Новости Нефтегазовая пром.
Выставки Наука и технология


Калифорний

Калифорний


Калифорний

Калифорний
Радиоактивный металл серебристо-белого цвета
Калифорний
Название, символ, номерКалифорний / Californium (Cf), 98
Атомная масса
(молярная масса)
251,0796 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация[Rn] 5f10 7s2
Радиус атома295 пм
Электроотрицательность1,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциалCf ← Cf3+: −1,93 В
Cf ← Cf2+: −2,1 В
Степени окисления+2, +3, +4
Плотность (при н. у.)15,1 г/см³
Температура плавления1173,15 К (900 °С, 1652 °F)
Температура кипенияоценочно 1743 K (1470 °C)
Молярная теплоёмкость29 Дж/(K·моль)
Структура решёткигексагональная
Параметры решёткиa = 3,38, c = 11,03
Отношение c/a3,26
Номер CAS7440-71-3

98
Калифорний
Cf
(251)
5f107s2

Калифорний — 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.

Элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (тогда Лаборатория радиации Калифорнийского университета) путём бомбардировки кюрия альфа-частицами (ионами гелия-4). Актиноид, шестой трансурановый элемент, который был когда-либо синтезирован, и 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 и университета из этого штата.


История

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.

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

Происхождение названия

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.

Получение

Калифорний производят в двух местах: НИИАР в Димитровграде (Россия), Окриджской национальной лаборатории в США.

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.

Металлический калифорний получают путём восстановления фторида калифорния CfF3 литием:

 CfF3 + 3Li ⟶ Cf + 3LiF

или оксида калифорния Cf2O3 кальцием:

 Cf2O3 + 3Ca ⟶ 2Cf + 3CaO.

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойства

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

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. Температура плавления металла 900 °C, температура кипения 1227 °C.

По химическим свойствам калифорний подобен актиноидам. Синтезированы галогениды калифорния — CfX3 (X — атом галогена), 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 дийодид калифорния CfI2. Из водных растворов Cf3+ восстанавливается до Cf2+ электрохимически.

Изотопы

Известно 17 изотопов калифорния, наиболее стабильными из которых являются 251Cf с периодом полураспада T1/2 = 900 лет, 249Cf (T1/2 = 351 год), 250Cf (T1/2 = 13,08 года) и 252Cf (T1/2 = 2,645 года). Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг (для металлического шара). Грамм 252Cf испускает около 3⋅1012 нейтронов в секунду. 251Cf упоминается в книге Чингиза Абдуллаева «Символы распада» как элемент миниатюрной ядерной бомбы — «ядерного чемоданчика». Встречающиеся иногда оценки критической массы, составляющие порядка 10 г, относятся к водным растворам солей калифорния.

Применение

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 является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа 252Cf составляет около 4 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов.

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.

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

Физиологическое действие

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