Калифорний

Калифорний
← Берклий | Эйнштейний →
98 Dy ↑ Cf ↓ (Upb) Периодическая система элементов 98Cf
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 В Cf ← 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 °С, 1652 °F)
Температура кипения	оценочно 1743 K (1470 °C)
Молярная теплоёмкость	29 Дж/(K·моль)
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a = 3,38, c = 11,03
Отношение c/a	3,26
Номер CAS	7440-71-3

98	Калифорний
Cf (251)
5f107s2

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.

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.

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), Ок-Риджской 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:

${\ce {CfF3 + 3 Li -> Cf + 3 LiF}}$

или оксида калифорния Cf₂O₃ кальцием:

${\ce {Cf2O3 + 3 Ca -> 2 Cf + 3 CaO}}$.

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойства

Калифорний представляет собой серебристо-белый металл с температурой плавления 900 ± 30 °C и предполагаемой температурой кипения 1470 °C. Чистый металл податлив и легко режется ножом. 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.

По химическим свойствам калифорний подобен остальным актиноидам. 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.

Изотопы

Основная статья: Изотопы калифорния

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). 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.

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-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.Калифорний является самым дорогим металлом в мире.

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 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.

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

Литература

• Калифорний / Киселёв Ю. М. // Исландия — Канцеляризмы. — М. : Большая российская энциклопедия, 2008. — С. 521. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 12). — ISBN 978-5-85270-343-9.
• Cunningham, B. B. Californium // The Encyclopedia of the Chemical Elements. — Reinhold Book Corporation, 1968.
• Haire, Richard G. Californium // The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (англ.) / Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. — 3rd. — Springer Science+Business Media, 2006. — ISBN 978-1-4020-3555-5.
• Concise Encyclopedia Chemistry (неопр.) / Jakubke, Hans-Dieter; Jeschkeit, Hans. — Walter de Gruyter, 1994. — ISBN 978-3-11-011451-5.

Ссылки

• Калифорний на Webelements Архивная копия от 10 октября 2004 на Wayback Machine