магнитные поля могут сделать его магнитное). Он образует сплавы с лантаноидов металлов , но мало что известно о них.

Элемент имеет две кристаллические формы под 1 стандартной атмосфере давления: а двойной гексагональной плотноупакованной форму дублирован альфа (α) и гранецентрированной кубической формы , обозначенный бета (& beta ; ). Форма α существует ниже 600-800 ° С с плотностью 15.10 г / см 3 и форма β существует выше 600-800 ° С с плотностью 8,74 г / см 3 . При 48  ГПа давления в β образуют изменения в орторомбической кристаллической системе из - за делокализации атома 5f электронов , что освобождает их связи.

Объемный модуль упругость материала является мерой его устойчивости к равномерному давлению. Объемный модуль упругость Калифорния составляет 50 ± 5 ГПА , который похож на трехвалентный лантаниды , но меньше , чем более привычные металлы, такие как алюминий (70 ГПА).

Химические свойства и соединения

Типичная калифорния соединение
государство соединение формула цвет
+2 калифорний бромид (II), CfBr 2 желтый
+2 калифорний йодида (II), CFI 2 темно-фиолетовый
+3 калифорний оксида (III), Cf 2 O 3 желто-зеленый
+3 калифорний (III), фторид CFF 3 ярко зеленый
+3 калифорний (III), хлорид CFCl 3 изумрудно-зеленый
+3 калифорний (III), бромид CfBr 3 желто-зеленый
+3 калифорний йодида (III), CFI 3 лимонно-желтый
+3 калифорний (III) борат Cf [B 6 O 8 (ОН) 5 ] бледно-зеленый
+4 калифорний оксид (IV), CFO 2 Черно-коричневый
+4 калифорний (IV), фторид CFF 4 зеленый

Калифорний проявляет степень окисления 4, 3 или 2. Это , как правило , составляет восемь или девять связей с окружающими атомами или ионами. Его химические свойства предсказаны быть похожими на других в первую очередь 3+ актинидных элементы валентных и элемент диспрозий , который является лантанидом выше калифорния в периодической таблице. Элемент медленно тускнеет на воздухе при комнатной температуре, при этом скорость увеличивается при добавлении влаги. Калифорний реагирует при нагревании с водородом , азотом , или халькоген (кислород семейного элементом); реакции с сухим водородом и водными минеральными кислотами являются быстрыми.

Калифорний только растворимая в воде , как калифорниевый (III) катион . Попытки уменьшить или окисляющие +3 ион в растворе не увенчались успехом. Элемент образует растворимый в воде хлорид , нитрат , перхлорат , и сульфат , и осаждают в виде фторида , оксалата , или гидроксид . Калифорний является самыми тяжелыми актинидами проявляют ковалентные свойства, как это наблюдается в калифорниевом борате.

Изотопы

Двадцать радиоизотопы калифорния были охарактеризованы, наиболее стабильным является калифорния-251 с периодом полураспада 898 лет, калифорния-249 с периодом полураспада 351 лет, калифорния-250 с периодом полураспада 13,08 лет, и калифорния -252 с периодом полураспада 2.645 лет. Все остальные изотопы имеют периоды полураспада меньше , чем за год, и большинство из них имеют периоды полураспада меньше чем за 20 минут. Изотопы диапазоне калифорниевой в массовом числе от 237 до 256.

Калифорний-249 образуется из бета - распада берклия-249, и большинство других изотопов калифорния сделаны, подвергая берклия к интенсивного нейтронного излучения в ядерном реакторе . Несмотря на то, калифорния-251 имеет самый длинный период полураспада, его производство выход составляет только 10% из - за его склонности собирать нейтроны (высокий захват нейтрона ) и его склонность к взаимодействию с другими частицами (высокого нейтронного поперечного сечения ).

Калифорния-252 является очень сильным нейтрон эмиттер, что делает его чрезвычайно радиоактивны и вредным. Калифорний-252 подвергается альфа - распада 96,9% времени , чтобы сформировать кюрий -248 а остальные 3,1% распадов спонтанное деление . Один микрограмм (мкг) калифорния-252 испускает 2,3 миллиона нейтронов в секунду, в среднем 3,7 нейтронов на спонтанного деления. Большинство других изотопов калифорния распада изотопов к кюрий ( атомный номер 96) с помощью альфа - распада.

история

Большие куски оборудования с человека, стоящего рядом.
60 дюймы диаметра (1,52 м) циклотронного используется для синтеза первой калифорния

Калифорния был впервые синтезирован в Университете Калифорнии Радиационной лаборатории в Беркли , по физике исследователей Стэнли Г. Томпсон , Кеннет Стрит, младший , Гиорсо и Сиборг на или около 9 февраля 1950 г. Это был шестой трансурановых элемент , чтобы быть обнаружены; группа объявила о своем открытии 17 -го марта 1950 года.

