Californium - Californium


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Californium,   98 Cf
Um muito pequeno disco de metal prateado, ampliada para mostrar a sua textura metálica
Propriedades gerais
Pronúncia / ˌ k Æ l ɪ f ɔr n i ə m / ( JSM -ə- PARA -nee-əm )
Aparência argênteo
Número de massa 251 (isótopo mais estável)
Californium na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Dy

Cf

(UPB)
berkeliumcalifórnioeinsteinium
Número atómico ( Z ) 98
Grupo grupo n / a
Período período de 7
Quadra f-bloco
categoria de elemento   actinide
configuração eletrônica [ Rn ] 5f 10 7s 2
Elétrons por shell
2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1173  K (900 ° C, 1652 ° F)
Ponto de ebulição 1743 K (1470 ° C, 2678 ° F) (estimativa)
Densidade (perto  rt ) 15,1 g / cm 3
Propriedades atômicas
estados de oxidação +2, +3 , +4, +5
Eletro-negatividade escala Pauling: 1,3
energias de ionização
  • 1: 608 kJ / mol
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de californium
outras propriedades
Estrutura de cristal duplo hexagonal compacta-fim (DHCP)
perto embalado estrutura cristalina hexagonal duplo para californium
dureza de Mohs 3-4
Número CAS 7440-71-3
História
Naming após Califórnia , onde foi descoberto
Descoberta Lawrence Berkeley National Laboratory (1950)
Principais isótopos de califórnio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
248 Cf syn 333,5 d α (100%) 244 Cm
SF  (2,9 x 10 -3 %) -
249 Cf syn 351 y α (100%) 245 Cm
SF (5,0 x 10 -7 %) -
250 Cf syn 13,08 y α (99,92%) 246 Cm
SF (0,08%) -
251 Cf syn 898 y α 247 Cm
252 Cf syn 2,645 y α (96,91%) 248 Cm
SF (3,09%) -
253 Cf syn 17,81 d β - (99,69%) 253 Es
α (0,31%) 249 Cm
254 Cf syn 60,5 d SF (99,69%) -
α (0,31%) 250 Cm
| referências

Californium é um radioactivos elemento químico com símbolo Cf e número atómico 98. O elemento foi sintetizado pela primeira vez em 1950 no Lawrence Berkeley National Laboratory (depois da Universidade da Califórnia Radiation Laboratory), bombardeando cúrio com partículas alfa ( hélio-4 iões ). É um dos actinídeos elemento, o sexto elemento transurânico a ser sintetizado , e tem a segunda maior massa atómica de todos os elementos que tenham sido produzidos em quantidades suficientemente grandes para ver com o olho nu (após einsteinium ). O elemento foi nomeado após a universidade e o estado da Califórnia .

Duas formas cristalinas existem para californium sob pressão normal: um acima e outro abaixo de 900 ° C (1650 ° F). Uma terceira forma existe a alta pressão. Californium mancha lentamente em ar à temperatura ambiente. Os compostos de californium são dominadas por o 3 estado de oxidação . O mais estável de vinte conhecidos do californium isótopos é californium-251, que tem uma meia-vida de 898 anos. Esta meia-vida curta significa que o elemento não é encontrado em quantidades significativas na crosta da Terra. Califórnio-252, com uma meia-vida de cerca de 2,64 anos, é o isótopo mais comum usado e é produzido no Laboratório Nacional de Oak Ridge , nos Estados Unidos e o Instituto de Pesquisa de reatores atômicos na Rússia.

Califórnio é um dos poucos elementos transurânicos que têm aplicações práticas. A maioria destas aplicações explorar a propriedade de certos isótopos de califórnio para emitir nêutrons . Por exemplo, californium pode ser usado para ajudar a iniciar-se os reactores nucleares , e é empregado como uma fonte de neutrões ao estudar materiais usando difracção de neutrões e espectroscopia de neutrões . Californium também pode ser usado na síntese nuclear de elementos de massa mais elevadas; oganesson (elemento 118) foi sintetizado pelo bombardeamento californium-249 com átomos de cálcio-48 iões. Usuários de califórnio deve levar em conta as preocupações radiológicos e capacidade do elemento para interromper a formação de células vermelhas do sangue por bioacumulativo no tecido esquelético.

