کالیفرنیم

کالیفرنیوم (به انگلیسی: Californium) یک عنصر شیمیایی رادیواکتیو با نماد Cf و عدد اتمی ۹۸ است. این عنصر برای اولین بار در سال ۱۹۵۰ در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (سپس آزمایشگاه پرتو دانشگاه کالیفرنیا) با بمباران کوریم با ذرات آلفا (یونهای هلیوم-۴) ساخته شد. این عنصر یک اکتینید است، ششمین عنصر فرااورانیم است که باید سنتز شود و دارای دومین جرم اتمی پس از اینشتینیم در بین تمام عناصر تولید شده در مقادیر کافی برای دیدن با چشم غیرمسلح است. این عنصر به نام دانشگاه و ایالت کالیفرنیا نامگذاری شده.

کالیفرنیوم، ₉₈Cf

کالیفرنیوم
تلفظ	‎/ˌkælɪˈfɔːrniəm/‎ ​(KAL-ə-FOR-nee-əm)
ظاهر	نقره‌ای
عدد جرمی	251 (پایدارترین ایزوتوپ)
کالیفرنیوم در جدول تناوبی
Dy ↑ Cf ↓ (Upb) برکلیوم ← کالیفرنیوم → اینشتینیوم
عدد اتمی (Z)	98
گروه	گروه n/a
دوره	دوره 7
بلوک	بلوک-f
دسته	Actinide
آرایش الکترونی	[Rn] 5f10 7s2[۱]
لایه الکترونی	2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STP	جامد
نقطه ذوب	1173 K ​(900 °C, ​1652 °F)[۲]
نقطه جوش	1743 K ​(1470 °C, ​2678 °F) (تخمین)[۳]
چگالی (near r.t.)	15.1 g/cm3[۲]
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش	+2, +3, +4, +5[۴][۵]
الکترونگاتیوی	مقیاس پائولینگ: 1.3[۶]
انرژی یونش
شعاع کووالانسی	pm
خط طیف نوری کالیفرنیوم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری	​double hexagonal close-packed (dhcp)
سختی موس	3–4[۷]
شماره ثبت سی‌ای‌اس	7440-71-3[۲]
تاریخچه
نامگذاری	برای کالیفرنیا, محل کشف آن عنصر.
کشف	آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (1950)
ایزوتوپ‌های کالیفرنیوم[۸][۹]
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول 248Cf syn 333.5 d α (100%) 244Cm SF (2.9×10−3%) – 249Cf syn 351 y α (100%) 245Cm SF (5.0×10−7%) – 250Cf syn 13.08 y α (99.92%) 246Cm SF (0.08%) – 251Cf syn 898 y α 6.172 247Cm 252Cf syn 2.645 y α (96.91%) 248Cm SF (3.09%) – 253Cf syn 17.81 d β− (99.69%) 253Es α (0.31%) 249Cm 254Cf syn 60.5 d SF (99.69%) – α (0.31%) 250Cm
نمایش بحث ویرایش | منابع

دو ساختار بلوری برای کالیفرنیوم تحت فشار عادی وجود دارد: یکی بالاتر و دیگری زیر ۹۰۰ درجه سلسیوس (۱٬۶۵۰ درجه فارنهایت) شکل سوم با فشار زیاد حاصل می‌شود. کالیفرنیوم به آرامی در دمای اتاق هوا کدر می‌شود. ترکیبات کالیفرنیوم در سطح اکسیداسیون +۳ موجود است. بیست ایزوتوپ کالیفرنیوم شناخته شده‌است، که کالیفرنیوم -۲۵۱ پایدارترین آنهاست که دارای نیمه عمر ۸۹۸ سال است. این نیمه عمر کوتاه به معنی این است که این عنصر در مقادیر قابل توجهی در پوسته زمین یافت نمی‌شود. ^[الف] کالیفرنیوم -۲۵۲، با نیمه عمر حدود ۲.۶۴۵ سال، رایج‌ترین ایزوتوپ مورد استفاده است و در آزمایشگاه ملی اوک ریج در ایالات متحده و پژوهشگاه رآکتورهای اتمی در روسیه تولید می‌شود.

کالیفرنیوم یکی از معدود عناصر فرااورانیم است که کاربردهای عملی دارد. بیشتر این کاربردها از خاصیت ایزوتوپ‌های خاص این عنصر برای انتشار نوترونها استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، کالیفرنیوم می‌تواند برای کمک به راه اندازی راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار گیرد، و هنگام مطالعه مواد با استفاده از پراش نوترون و طیف‌سنجی نوترون به عنوان منبع نوترون استفاده می‌شود. کالیفرنیوم همچنین می‌تواند در سنتز هسته ای عناصر دارای جرم بالاتر مورد استفاده قرار گیرد. اوگانسون (با عدد اتمی ۱۱۸) با بمباران اتم‌های کالیفرنیوم-۲۴۹ با یون‌های کلسیم-۴۸ سنتز شد. استفاده‌کنندگان کالیفرنیوم باید نگرانی‌های رادیولوژی و توانایی این عنصر را در ایجاد اختلال در تشکیل گلبول‌های قرمز با تجمع بیولوژیکی در بافت اسکلتی در نظر بگیرند.

