Feiten over Californium

Californium is een synthetisch, radioactief element dat niet in de natuur voorkomt. Het is een actinide: een van de 15 radioactieve, metalen elementen die onderaan het periodiek systeem worden aangetroffen. Het pure metaal is zilverwit, kneedbaar en zo zacht dat het gemakkelijk met een scheermesje kan worden gesneden. Californium is matig chemisch reactief. Het verkleurt langzaam in de lucht bij kamertemperatuur - kleine stukjes of folies van het metaal beginnen te oxideren, maar niet heftig.

Gewoon de feiten

• Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 98
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Cf
• Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 251
• Dichtheid: onbekend
• Fase bij kamertemperatuur: vast
• Smeltpunt: 1.652 F (900 C)
• Kookpunt: onbekend
• Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 20 isotopen waarvan de halfwaardetijden bekend zijn met massagetallen 237 tot 256.
• Meest voorkomende isotopen: geen natuurlijk voorkomende isotopen

Alle californium-isotopen zijn radioactief. Cf-251 is de meest stabiele met een halfwaardetijd van ongeveer 800 jaar. De isotoop Cf-252 is een zeer sterke neutronenemitter, wat betekent dat hij de ongebruikelijke eigenschap heeft neutronen af ​​te geven wanneer hij uit elkaar valt. Isotopen die zich op deze manier gedragen, zijn volgens Chemistry Explained erg ongebruikelijk. CF-252 wordt gebruikt in verschillende industrieën: militaire toepassingen, metaaldetectoren en als een manier om metaalmoeheid en spanning in vliegtuigen te detecteren.

Ontdekking

In 1950 produceerden de Amerikaanse wetenschappers Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso en Glenn Seaborg voor het eerst californium in een laboratorium aan de University of California, Berkeley. Het was het zesde synthetische transuranium (‘voorbij’ uranium) element in de actinidegroep dat werd ontdekt. De ontdekking vond plaats toen de chemici curium-242 bombardeerden met alfadeeltjes (heliumatomen zonder elektronen) in een 60-inch cyclotron-deeltjesversneller, volgens Chemicool.com.

Elke kernreactie creëerde Cf-245 - een isotoop met een halfwaardetijd van ongeveer 45 minuten - en een vrij neutron. De wetenschappers produceerden volgens Chemicool ongeveer 700.000 atomen van Cf-245, net genoeg om een ​​kubus te maken met zijden van slechts 27 nanometer. Na een chemische analyse bevestigden de wetenschappers dat er een nieuw element was ontdekt.

In 1958 werd californium voor het eerst in grotere hoeveelheden (1,2 microgram) geïsoleerd door Thompson en onderzoeker Burris Cunningham bij de Materials Testing Reactor in Idaho via langdurige (vijf jaar) neutronenbestraling met plutonium-239.

Toepassingen

Cf-252, een californium-isotoop met een halfwaardetijd van 2,645 jaar, is een zeer sterke neutronenbron. Volgens Jefferson Lab produceert één microgram (0,000001 gram) Cf-252 170 miljoen neutronen per minuut. Deze isotoop heeft een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder het optreden als neutronenemitter, het leveren van neutronen voor het opstarten van kernreactoren. Het wordt ook gebruikt als een neutronenbron om goud- en zilverertsen te detecteren via een techniek die bekend staat als neutronenactivering. Het wordt volgens Jefferson Lab gebruikt in neutronenvochtmeters, apparaten die water- en oliehoudende lagen in oliebronnen kunnen detecteren..

De isotoop Cf-252 is een trefplaatmateriaal voor het produceren van transcaliforniumelementen. Element 118, oganesson, het zwaarste element, werd bijvoorbeeld geproduceerd toen wetenschappers volgens Chemicool californium bombardeerden met calciumionen. Cf-252 wordt ook gebruikt om baarmoederhalskanker te behandelen en kan helpen bij het analyseren van het zwavelgehalte van aardolie.