Características

Propriedades físicas

Californium é um branco prateado actinídeos de metal com um ponto de fusão de 900 ± 30 ° C (1650 ± 50 ° F) e uma estimativa de ponto de ebulição de 1745 K (1470 ° C; 2.680 ° F). O metal puro é maleável e pode ser facilmente cortada com uma lâmina de barbear. Californium de metal começa a vaporizar-se acima de 300 ° C (570 ° F) quando exposta a um vácuo. Abaixo de 51 K (-222 ° C; -368 ° F) californium de metal ou é ferromagnético ou ferrimagnético (que actua como um íman), entre 48 e 66 K que é antiferromagnetic (um estado intermédio), e acima de 160 K (-113 ° C; -172 ° F) é paramagnéticas (campos magnéticos externos pode tornar magnético). Ele forma ligas com lantanídeos metais, mas pouco se sabe sobre eles.

O elemento tem duas formas cristalinas sob uma atmosfera padrão de pressão: uma dupla hexagonal bem compactada forma alfa apelidado (α) e um cúbica de face centrada beta forma designada (β). A forma α existe abaixo de 600-800 ° C, com uma densidade de 15,10 g / cm 3 e da forma β existe acima de 600-800 ° C, com uma densidade de 8,74 g / cm 3 . Aos 48  GPa de pressão a forma β muda para um sistema cristalino ortorrômbico devido a deslocalização do átomo de electrões 5f , que os liberta a ligação.

O módulo de volume de um material é uma medida da sua resistência à pressão uniforme. Módulo de volume do Californium é 50 ± 5 GPa , que é semelhante para os metais lantanídeos trivalente mas menor do que metais mais familiares, tais como alumínio (70 GPa).

Propriedades químicas e compostos

compostos representativos californium
Estado composto Fórmula cor
+2 californium (II) brometo CfBr 2 amarelo
+2 californium (II) de iodeto de TPI 2 violeta escuro
+3 óxido californium (III) CF 2 O 3 amarelo verde
+3 californium (III) de fluoreto CFF 3 verde claro
+3 californium (III) cloreto de CFCL 3 verde esmeralda
+3 californium (III) brometo CfBr 3 verde amarelado
+3 californium (III) de iodeto de TPI 3 limão amarelo
+3 californium (III) borato Cf [B 6 O 8 (OH) 5 ] verde pálido
+4 óxido (IV) californium CFO 2 Preto amarronzado
+4 californium (IV) fluoreto CFF 4 verde

Californium exibe os estados de oxidação de 4, 3, ou 2. É forma, tipicamente, oito ou nove ligações para átomos ou iões circundantes. As suas propriedades químicas são previstos para ser semelhante a outros principalmente 3+ elementos actinídeos de valência e o elemento de disprósio , que é o lantanídeo acima californium na tabela periódica. O elemento mancha lentamente em ar à temperatura ambiente, com o aumento da taxa de humidade quando é adicionado. Californium reage quando aquecida com hidrogénio , de azoto , ou um calcogeno (elemento da família de oxigénio); reacções com hidrogénio seco e aquosas de ácidos minerais são rápida.

Californium só é solúvel em água como o californium (III) catiónica . As tentativas de reduzir ou oxidam o íon +3 em solução falharam. O elemento forma uma solúveis em água cloreto , nitrato , perclorato , e sulfato e é precipitado na forma de um fluoreto , oxalato , ou hidróxido . Californium é o mais pesado dos actinídeos de exibir propriedades covalentes, como é observado na borato californium.

isótopos

Vinte radioisótopos de californium têm sido caracterizados, os mais estáveis californium-251 com uma meia-vida de 898 anos, californium-249 com uma meia-vida de 351 anos, californium-250 com uma meia-vida de 13,08 anos, e californium -252 com uma meia-vida de 2.645 anos. Todos os isótopos restantes têm meia-vida inferior a um ano, ea maioria destes com meias-vidas mais curtas do que 20 minutos. Os isótopos de gama californium em número de massa de 237 a 256.

