Fakta om Californium

Californium er et syntetisk, radioaktivt element, der ikke findes i naturen. Det er et actinid: et af 15 radioaktive, metalliske elementer, der findes i bunden af ​​det periodiske system. Det rene metal er sølvhvidt, formbart og så blødt, at det let kan skives med et barberblad. Californium er moderat kemisk reaktiv. Det pletter langsomt i luft ved stuetemperatur - små stykker eller folier af metallet begynder at oxidere, men ikke voldsomt.

Bare fakta

• Atomnummer (antal protoner i kernen): 98
• Atomsymbol (på elementernes periodiske tabel): Jf
• Atomvægt (atomets gennemsnitlige masse): 251
• Densitet: ukendt
• Fase ved stuetemperatur: Fast
• Smeltepunkt: 900 C
• Kogepunkt: ukendt
• Antal isotoper (atomer af det samme element med et andet antal neutroner): 20 isotoper, hvis halveringstid er kendt med massetal 237 til 256.
• Mest almindelige isotoper: Ingen naturligt forekommende isotoper

Alle californium-isotoper er radioaktive. Jf. 251 er den mest stabile med en halveringstid på ca. 800 år. Isotop Cf-252 er en meget stærk neutronemitter, hvilket betyder, at den har den usædvanlige egenskab at give af neutroner, når den går i stykker. Isotoper, der opfører sig på denne måde, er ifølge Chemistry Explained meget usædvanlige. Cf-252 bruges i forskellige industrier: militære applikationer, metaldetektorer og som en måde at opdage metal træthed og stress i fly.

Opdagelse

I 1950 producerede de amerikanske forskere Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso og Glenn Seaborg først californium i et laboratorium ved University of California, Berkeley. Det var det sjette syntetiske transuranium ("ud over" uran) i aktinidgruppen, der blev opdaget. Opdagelsen fandt sted, da kemikerne bombarderede curium-242 med alfa-partikler (heliumatomer uden elektroner) i en 60-tommer cyclotronpartikelaccelerator, ifølge Chemicool.com.

Hver atomreaktion skabte Cf-245 - en isotop med en halveringstid på ca. 45 minutter - og en fri neutron. Forskerne producerede omkring 700.000 atomer Cf-245, lige nok til at lave en terning med sider, der kun måler 27 nanometer, ifølge Chemicool. Efter en kemisk analyse bekræftede forskerne, at et nyt element var blevet opdaget.

I 1958 blev californium for første gang isoleret i større mængder (1,2 mikrogram) af Thompson og forsker Burris Cunningham på Materials Testing Reactor i Idaho via forlænget (fem år) neutronbestråling af plutonium-239.

Anvendelser

Cf-252, en californiumisotop med en halveringstid på 2.645 år, er en meget stærk neutronkilde. Ét mikrogram (0,000001 gram) Cf-252 producerer 170 millioner neutroner pr. Minut ifølge Jefferson Lab. Denne isotop har en række anvendelser, herunder fungerer som en neutronemitter og giver neutroner til opstart af atomreaktorer. Det bruges også som en neutronkilde til at detektere guld- og sølvmalm gennem en teknik kendt som neutronaktivering. Det bruges i neutronfugtighedsmålere, enheder, der kan registrere vand og olieholdige lag i oliebrønde, ifølge Jefferson Lab.

Isotop Cf-252 er et målmateriale til fremstilling af transkaliforniske elementer. For eksempel blev element 118, oganesson, det tungeste element, produceret, da forskere bombarderede californium med calciumioner ifølge Chemicool. Cf-252 bruges også til behandling af livmoderhalskræft og kan hjælpe med at analysere svovlindholdet i olie.

Ny forskning

Der er stadig så meget at lære om de tyngste elementer i den periodiske tabel, såsom californium, berkelium og einsteinium. Thomas E. Albrecht-Schmitt, professor i kemi ved Florida State University og hans forskningsgruppe studerer de kemiske og fysiske egenskaber ved disse elementer. Deres forskning i, hvordan de binder til andre elementer, er at omskrive lærebøger.

Et af de første problemer med at studere californium er imidlertid faktisk at få et stykke af det. Efter mange års forhandlinger med det amerikanske energiministerium fik Albrecht-Schmitt 5 milligram californium gennem en gave til universitetet. Disse 5 mg har strækket sig gennem adskillige eksperimenter, hvilket førte til opdagelsen af, at californium har evnen til at binde til og adskille andre materialer, ifølge en undersøgelsesmeddelelse i Science Daily.

En af Albrecht-Schmitt's undersøgelser, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, afslørede, at californium er et overgangselement, hvilket betyder, at det hjælper med at knytte den ene del af den periodiske tabel til den næste. Specifikt deler californium egenskaber med de tre tidligere actinidelementer i tabellen - americium, curium og berkelium - såvel som de tre actinider, der kommer efter det - einsteinium, fermium og mendelevium.

Actiniderne består af 15 radioaktive, metalliske elementer, fra actinium (Ac, atomnummer 89) til lawrencium (Lr, atomnummer 103) i den periodiske tabel. De tungere medlemmer er ekstremt ustabile og forekommer ikke naturligt.

"Vi opdagede, at californium repræsenterer et sted i [serien af ​​actinidelementer (Ac til Lr)), hvor kemi grundlæggende ændres med hensyn til de tidligere actinider," fortalte Albrecht-Schmitt .

"Fra californium og styrkelse gennem einsteinium, fermium og mendelevium, og til sidst maksimering ved nobelium, begynder 2+ oxidationstilstanden at dominere kemi af disse elementer," forklarede han. "For californium gennem mendelevium er tilstanden 2+ metastabil, og dette skaber kemiske og fysiske egenskaber, der er væsentligt påvirket af ladningsoverførsel fra ligander til metaller."

"Fysikere kalder dette 'valensinstabilitet', og det giver anledning til en række uventede elektroniske funktioner, såsom limningsændringer, der ligner mere overgangsmetaller end de er til lanthanider."

Albrecht-Schmitt bemærkede, at denne forskning er vigtig af to grunde: "For det første er californium det tungeste element, som bulk kemiske og fysiske egenskaber kan måles," forklarer han. "Dens elektroniske egenskaber påvirkes markant af dets indre elektroner, der bevæger sig ved betydelige fraktioner af lysets hastighed. Californien er således et testbed til måling af, hvordan relativistiske effekter ændrer kemi."

"For det andet, selvom disse egenskaber er mindre udtalt i lettere actinider som plutonium, er de stadig til stede og kan kapitaliseres i separationsprocesser, der bruges til at genanvende brugt nukleart brændstof og hjælpe med at mindske den miljømæssige arv fra den kolde krig," sagde han.

Der kan man bare se?

• Californium er det tungeste element, der er produceret i vejbare mængder.
• Spektret af Cf-254 er observeret i supernovaer.
• Oak Ridge National Laboratory i Tennessee er den eneste producent af Cf-252 til den amerikanske regering.
• Californium anses for at være et transuraniumelement, der betyder "ud over uran" på det periodiske system. Uran er element nummer 92, så elementer med atomnummer over 92 er transuranium elementer.
• Cf-252 bruges til behandling af nogle kræftformer i livmoderhalsen og hjerne, når stråling er ineffektiv.
• Kun få forbindelser af californium er blevet produceret og undersøgt, herunder californiumoxid (CfO3), californiumtrichlorid (CfCl3) og californiumoxychlorid (CfOCl).