Nieuw onderzoek

Er valt nog zoveel te leren over de zwaarste elementen in het periodiek systeem, zoals californium, berkelium en einsteinium. Thomas E. Albrecht-Schmitt, hoogleraar scheikunde aan de Florida State University en zijn onderzoeksgroep bestuderen de chemische en fysische eigenschappen van deze elementen. Hun onderzoek naar hoe ze zich verbinden met andere elementen, is het herschrijven van leerboeken.

Een van de eerste problemen bij het bestuderen van californium is echter dat je er een stukje van krijgt. Na jaren onderhandelen met het Amerikaanse ministerie van Energie kreeg Albrecht-Schmitt 5 milligram californium via een schenking aan de universiteit. Deze 5 mg zijn door verschillende experimenten gestrekt, wat heeft geleid tot de ontdekking dat californium het vermogen heeft zich te hechten aan en andere materialen te scheiden, volgens een persbericht in Science Daily..

Een van de studies van Albrecht-Schmitt, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, onthulde dat californium een ​​overgangselement is, wat betekent dat het helpt om het ene deel van het periodiek systeem aan het andere te koppelen. Specifiek deelt californium eigenschappen met de drie voorgaande actinide-elementen in de tabel - americium, curium en berkelium - evenals de drie actiniden die erna komen - einsteinium, fermium en mendelevium.

De actiniden bestaan ​​uit 15 radioactieve, metallische elementen, van actinium (Ac, atoomnummer 89) tot lawrencium (Lr, atoomnummer 103) in het periodiek systeem. De zwaardere leden zijn extreem onstabiel en komen van nature niet voor.

"We ontdekten dat californium een ​​plaats vertegenwoordigt in [de] reeks actinide-elementen (Ac tot Lr) waar de chemie fundamenteel verandert ten opzichte van de eerdere actiniden," vertelde Albrecht-Schmitt. .

"Beginnend bij californium en sterker door middel van einsteinium, fermium en mendelevium, en tenslotte maximaliseren bij nobelium, begint de 2+ oxidatietoestand de chemie van deze elementen te domineren", legde hij uit. "Voor californium tot en met mendelevium is de 2+ toestand metastabiel, en dit creëert chemische en fysische eigenschappen die aanzienlijk worden beïnvloed door ladingsoverdracht van de liganden naar de metalen."

"Natuurkundigen noemen dit 'valentie-instabiliteit', en het geeft aanleiding tot een groot aantal onverwachte elektronische kenmerken, zoals bindingsveranderingen die meer lijken op overgangsmetalen dan op lanthaniden."

Albrecht-Schmitt merkte op dat dit onderzoek om twee redenen belangrijk is: "Ten eerste is californium het zwaarste element waarvoor chemische en fysische eigenschappen in bulk kunnen worden gemeten", legt hij uit. "De elektronische eigenschappen ervan worden aanzienlijk beïnvloed door de binnenste elektronen die met aanzienlijke delen van de lichtsnelheid bewegen. Californium is dus een testopstelling om te meten hoe relativistische effecten de chemie veranderen."

`` Ten tweede, hoewel deze eigenschappen minder uitgesproken zijn in lichtere actiniden zoals plutonium, zijn ze nog steeds aanwezig en kunnen ze worden verzilverd in scheidingsprocessen die worden gebruikt om gebruikte nucleaire brandstof te recyclen en de ecologische erfenis van de Koude Oorlog te verzachten '', zei hij..

Wie weet?

• Californium is het zwaarste element dat in weegbare hoeveelheden is geproduceerd.
• Het spectrum van Cf-254 is waargenomen in supernovae.
• Het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee is de enige producent van Cf-252 voor de Amerikaanse overheid.
• Californium wordt in het periodiek systeem beschouwd als een transuraniumelement, wat "voorbij uranium" betekent. Uranium is elementnummer 92, dus elementen met atoomnummers hoger dan 92 zijn transuraniumelementen.
• Cf-252 wordt gebruikt om sommige vormen van baarmoederhalskanker en hersenkankers te behandelen wanneer straling niet effectief is.
• Er zijn slechts enkele verbindingen van californium geproduceerd en bestudeerd, waaronder californiumoxide (CfO3), californiumtrichloride (CfCl3) en californiumoxychloride (CfOCl).