Fakta om Californium

Californium er et syntetisk, radioaktivt element som ikke finnes i naturen. Det er et aktinid: ett av 15 radioaktive, metalliske elementer som er funnet nederst på det periodiske systemet. Det rene metallet er sølvhvitt, formbart og så mykt at det lett kan skjæres med et barberblad. Californium er moderat kjemisk reaktiv. Den sverter sakte i luft ved romtemperatur - små biter eller folier av metallet begynner å oksidere, men ikke voldsomt.

Bare fakta

• Atomnummer (antall protoner i kjernen): 98
• Atomsymbol (på elementets periodiske tabell): Jfr
• Atomvekt (atomets gjennomsnittlige masse): 251
• Tetthet: Ukjent
• Fase ved romtemperatur: Fast
• Smeltepunkt: 900 C
• Kokepunkt: Ukjent
• Antall isotoper (atomer av samme element med et forskjellig antall nøytroner): 20 isotoper hvis halveringstid er kjent med massetall 237 til 256.
• Vanlige isotoper: Ingen naturlige forekommende isotoper

Alle californium-isotoper er radioaktive. Cf-251 er den mest stabile med en halveringstid på cirka 800 år. Isotopen Cf-252 er en veldig sterk nøytronutstraler, noe som betyr at den har den uvanlige egenskapen å gi fra seg nøytroner når den går i stykker. Isotoper som oppfører seg på denne måten er veldig uvanlige, ifølge Chemistry Explained. Cf-252 brukes i en rekke bransjer: militære applikasjoner, metalldetektorer, og som en måte å oppdage metalltretthet og stress i fly.

Oppdagelse

I 1950 produserte 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 ("hinsides" uran) i aktinidgruppen som ble oppdaget. Funnet skjedde da kjemikerne bombarderte curium-242 med alfapartikler (heliumatomer uten elektroner) i en 60-tommers cyklotronpartikkelakselerator, ifølge Chemicool.com.

Hver kjernefysiske reaksjon skapte Cf-245 - en isotop med en halveringstid på omtrent 45 minutter - og et fritt nøytron. Forskerne produserte rundt 700 000 atomer Cf-245, akkurat nok til å lage en kube med sider som bare måler 27 nanometer, ifølge Chemicool. Etter en kjemisk analyse bekreftet forskerne at et nytt element var blitt oppdaget.

I 1958 ble californium for første gang isolert i større mengder (1,2 mikrogram) av Thompson og forsker Burris Cunningham ved Materials Testing Reactor i Idaho via langvarig (fem år) nøytronbestråling av plutonium-239.

Bruker

Cf-252, en isotop med california med en halveringstid på 2.645 år, er en veldig sterk nøytronkilde. Ett mikrogram (0,000001 gram) Cf-252 produserer 170 millioner nøytroner per minutt, ifølge Jefferson Lab. Denne isotopen har en rekke bruksområder, inkludert fungerende som en nøytronutstråler, og gir nøytroner for oppstart av atomreaktorer. Det brukes også som en nøytronkilde for å oppdage gull og sølvmalm gjennom en teknikk kjent som nøytronaktivering. Det brukes i nøytron fuktighetsmålere, enheter som kan oppdage vann og oljebærende lag i oljebrønner, ifølge Jefferson Lab.

Isotopen Cf-252 er et målmateriale for å produsere transkaliforniske elementer. For eksempel ble element 118, oganesson, det tyngste elementet, produsert da forskere bombarderte californium med kalsiumioner, ifølge Chemicool. Cf-252 brukes også til å behandle kreft i livmorhalsen og kan bidra til å analysere svovelinnholdet i petroleum.

Ny forskning

Det er fortsatt så mye å lære om de tyngste elementene i det periodiske systemet, som californium, berkelium og einsteinium. Thomas E. Albrecht-Schmitt, professor i kjemi ved Florida State University og hans forskningsgruppe studerer de kjemiske og fysiske egenskapene til disse elementene. Forskningen deres om hvordan de binder seg til andre elementer er å skrive om lærebøker.

Et av de første problemene med å studere californium er imidlertid faktisk å få et stykke av det. Etter mange års forhandlinger med U.S. Department of Energy, fikk Albrecht-Schmitt 5 milligram californium gjennom en gave til universitetet. Disse 5 mg har strukket seg gjennom flere eksperimenter, noe som fører til oppdagelsen at californium har evnen til å binde seg til og skille andre materialer, ifølge en pressemelding fra studien i Science Daily.

En av Albrecht-Schmitt sine studier, publisert i tidsskriftet Nature Communications, avslørte at californium er et overgangselement, noe som betyr at det hjelper å knytte den ene delen av det periodiske systemet til det neste. Nærmere bestemt deler californium egenskaper med de tre foregående aktinidelementene i tabellen - americium, curium og berkelium - samt de tre actinidene som kommer etter det - einsteinium, fermium og mendelevium.

Aktinidene består av 15 radioaktive, metalliske elementer, fra aktinium (Ac, atomnummer 89) til lawrencium (Lr, atomnummer 103) i den periodiske tabellen. De tyngre medlemmene er ekstremt ustabile og forekommer ikke naturlig.

"Vi oppdaget at californium representerer et sted i [serien av aktinidelementer (Ac til Lr)) der kjemi endres fundamentalt med hensyn til de tidligere aktinidene," fortalte Albrecht-Schmitt .

"Fra californium og styrking gjennom einsteinium, fermium og mendelevium, og til slutt maksimering ved nobelium, begynner 2+ oksidasjonstilstanden å dominere kjemien til disse elementene," forklarte han. "For californium gjennom mendelevium er tilstanden 2+ metastabil, og dette skaper kjemiske og fysiske egenskaper som blir betydelig påvirket av ladningsoverføring fra ligander til metaller."

"Fysikere kaller dette 'valensinstabilitet', og det gir opphav til en rekke uventede elektroniske funksjoner som bindingsendringer som ligner mer på overgangsmetaller enn de er til lanthanides."

Albrecht-Schmitt bemerket at denne forskningen er viktig av to grunner: "For det første er californium det tyngste elementet som kjemiske og fysiske egenskaper kan måles for," forklarer han. "De elektroniske egenskapene blir betydelig påvirket av de indre elektronene som beveger seg med betydelige fraksjoner av lysets hastighet. Derfor er californium et prøveseng for å måle hvordan relativistiske effekter endrer kjemi."

For det andre, mens disse egenskapene er mindre utpreget i lettere aktinider som plutonium, er de fortsatt til stede og kan utnyttes i separasjonsprosesser som brukes til å resirkulere brukt kjernebrensel og bidra til å dempe miljøarven etter den kalde krigen, ”sa han..

Hvem visste det?

• Californium er det tyngste elementet som er produsert i veiebare mengder.
• Spekteret av Cf-254 er observert i supernovaer.
• Oak Ridge National Laboratory i Tennessee er den eneste produsenten av Cf-252 for den amerikanske regjeringen.
• Californium anses å være et transuraniumelement, som betyr "utover uran," på det periodiske bordet. Uran er element nummer 92, så elementer med atomnummer høyere enn 92 er transuranium elementer.
• Cf-252 brukes til å behandle noen kreft i livmorhalsen og hjernen når stråling er ineffektiv.
• Bare noen få forbindelser av californium er blitt produsert og studert, inkludert californium oxide (CfO3), californium trichloride (CfCl3) og californium oxychloride (CfOCl).