Californium-249 é formado a partir do decaimento beta de berkélio-249, e a maioria dos outros isótopos californium são feitas submetendo berkélio à radiação de neutrões intenso em um reactor nuclear . Embora californium-251 tem a sua meia-vida mais longa, o seu rendimento de produção é de apenas 10%, devido à sua tendência para recolher neutrões (alta da captura de neutrões ) e a sua tendência para interagir com outras partículas (elevado corte transversal de neutrões ).

Californium-252 é um muito forte de neutrões emissor, o que faz com que seja extremamente radioactivos e nocivos. Californium-252 sofre desintegração alfa 96,9% do tempo para formar cúrio -248 enquanto os restantes 3,1% de decaimentos são fissão espontânea . Um micrograma (ug) de californium-252 emite 2,3 milhões de neutrões por segundo, uma média de 3,7 por neutrões de fissão espontânea. A maioria dos outros isótopos de californium decaimento de isótopos de cúrio ( número atómico 96), através de decaimento alfa.

História

Grandes peças de equipamento com um homem que estava por perto.
A 60 polegadas de diâmetro (1,52 m) ciclotrão usadas para sintetizar primeiro californium

Califórnio foi sintetizado pela primeira vez na Universidade da Califórnia Radiation Laboratory em Berkeley , pelos pesquisadores de física Stanley G. Thompson , Kenneth Street, Jr. , Albert Ghiorso , e Glenn T. Seaborg , a 9 de fevereiro de 1950. Foi o sexto transurânico elemento a ser descoberto; a equipe anunciou sua descoberta em 17 de março, 1950.

Para produzir californium, um alvo de tamanho micrograma-de cúrio-242 ( 242
96
Cm
) Foi bombardeado com 35 MeV- partículas alfa ( 4
2
He
) No 60 polegadas de diâmetro (1,52 m) de ciclotrão em Berkeley, que produziu californium-245 ( 245
98
Cf
) Mais um neutrão livre (
n
).

242
96
Cm
+ 4
2
Ele
245
98
Cf
+ 1
0

n

Apenas cerca de 5000 átomos de californium foram produzidos nesta experiência, e esses átomos tinha uma meia-vida de 44 minutos.

Os descobridores nomeado o novo elemento depois da universidade e do Estado. Esta foi uma pausa da convenção usada para os elementos 95 a 97, que chamou a inspiração como os elementos directamente acima deles na tabela periódica foram nomeados. No entanto, o elemento diretamente acima elemento 98 na tabela periódica, disprósio , tem um nome que significa simplesmente "difícil de obter em" modo que os pesquisadores decidiram anular o convenção de nomenclatura informal. Eles acrescentaram que "o melhor que podemos fazer é apontar [que] ... pesquisadores há um século encontrou dificuldades para chegar à Califórnia."

Quantidades pesáveis de califórnio foram os primeiros produzidos pela irradiação de alvos de plutônio no Materials Testing Reactor na Estação National Testing Reactor em Idaho oriental ; e estes resultados foram relatados em 1954. A alta taxa de fissão espontânea de californium-252 foi observada nestas amostras. A primeira experiência com californium em forma concentrada ocorreu em 1958. Os isótopos californium-249 para californium-252 foram isolados nesse mesmo ano a partir de uma amostra de plutónio-239 que tinham sido irradiadas com neutrões num reactor nuclear para cinco anos. Dois anos mais tarde, em 1960, Burris Cunningham e James Wallman do Lawrence Radiation Laboratory da Universidade da Califórnia criado o primeiro californium tricloreto de compostos-californium, oxicloreto californium , e californium óxido-californium por tratamento com vapor de água e ácido clorídrico.