تاریخچه

کالیفرنیوم برای اولین بار در آزمایشگاه تابش دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، توسط محققان فیزیک استنلی جی تامپسون ، کنت استریت جونیور، آلبرت غیورسو و گلن تی سیبورگ در تاریخ ۹ فوریه سال ۱۹۵۰ ساخته شد.^[۱۰] این ششمین عنصر ترانس اورانیوم بود که کشف شد. این تیم کشف خود را در ۱۷ مارس ۱۹۵۰ اعلام کرد.^[۱۱][۱۲]

برای تولید کالیفرنیوم، یک هدف به اندازه میکروگرم از کوریم -۲۴۲ (242
96Cm) با ۳۵ ذره MeV-alpha (4
2He) بمباران شد در سیکلوترون با قطر ۶۰ اینچ (۱٫۵۲ متر) در برکلی، که کالیفرنیوم ۲۴5 (۲۴۵
98Cf) به علاوه یک نوترون آزاد تولید کرد.^[۱۰][۱۱]

242
96Cm + 4
2He → 245
98Cf + 1
0n

برای شناسایی و جداسازی عنصر، روشهای تبادل یونی و جذب استفاده شد.^[۱۳][۱۱] در این آزمایش فقط حدود ۵۰۰۰ اتم کالیفرنیوم تولید شد^[۱۴] و این اتم‌ها نیمه عمر ۴۴ دقیقه داشتند.^[۱۰]

ویژگی‌ها

کالیفرنیوم

کالیفرنیوم در حقیقت یک فلز آکتینید نقره‌ای مایل به سفید^[۱۵] با نقطه ذوب ۹۰۰ ± ۳۰ درجه سلسیوس (۱٬۶۵۰ ± ۵۰ درجه فارنهایت) و نقطه جوش ۱٬۷۴۵ کلوین (۱٬۴۷۰ درجه سلسیوس؛ ۲٬۶۸۰ درجه فارنهایت) می‌باشد.^[۱۶] فلز ناب و خالص کالیفرنیوم قابل‌انعطاف است و به سادگی با تیغ بریده می‌شود. این فلز در خارج از محیط نگهداری و ایزوله و با دمای بالای ۳۰۰ درجه سلسیوس (۵۷۰ درجه فارنهایت) شروع به تبخیر می‌نماید.^[۱۷] در دمای ۵۱ کلوین (−۲۲۲ درجه سلسیوس؛ −۳۶۸ درجه فارنهایت) فرومغناطیس و فری‌مغناطیس است (چیزی شبیه به آهنربا). در دمای ۴۸ کلوین (−۲۲۵ درجه سلسیوس؛ −۳۷۳ درجه فارنهایت) تا ۶۶ کلوین (−۲۰۷ درجه سلسیوس؛ −۳۴۱ درجه فارنهایت) ضدفرومغناطیس است (حالت متوسط) و در نهایت در دمای بالاتر از ۱۶۰ کلوین (−۱۱۳ درجه سلسیوس؛ −۱۷۲ درجه فارنهایت) پارامغناطیس می‌شود (زمینه‌ها و عوامل مغناطیسی خارجی می‌توانند آن را مغناطیسی کنند).^[۱۸]

در محیط

آثار کالیفرنیوم را می‌توان در نزدیکی تأسیساتی یافت که از این عنصر در کاوش مواد معدنی و در معالجه پزشکی استفاده می‌کنند.^[۱۹] این عنصر در آب قابل حل نیست، اما به خوبی به خاک معمولی می‌چسبد؛ و غلظت آن در خاک می‌تواند ۵۰۰ برابر بیشتر از آب اطراف ذرات خاک باشد.^[۲۰]

نتیجه آزمایش هسته ای جوی قبل از سال ۱۹۸۰ مقدار کمی کالیفرنیوم به محیط زیست وارد کرد.^[۲۰] ایزوتوپ‌های کالیفرنیوم با تعداد جرم ۲۴۹، ۲۵۲، ۲۵۳ و ۲۵۴ در گرد و غبار رادیواکتیو جمع شده از هوا پس از انفجار هسته ای مشاهده شده‌است.^[۲۱] کالیفرنیوم از آنجا که در مقادیر زیادی تولید نشده‌است، یک رادیونوکلئید عمده در وزارت انرژی ایالات متحده نیست.^[۲۰]

زمانی تصور می‌شد کالیفرنیوم در ابرنواخترها تولید می‌شود، زیرا پوسیدگی آنها با نیمه عمر ۶۰ روزه ²⁵⁴Cf مطابقت دارد.^[۲۲] با این حال، مطالعات بعدی نتوانستند طیف‌های کالیفرنیوم را نشان دهند،^[۲۳] و اکنون تصور می‌شود که منحنی‌های سبک ابرنواختر از فروپاشی نیکل -۵۶ پیروی کنند.^[۲۴]

عناصر ترانس اورانیک از آمریسیم به فرمیوم، از جمله کالیفرنیوم، به‌طور طبیعی در رآکتور شکافت هسته ای طبیعی در Oklo رخ داده‌اند، اما دیگر چنین نمی‌کنند.^[۲۵]

کاربردها

فعالیت‌های هسته‌ای

یادداشت

1. The Earth formed 4.5 billion years ago, and the extent of natural neutron emission within it that could produce californium from more stable elements is extremely limited.