Каліфорній

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Каліфорній (Cf)
Атомний номер 98
Зовнішній вигляд простої речовини М'який, сріблястий метал[1]
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 251,0796 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 295 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 606,092(6,28)[2] кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Rn] 5f10 7s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 168[2] пм
Радіус іона 106[3] пм
Електронегативність (за Полінгом) 1,3
Електродний потенціал Cf←Cf3+ -1,93В
Cf←Cf2+ -2,1В
Ступені окиснення 4, 3, 2
Термодинамічні властивості
Густина 15,1 г/см³
Молярна теплоємність n/a Дж/(К·моль)
Теплопровідність 10[4] Вт/(м·К)
Температура плавлення 900 К
Теплота плавлення n/a кДж/моль
Температура кипіння n/a К
Теплота випаровування n/a кДж/моль
Молярний об'єм 16,5 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 3,38 Å
Відношення с/а n/a
Температура Дебая n/a К
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Каліфорній у Вікісховищі?

Каліфорній (Cf) — штучно одержаний радіоактивний хімічний елемент; належить до актиноїдів. символ Cf, атомне число 98, електронна конфігурація [Rn]5f107s2; період 7, f-блок (актиноїд). Відомо 15 ізотопів. Найстабільніші ізотопи 251Cf (900 років), 249Cf (360 років), 250Cf (13,08 років), 252Cf (961 днів). Звичайний ступінь окиснення +3 (пр., Cf2О3), є ще +2 і +4 (пр., CfBr2, CfО2, CfF4). Проста речовина — каліфорній.

Історія[ред. | ред. код]

Починаючи з 1944 року група Гленна Сіборга в Університеті Каліфорнії (Берклі) почала займатися пошуками і синтезом трансуранових елементів, і в кінці того ж року змогла виявити 95-й і 96-й елементи — америцій і кюрій. Після їх виявлення стало зрозуміло, що ці елементи утворюють сімейство (подібне до до сімейства лантаноїдів), що отримало назву актиноїди. Після цього стало простіше передбачати хімічні властивості ще не відкритих елементів, а отже і виділяти їх. Також, під час роботи з цими елементами були розроблені методики ультрамікрохімічного аналізу.[5]

Протягом наступних п'яти років було накопичено кілька мікрограм кюрію[6], що дозволило зробити наступний крок. У 1950 році Сіборг, С. Дж. Томпсон[en] і А. Гіорсо опромінили мішень з кюрію розігнанними на 60-дюймовому циклотроні альфа-частинками з енергією 35 МеВ, отримавши близько 5000 атомів елементу номер 98[7], за наступною реакцією:

Період напіврозпаду цього ізотопу становить лише 44 хвилини, тому ідентифікація його була надзвичайно важкою. Вона була здійснена за допомогою методу іонообмінноі адсорбції на смолі дауекс-50, з послідуючою елюцією. Остаточно отримання елементу номер 98 було підтверджене 9 лютого 1950 року. [8]

Елемент отримав назву на честь штату Каліфорнія, де він був отриманий. Також, автори статті, у якій вони описували відкриття нового елементу, пов'язували його назву з назвою диспрозію (що з давньогрецької перекладається як важкодосяжний), що є рідкоземельним аналогом каліфорнію. Вони вказували, що отримати новий елемент було так само важко, як першим поселенцям було важко дістатись до Каліфорнії.[9]

Отримати вагові кількості каліфорнію вдалося лише у 1958 році Каннінгему[de] і Томпсону[10] після тривалого опромінення плутонію нейтронами, а першу хімічну сполуку — 0,3 мкг CfOCl (хлорид оксиду каліфорнію), лише у 1960 році, Каннінгему і Джеймсу Уолману. У тому ж році були отримані окис(Cf2O3) і трихлорид каліфорнію.[11]

Фізичні властивості[ред. | ред. код]

Кристалічна ґратка каліфорнію у нормальних умовах

Каліфорній — сріблястий метал, з густиною 15,1 г/см3, що плавиться при 900±30°C. Температура кипіння невідома, проте з теоретичних міркувань вона має бути близькою до 1470°C. Каліфорній має подвійну гексагональну щільно спаковану кристалічну ґратку з параметрами a=3,4Ǻ і c=11Ǻ. При високому тиску (більше 16 ГПа) і температурі 600-800°C зафіксований перехід до іншої алотропної модифікації, що має кубічну гранецентровану ґратку з періодом 4,9Ǻ. Згідно деяких досліджень, при тиску у 48 ГПа, каліфорній переходить до орторомбічної форми. [12]

Отримання[ред. | ред. код]

Диск з каліфорнію, приблизно 1 мм в діаметрі

На практиці, каліфорній утворюється при тривалому (кілька років) опроміненні плутонію-239 нейтронами в спеціальних ядерних реакторах по ланцюжку плутоній-америцій-кюрій-берклій-каліфорній (на цьому шляху плутоній захоплює 13 нейтронів і зазнає 4 бета-розпадів). Для цього мішень зі сплаву алюмінію і плутонію опромінюють в реакторах з великою щільністю потоку нейтронів, після чого мішень розчиняють у розплаві NaOH і екстрагують з неї плутоній та інші актиноїди за допомогою органічних розчинників, після чого відділяють каліфорній від інших трансуранових елементів аніонним обміном[en], промиваючи колонку хлоридом літію і соляною кислотою.[13]

