Калифорний (original) (raw)

Калифорний
← Берклий | Эйнштейний →
98 Dy↑Cf↓(Upb) Периодическая система элементовПериодическая система элементов98Cf
Внешний вид простого вещества
Радиоактивный металл серебристо-белого цвета
Свойства атома
Название, символ, номер Калифо́рний / Californium (Cf), 98
Атомная масса (молярная масса) 251,0796 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Rn] 5f10 7s2
Радиус атома 295 пм
Химические свойства
Электроотрицательность 1,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Cf ← Cf3+: −1,93 ВCf ← Cf2+: −2,1 В
Степени окисления +2, +3, +4
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 15,1 г/см³
Температура плавления 1173,15 К (900[1] °С, 1652 °F)
Температура кипения оценочно 1743 K (1470 °C)
Молярная теплоёмкость 29[2] Дж/(K·моль)
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a = 3,38, c = 11,03[3]
Отношение c/a 3,26
Номер CAS 7440-71-3

Калифо́рний — искусственный радиоактивный химический элемент, актиноид, обозначаемый Cf, имеющий атомный номер 98 в периодической системе Менделеева. Известны радиоизотопы с массовыми числами 237—256. Стабильных изотопов не имеет[4].

Данный элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (в то время Лаборатория радиации Калифорнийского университета) путём бомбардировки кюрия альфа-частицами (ионами гелия-4). Актиноид, шестой синтезированный трансурановый элемент. Имеет вторую по величине атомную массу среди всех элементов, которые были произведены в таких количествах, чтобы их можно было разглядеть невооружённым глазом (после эйнштейния). Элемент был назван в честь штата Калифорния в США и университета оттуда.

Получен искусственно в 1950 году американскими физиками С. Томпсоном, К. Стритом, А. Гиорсо и Г. Сиборгом в Калифорнийском университете в Беркли при облучении 242Cm ускоренными α-частицами[4].

Первые твёрдые соединения калифорния — 249Cf2O3 и 249CfOCl получены в 1958 году.

Назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где и был получен. Как писали авторы, этим названием они хотели указать, что открыть новый элемент им было так же трудно, как век назад пионерам Америки достичь Калифорнии.

Калифорний производят в двух местах: НИИАР в Димитровграде (Россия)[5], Ок-Риджской национальной лаборатории в США[6].

Для производства одного грамма калифорния плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, от 8 месяцев до 1,5 лет. Затем из получившихся продуктов облучения химическим путём выделяют калифорний.[_источник не указан 369 дней_]

Металлический калифорний получают путём восстановления фторида калифорния CfF3 литием:

CfF 3 + 3 Li ⟶ Cf + 3 LiF {\displaystyle {\ce {CfF3 + 3 Li -> Cf + 3 LiF}}} {\displaystyle {\ce {CfF3 + 3 Li -> Cf + 3 LiF}}}

или оксида калифорния Cf2O3 кальцием:

Cf 2 O 3 + 3 Ca ⟶ 2 Cf + 3 CaO {\displaystyle {\ce {Cf2O3 + 3 Ca -> 2 Cf + 3 CaO}}} {\displaystyle {\ce {Cf2O3 + 3 Ca -> 2 Cf + 3 CaO}}}.

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Калифорний представляет собой серебристо-белый металл[7] с температурой плавления 900 ± 30 °C и предполагаемой температурой кипения 1470 °C[8]. Чистый металл податлив и легко режется ножом. Металлический калифорний начинает испаряться при температуре выше 300 °C под вакуумом[9]. Образует сплавы с лантаноидными металлами, но о них мало что известно[9].

Калифорний — чрезвычайно летучий металл. Существует в двух полиморфных модификациях. Ниже 600 °C устойчива α-модификация с гексагональной решёткой (параметры а = 0,339 нм, с = 1,101 нм), выше 600 °C — β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой.

По химическим свойствам калифорний подобен остальным актиноидам[4]. Синтезированы галогениды калифорния CfX3 и оксигалогениды CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO2 оксид Cf2O3 окисляют при нагревании кислородом под давлением 10 МПа. В растворах Cf4+ получают, действуя на соединения Cf3+ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дииодид калифорния CfI2. Из водных растворов Cf3+ может быть восстановлен до Cf2+ электрохимическим способом.