Для получения калифорния, микрограмм размера цели кюрия-242 ( 242
96
Cm
) Был засыпан 35 MeV- альфа - частиц ( 4
2
He
) В 60 дюймов диаметром (1,52 м) циклотроне в Беркли, который произвел калифорния-245 ( 245
98
Cf
) Плюс один свободный нейтрон (
N
).

242
96
Cm
+ 4
2
Он
245
98
Cf
+ 1
0

N

Только около 5000 атомов калифорния были произведены в этом эксперименте, и эти атомы имели период полураспада 44 минут.

Первооткрыватели назвали новый элемент после университета и государства. Это был перерыв из конвенции , используемой для элементов 95 до 97, которые черпали вдохновение от того, как были названы элементы непосредственно над ними в периодической таблице. Однако элемент непосредственно над элементом 98 в периодической таблице, диспрозия , имеет имя , которое означает просто «трудно получить в» поэтому исследователи решили отложить неофициальное соглашение о присвоении имен. Они добавили , что «лучшее , что мы можем сделать , это указать, [что] ... искатели столетие назад было трудно добраться до Калифорнии.»

Весомое количество калифорния было первыми получено при облучении мишеней плутония на испытаниях материалов реактор на Национальной испытательной станции реактора в восточной части штата Айдахо ; и эти результаты были получены в 1954 г. Высокая скорость спонтанного деления калифорния-252 наблюдалось в этих образцах. Первый эксперимент с калифорний в концентрированной форме произошло в 1958 году изотопы калифорния-249 калифорния-252 были выделены в том же году из образца плутоний-239 , который был при облучении нейтронами в ядерном реакторе в течение пяти лет. Через два года, в 1960 году, Burris Каннингем и Джеймс Уоллман из радиационной лаборатории Лоуренса университета Калифорнии создали первые Калифорний соединения-Калифорний трихлорид, Калифорний оксихлорид и Калифорний оксид путем обработки калифорния с паромами и соляной кислотой.

Высокий изотопный реактор (HFIR) в Национальной лаборатории Oak Ridge (ORNL) в Oak Ridge, Теннесси , начал производить небольшую партию калифорния в 1960 - х годах. К 1995 году HFIR номинально получают 500 мг (0,018 унции) калифорний ежегодно. Плутоний поставляется в Соединенном Королевстве в Соединенных Штаты по соглашению между США и Великобританией о взаимной обороне 1958 года был использован для производства калифорния.

Комиссия по атомной энергии продал калифорния-252 для промышленных и академических клиентов в начале 1970 - х годов за $ 10 на микрограмм и в среднем 150 мг (0,0053 унции) калифорния-252 были отправлены каждый год с 1970 по 1990 калифорния металла первым подготовлен в 1974 по Haire и Baybarz , который восстановленный оксид Калифорний (III) с металлом лантана , чтобы получить микрограммов количество толстых пленок суб-микронных.

Вхождение

Следы калифорния можно найти вблизи объектов, которые используют элемент разведки месторождений полезных ископаемых и в медицинских процедур. Элемент довольно нерастворимый в воде, но хорошо прилипает к обычной почве; и концентрации его в почве может быть в 500 раз выше, чем в воде, окружающей частицы почвы.

Осадки от атмосферных ядерных испытаний до 1980 года способствовали небольшое количеству калифорния в окружающей среду. Калифорний изотопы с массовыми числами 249, 252, 253, и 254 были обнаружены в радиоактивной пыли , собранной из воздуха после ядерного взрыва. Калифорния не является основным радионуклидом в Департамент энергетики США унаследованных сайтов , так как не было произведено в больших количествах.

Калифорния была когда - то считается, что произведено в сверхновых , так как их распаде соответствует 60-дневному периоду полураспада 254 Cf. Однако последующие исследования не смогли продемонстрировать какие - либо спектры Калифорний, и легкие сверхновой кривые теперь полагают, следуют распад никеля-56 .

Эти трансурановые элементы из америция в фермий , в том числе калифорния, произошли , естественно , в природном реакторе ядерного деления на Ок , но больше не делать.

производство

Калифорний производится в ядерных реакторах и ускорителях частиц . Калифорний-250 производится при бомбардировке Берклий-249 ( 249
97
Bk
) С нейтронами, образуя беркелия-250 ( 250
97
Ки
) С помощью захвата нейтронов (п, у) , которая, в свою очередь, быстро бета - распадов (бета - ) до калифорния-250 ( 250
98
Cf
) В следующей реакции:

249
97
Бк
(п, γ) 250
97
Бк
250
98
Cf
+ Р -

Бомбардировка калифорния-250 с нейтронами производит калифорния-251 и калифорния-252.

Длительное облучение америций , кюрий, и плутоний с нейтронами производит миллиграмм количество калифорния-252 и количества микрограммов калифорния-249. В 2006 году кюрий изотопы 244 до 248 облучают нейтронами в специальных реакторах , чтобы произвести в первую очередь калифорния-252 с меньшими количествами изотопов 249 до 255.