O Flux Isotope Reactor alta (HFIR) no Oak Ridge National Laboratory (ORNL) em Oak Ridge, Tennessee , começou a produzir pequenos lotes de califórnio na década de 1960. Em 1995, o HFIR produzido nominalmente 500 miligramas (0,018 onças) de californium anualmente. Plutônio fornecido pelo Reino Unido para os Estados Unidos sob o Acordo EUA-Reino Unido de Defesa Mútua 1958 foi utilizado para a produção de califórnio.

A Comissão de Energia Atômica vendidos califórnio-252 para os clientes industriais e acadêmicos no início de 1970 por US $ 10 por microgramas e uma média de 150 mg (0,0053 onças) de califórnio-252 foram enviados a cada ano de 1970 a foi preparado pela primeira vez em 1990. metais Californium 1974 por Haire e Baybarz que reduziu óxido californium (III) com lantânio de metal para se obter quantidades de microgramas de filmes espessos sub-micrométricas.

Ocorrência

Traços de califórnio podem ser encontrados perto de instalações que usam o elemento em exploração mineral e em tratamentos médicos. O elemento é bastante insolúvel em água, mas adere bem ao solo comum; e concentrações de la no solo podem ser 500 vezes mais elevada do que na água em torno das partículas do solo.

Precipitação a partir atmosférica ensaios nucleares antes de 1980 contribuiu com uma pequena quantidade de californium para o ambiente. Californium isótopos com números de massa 249, 252, 253, e 254 foram observados no pó radioactivo recolhida a partir do ar após uma explosão nuclear. Califórnio não é um grande radionuclídeo no Departamento de Energia dos Estados Unidos locais legados uma vez que não foi produzido em grandes quantidades.

Californium foi acreditado uma vez para ser produzido em supernovas , como seu decaimento corresponde a uma meia-vida de 60 dias de 254 Cf. No entanto, estudos subsequentes não conseguiram demonstrar qualquer espectros californium, e curvas de luz Supernova são agora pensado para seguir o decaimento de níquel-56 .

Os elementos transurânicos de amerício para fermium , incluindo californium, ocorreu naturalmente no reactor de fissão nuclear naturais em Oklo , mas não fazê-lo.

Produção

Californium é produzido em reactores nucleares e aceleradores de partículas . Californium-250 é feita por bombardeando berkélio-249 ( 249
97
Bk
) Com neutrões, formando berkélio-250 ( 250
97
Bk
) Através de captura de neutrões (n, γ) que, por sua vez, rapidamente emissão beta (p - ) para californium-250 ( 250
98
Cf
) Na reacção seguinte:

249
97
Bk
(n, γ) 250
97
Bk
250
98
Cf
+ Β -

Bombardeamento de californium-250 com neutrões produz californium-251 e californium-252.

Irradiação prolongada de amerício , cúrio, e plutónio com neutrões produz quantidades de miligramas de californium-252 e as quantidades de microgramas de californium-249. A partir de 2006, cúrio isótopos 244-248 são irradiadas por neutrões em reactores especiais para produzir principalmente californium-252 com quantidades menores de isótopos 249 a 255.

Microgramas quantidades de califórnio-252 estão disponíveis para uso comercial através dos EUA Comissão Reguladora Nuclear . Apenas dois locais produzem califórnio-252: Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, e do Instituto de Pesquisa de reatores atômicos em Dimitrovgrad, Rússia . A partir de 2003, os dois locais de produzir 0,25 gramas e 0,025 gramas de californium-252 por ano, respectivamente.

Três isótopos californium com meias-vidas significativos são produzidos, o que requer um total de 15 capturas de neutrões por urânio-238 sem cisão nuclear ou decaimento alfa que ocorrem durante o processo. Californium-253 está na extremidade de uma cadeia de produção que começa com urânio-238, inclui vários isótopos de plutónio , amerício , cúrio , berkélio , e o californium isótopos 249-253 (ver esquema).

Um diagrama de fluxo que mostra o complexo de vários isótopos.
Esquema da produção de californium-252 a partir de urânio-238 por meio de irradiação de neutrões

aplicações

estrutura cónico numa polia com um homem na parte superior e duas perto da base.
Barril de envio de cinquenta toneladas construído em Oak Ridge National Laboratory o qual pode transportar até um grama de 252 Cf. Contentores de transporte de grandes e fortemente protegidos são necessários para impedir a libertação de materiais altamente radioactivos em caso de acidentes normais e hipotéticos.