Вихід каліфорнію при реакції дуже малий — з 10 кілограмів плутонію утворюється лише три грами каліфорнію. Отриманий таким чином каліфорній має наступний ізотопний склад: 4,3% 249Cf, 49% 250Cf, 11% 251Cf, 36% 252Cf.[14]

Використання[ред. | ред. код]

Як джерело нейтронів[ред. | ред. код]

Каліфорній-252 є потужним і компактним джерелом нейтронів, і використовується в цій якості в багатьох галузях:

  • Ініціюючі джерела нейтронів для ядерних реакторів[15].
  • Лікування раку — каліфорній використовується для брахітерапії (вид терапії раку, при якому джерево випромінювання розміщується всередині тіла)[16].
  • Нейтронно-активаційний аналіз — методика, за допомогою якої можна визначити склад речовини.
  • Нейтронна радіографія — метод неруйнівного дослідження за допомогою пучка нейтронів. З допомогою нейтронної радіографії можна встановити неоднорідності розподілу домішок або внутрішні дефекти у зразку. Використовується, наприклад, при перевірці на дефекти літаків і зброї [17]

Інше[ред. | ред. код]

  • Пошук нових елементів — бомбардуючи каліфорній ядрами легких елементів можна отримати більш важкі ядра. Таким чином був відкритий, наприклад, оганесон, елемент номер 118.


Ізотопи[ред. | ред. код]

Масове число Спін Період напіврозпаду Реакція отримання[18] Основні канали розпаду[19] Продукти розпаду
237 5/2 2.1с 206Pb(34S,3n)[20] Поділ(10%) Різноманітні
β+ Берклій-237
α Кюрій-233
238 0 21.1мс 207Pb(34S,3n) Поділ Різноманітні
239 5/2 39с α-розпад 243Fm β+ Берклій-239
α Кюрій
240 0 57.6с 233U(12C,5n) α(98%) Кюрій-236
Поділ(2%) Різноманітні
241 7/2 3.8 хв 233U(12C,4n) β+(75%) Берклій-241
α(25%) Кюрій
242 0 3.7 хв 233U(12C,3n) β+(20%) Берклій-242
α(80%) Кюрій
243 1/2 10.7 хв 235U(12C,4n) β+(86%) Берклій-243
α(14%) Кюрій
244 0 19.4 хв 244Cm(α,4n) 236U(12C,4n) α Кюрій-240
245 5/2 45 хв 244Cm(α,3n), 238U(12C,5n) β+(64%) Берклій-245
α(36%) Кюрій
246 0 35.7 год 244Cm(α,2n), 246Cm(α,4n) α Кюрій-242
247 7/2 3.1 год 244Cm(α,n), 246Cm(α,3n) ε Берклій-247
248 0 333.5 діб 246Cm(α,2n) α Кюрій-244
249 9/2 351 рік β--розпад 249Bk α Кюрій-245
250 0 13.08 років 249Bk + n[21] α Кюрій-246
251 1/2 898 років 250Cf + n α Кюрій-247
252 0 2.645 років 251Cf + n α(96.908%) Кюрій-248
Поділ(3.092%) Різноманітні
253 7/2 17.81 діб 252Cf + n β- Ейнштейній-253
254 0 60.53 діб 253Cf + n Поділ Різноманітні
255 7/2 85 хв 254Cf(n, gamma) β- Ейнштейній-255
256 0 12.3 хв 254Cf(t, p)[22] Поділ Різноманітні

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Californium (Cf) - Discovery, Occurrence, Production, Properties and Applications of Californium(англ.)
  2. а б Californium(англ.)
  3. Californium: radii of atoms and ions(англ.)
  4. Californium: physical properties(англ.)
  5. СИБОРГ (Seaborg), Гленн Теодор(рос.)
  6. Сиборг, 1965, с. 32
  7. Курс неорганической химии(рос.)
  8. Сиборг, 1965, с. 34
  9. Сиборг, 1965, с. 35
  10. Калифорний(рос.)
  11. Сиборг, 1965, с. 37
  12. Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 1519
  13. Несмеянов, 1978, с. 384
  14. Несмеянов, 1978, с. 383
  15. What is Californium Used For in Everyday Life?(англ.)
  16. Californium-252 neutron brachytherapy combined with external beam radiotherapy for esophageal cancer: long-term treatment results(англ.)
  17. About Californium(англ.)
  18. Yoshida, Johnson, Kimura, Krsul, 2010, с. 1499
  19. Isotopes of Californium(англ.)
  20. Бомбардування ядер свинцю ядрами сульфуру, з подальшим випромінюванням трьох миттєвих нейтронів
  21. захоплення нейтрона
  22. Бомбардування ядер каліфорнію-254 ядрами тритію, з подальшим випромінюванням протона

Література[ред. | ред. код]