Открыть главное меню

Калифорний — ис­кус­ст­вен­ный радиоактивный химический элемент III груп­пы ко­рот­кой фор­мы (3-й груп­пы длин­ной фор­мы), обозначаемый Cf, имеющий атомный номер 98 в пе­рио­дической сис­те­ме Менделеева. Из­вест­ны ра­дио­изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 237—256. Ста­биль­ных изо­то­пов не име­ет[4].

Калифорний
← Берклий | Эйнштейний →
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
98Cf
Unknown.svg
Electron shell 098 Californium.svg
Внешний вид простого вещества
Радиоактивный металл серебристо-белого цвета
Californium.jpg
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
Энергия ионизации
(первый электрон)
 0,0 (0,00) кДж/моль (эВ)
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, 2678 °F)
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
98
Калифорний
(251)
5f107s2

Элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (тогда Лаборатория радиации Калифорнийского университета) путем 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 невооруженным глазом (после эйнштейния). Элемент был назван в честь штата Калифорния и университета из этого штата.


Содержание

ИсторияПравить

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.

Происхождение названияПравить

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.

ПолучениеПравить

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 путем восстановления фторида калифорния CfF3 литием:

 

или оксида калифорния Cf2O3 кальцием:

 

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойстваПравить

Калифорний представляет собой серебристо-белый актинидный металл[5] с температурой плавления 900 ± 30° C и предполагаемой температурой кипения 1470 °C[6]. Чистый металл податлив и легко режется лезвием. Металлический калифорний начинает испаряться при температуре выше 300 °C под вакуумом[7]. Образует сплавы с лантаноидными металлами, но о них мало что известно[7].

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[4]. Синтезированы галогениды калифорния — CfX3 (X — атом галогена), оксигалогениды — CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO2 оксид Cf2O3 окисляют при нагревании кислородом под давлением 10МПа. В растворах Cf4+ получают, действуя на соединения Cf3+ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дииодид калифорния CfI2. Из водных растворов Cf3+ восстанавливается до Cf2+ электрохимически.

ИзотопыПравить

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)[8]. Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг[9] (для металлического шара). Грамм 252Cf испускает около 3⋅1012 нейтронов в секунду[10]. 251Cf упоминается в книге Чингиза Абдуллаева «Символы распада» как элемент миниатюрной атомной бомбы — «ядерного чемоданчика». Встречающиеся иногда оценки критической массы, составляющие порядка 10 г, относятся к водным растворам солей калифорния.

ПрименениеПравить

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 250 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 20-40 миллиграмм, а общий мировой запас не превышает 8 граммов.[11]

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 отсчета времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролетный масс-спектрометр (time of flight mass spectrometer, TOF-MS).[12]

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

Физиологическое действиеПравить

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

ПримечанияПравить

  1. CRC contributors. Handbook of Chemistry and Physics / 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
  4. 1 2 3 4 Киселёв, 2008.
  5. Jakubke, 1994, p. 166.
  6. Haire, 2006, pp. 1522–1523.
  7. 1 2 Haire, 2006, p. 1526.
  8. 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. — Bibcode2003NuPhA.729....3A.
  9. Final Report, Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport, Republic of France, Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, Département de Prévention et d'étude des Accidents.
  10. Калифорний. Книги. Наука и техника. Дата обращения 23 августа 2010. Архивировано 22 августа 2011 года.
  11. The Most Expensive Substances in the World -> Californium
  12. Р.Сильверстейн и др. Спектрометрическая идентификация органических соединений. — 2011. — С. 16—17. — 575 с. — ISBN 978-5-94-774-392-0.

ЛитератураПравить

СсылкиПравить