Микрограмм количества калифорния-252 доступны для коммерческого использования через США Комиссии по ядерному регулированию . Только два места производства калифорния-252: Национальной лаборатории Oak Ridge в Соединенных Штатах, а также Научно - исследовательский институт атомных реакторов в Димитровграде, Россия . В 2003 г. два участка производят 0,25 г и 0,025 г калифорния-252 в год, соответственно.

Три изотопа калифорния со значительным периодом полураспада производится, требуя в общей сложности 15 захватов нейтронов на уране-238 без ядерного деления или альфа - распад происходит в процессе. Калифорний-253 находится в конце производственной цепочки , которая начинается с ураном-238, включает в себя несколько изотопов плутония , америций , кюрий , берклий и калифорний изотопы 249 до 253 (см схемы).

Диаграмма комплекс последовательности операций, показывающая различные изотопы.
Схема производства калифорния-252 от урана-238 при облучении нейтронами

Приложения

Большая коническая структура на шкив с человеком на вершине и два у основания.
Пятьдесят тонн груза бочонок построен в Oak Ridge National Laboratory , который может перевозить до 1 грамм 252 Cf. Большие и сильно экранированные транспортные контейнеры необходимы для предотвращения высвобождения сильно радиоактивного материала в случае нормальных и гипотетических аварий.

Калифорния-252 имеет ряд специализированных применений в качестве сильного излучателя нейтронов, и каждый микрограмм свежего калифорния производит 139 миллионов нейтронов в минуту. Это свойство делает калифорний полезными в качестве источника запуска нейтронов для некоторых ядерных реакторов и в качестве портативного ( на основе не-реактор) источника нейтронов для нейтронных активационного анализа для обнаружения следовых количеств элементов в образцах. Нейтроны из калифорния используются в качестве лечения некоторой шейки матки и рака мозга , где другая лучевой терапия является неэффективной. Он был использован в образовательных целях с 1969 года , когда Грузия технологический институт получил кредит в размере 119 мкг калифорния-252 от завода Саванна Ривер . Он также используется с онлайн - элементных анализаторов угля и сыпучих материалов анализаторов в угольной и цементной промышленности.

Нейтронное проникновение в материалы делает калифорний полезен в приборах обнаружения , такие как твэлы сканеры; нейтронной радиографии самолетов и оружия компонентов для обнаружения коррозии , плохие сварные швы, трещины и захваченный влаги; и в портативных детекторов металла. Датчики влажности нейтронные использовать калифорния-252 , чтобы найти слои воды и нефти в нефтяных скважинах, в качестве портативного источника нейтронов для золота и серебра разведки на рабочем месте анализа, а также для обнаружения наземного движения воды. Основные виды использования калифорния-252 в 1982 году были, в порядке использования, реактор запуск (48,3%), сканирование твэлов (25,3%), а также анализ активации (19,4%). К 1994 году большинство калифорнии-252 был использован в нейтронной радиографии (77,4%), со сканированием твэлов (12,1%) и реактор пуском (6,9%) в качестве важного , но далекого вторичного использования.

Калифорний-251 имеет очень малую рассчитанную критическую массу около 5 кг (11 фунтов), высокой летальности, и за относительно короткого периода токсического экологического облучения. Низкая критическая масса калифорнии привела к некоторым преувеличенным о возможных применениях элемента.

В октябре 2006 года исследователи объявили , что три атома oganesson (элемент 118) был определен в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне , Россия , как продукт бомбардировки калифорния-249 с кальцием -48, что делает его самым тяжелым элементом когда - либо синтезируется. Мишень для этого эксперимента содержала около 10 мг калифорнии-249 , нанесенных на титановую фольге 32 см 2 площади. Калифорний также был использован для производства других трансурановых элементов; например, элемент 103 (позднее названный лоуренсий ) был впервые синтезирован в 1961 году путем бомбардировки с калифорний бора ядер.

Меры предосторожности

Калифорния , что биоаккумулируется в скелетной высвобождает ткани излучения , что нарушает способность организма к образованию красных кровяных телец . Элемент не играет никакой естественной биологической роли в любом организме из - за его интенсивной радиоактивности и низкой концентрации в окружающей среде.

Калифорний может попасть в организме от глотания зараженной пищи или напитков, или при дыхании воздуха с взвешенными частицами элемента. После того, как в организме, только 0,05% от калифорния достигнет в кровоток. Около 65% этого калифорния будет сдан на хранение в скелете, 25% в печени, а остальные в других органах, или выводится из организма, в основном с мочой. Половина калифорний, осажденного в скелете и печени исчезли в 50 и 20 лет, соответственно. Калифорния в скелете прилипает к поверхности кости, прежде чем медленно мигрируют по всей кости.

Элемент является наиболее опасным , если принимать в организм. Кроме того, калифорния-249 и калифорния-251 могут вызвать повреждение ткани извне, через гамма - излучение. Ионизирующее излучение , испускаемое калифорний на кости и в печени может привести к раку.

Заметки

Рекомендации

Список используемой литературы

внешняя ссылка