Известно 17 изотопов калифорния, наиболее стабильными из которых являются 251Cf с периодом полураспада _T_1/2 = 900 лет, 249Cf (_T_1/2 = 351 год), 250Cf (_T_1/2 = 13,08 года) и 252Cf (_T_1/2 = 2,645 года)[10]. Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг[11] (для металлического шара). Грамм 252Cf испускает около 3⋅1012 нейтронов в секунду[12].

Наибольшее применение нашёл изотоп 252Cf. Он используется как мощный источник нейтронов в нейтронно-активационном анализе, в лучевой терапии опухолей. Кроме того, изотоп 252Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер. Калифорний-252 является самым тяжелым элементом, имеющим практическое применение вне области ядерных исследований.

Калифорний является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа 252Cf составляет около 27 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов[13].Калифорний является самым дорогим металлом в мире[14].

Продукты распада ядер калифорния-252 (252Cf) с энергией порядка 80—100 МэВ используют для бомбардировки и ионизации пробы в спектрометрии (см. Плазменная десорбционная ионизация). При делении ядра 252Cf возникают движущиеся в противоположных направлениях частицы. Одна из частиц попадает в триггерный детектор и сигнализирует о начале отсчёта времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролётный масс-спектрометр[15].

Изотоп 249Cf применяют в научных исследованиях. При работе с ним не требуется защита от нейтронного излучения[4].

Радионуклид 252Cf высокорадиотоксичен. ПДК в воде открытых водоёмов 1,33⋅10−4 Бк/л.

При поступлении в организм только 0,05 % калифорния попадает в кровь, из этого количества около 65 % попадает в скелет, где он адсорбируется в костной ткани, 25 % — в печень, а остальные 10 % накапливаются в других органах или выводятся из организма[16].

Излучение калифорния нарушает выработку эритроцитов. Калифорний-249 и калифорний-251 испускают гамма-излучение[17].

  1. ↑ CRC contributors. Handbook of Chemistry and Physics (неопр.) / ред. David R. Lide. — 87th ed.. — 2006. — С. 4.56. — ISBN 978-0-8493-0487-3.
  2. ↑ Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 286. — 671 с. — 100 000 экз.
  3. ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Californium | crystal structures (неопр.). Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 2 сентября 2010 года.
  4. ↑ 1 2 3 4 Киселёв, 2008.
  5. ↑ Установки производства радионуклидных источников и препаратов (рус.). АО «ГНЦ НИИАР». Дата обращения: 11 февраля 2024. Архивировано 10 мая 2023 года.
  6. ↑ ORNL’s californium-252 will play pivotal role in new reactor startups | ORNL (неопр.). www.ornl.gov. Дата обращения: 11 февраля 2024. Архивировано 28 ноября 2023 года.
  7. ↑ Jakubke, 1994, p. 166.
  8. ↑ Haire, 2006, p. 1522–1523.
  9. ↑ 1 2 Haire, 2006, p. 1526.
  10. ↑ Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ
  11. ↑ Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport Архивная копия от 10 июля 2007 на Wayback Machine, Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
  12. ↑ Калифорний. Книги. Наука и техника (рус.). Дата обращения: 23 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
  13. ↑ The Most Expensive Substances in the World -> Californium Архивная копия от 5 мая 2016 на Wayback Machine
  14. ↑ Людмила Фрадкина (2022-12-02). "В чем скрытый потенциал самого дорогого металла в мире". MK.RU. Архивировано 31 марта 2023. Дата обращения: 31 марта 2023.
  15. ↑ Р. Сильверстейн и др. Спектрометрическая идентификация органических соединений. — 2011. — С. 16—17. — 575 с. — ISBN 978-5-94-774-392-0.
  16. ↑ ANL contributors. Human Health Fact Sheet: Californium (неопр.). Argonne National Laboratory (август 2005). Архивировано 21 июля 2011 года.
  17. ↑ Cunningham, 1968, p. 106.