Californium-252 tem um número de aplicações especializadas como um forte emissor de neutrões, e cada micrograma de californium fresco produz 139 milhões de neutrões por minuto. Esta propriedade faz com que californium útil como uma fonte de neutrões de arranque para alguns reactores nucleares e como um (com base não-reactor) fonte portátil de neutrões para a análise de activação de neutrões para detectar quantidades vestigiais de elementos em amostras. Os neutrões de californium são empregues como um tratamento de certas cervicais e cancros do cérebro , onde a outra terapia de radiação é ineficaz. Ela tem sido usada em aplicações educacionais desde 1969, quando o Instituto de Tecnologia da Geórgia recebeu um empréstimo de 119 mg de califórnio-252 a partir do Savannah River planta . Ele também é usado com elementais on-line analisadores de carvão e analisadores de materiais a granel nas indústrias do carvão e cimento.

Penetração de neutrões em materiais faz californium útil em instrumentos de detecção, tais como barras de combustível scanners; radiografia de nêutrons de componentes de aeronaves e armas para detectar corrosão , maus soldas, rachaduras e umidade presos; e em detectores de metal portáteis. Neutrões calibres humidade usar californium-252 para encontrar as camadas de água e petróleo em poços de petróleo, como um portátil fonte de neutrões para a prospecção de ouro e prata para análise on-a-ponto, e para detectar o movimento da água do solo. As principais utilizações dos californium-252 em 1982 foram, por ordem de utilização, um reactor de arranque (48,3%), varrimento de barra de combustível (25,3%), e análise de activação (19,4%). Em 1994 mais californium-252 foi usado em radiografia de neutrões (77,4%), com varrimento barra de combustível (12,1%) e o reactor de arranque (6,9%) como utilizações secundárias importantes mas distantes.

Californium-251 tem uma muito pequena calculado massa crítica de cerca de 5 kg (11 libras), de alta letalidade, e um relativamente curto período de irradiação do ambiente tóxico. A baixa massa crítica de californium levou a algumas reivindicações exageradas cerca de utilizações possíveis para o elemento.

Em outubro de 2006, os pesquisadores anunciaram que três átomos de oganesson (elemento 118) havia sido identificado no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna , na Rússia , como o produto do bombardeio de califórnio-249 com cálcio -48, tornando-se o elemento mais pesado já sintetizado. O alvo para esta experiência continha cerca de 10 mg de californium-249 depositados sobre uma folha de titânio de 32 centímetros 2 área. Californium também tem sido utilizado para produzir outros elementos transurânicos; por exemplo, o elemento 103 (mais tarde denominado lawrencium ) foi sintetizado pela primeira vez em 1961 por bombardeando californium com boro núcleos.

Precauções

Californium que bioacumulação em esquelético radiação liberta de tecido que prejudica a capacidade do corpo para formar as células vermelhas do sangue . O elemento não desempenha nenhum papel biológico natural em qualquer organismo devido à sua intensa radioactividade e baixa concentração no ambiente.

Californium pode entrar no corpo da ingestão de alimentos ou bebidas contaminados ou por inalação de ar com partículas em suspensão do elemento. Uma vez no corpo, apenas 0,05% do californium vai atingir a corrente sanguínea. Cerca de 65% do que californium vai ser depositado no esqueleto, 25% no fígado, e o resto em outros órgãos, ou excretada, principalmente na urina. Metade do californium depositado no esqueleto e do fígado desapareceram em 50 e 20 anos, respectivamente. Californium no esqueleto adere às superfícies ósseas antes de migrar lentamente ao longo do osso.

O elemento é mais perigosa se tomado no corpo. Além disso, californium-249 e californium-251 pode causar danos nos tecidos externamente, através de raios gama de emissão. A radiação ionizante emitida por californium no osso e no fígado pode causar cancro.

Notas

Referências

Bibliografia

links externos