Калифорний

Калифорний
Калифорний
	← Берклий \| Эйнштейний →
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

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].

98	Калифорний
Cf (251)
5f¹⁰7s²

Данный элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории им. Лоуренса в 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.

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), 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:

\text{[math]}

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

или оксида калифорния Cf₂O₃ кальцием:

\text{[math]}

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

.

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойстваПравить

Калифорний представляет собой серебристо-белый 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 1470 °C.^[6].

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.

ИзотопыПравить

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)^[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].

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 4 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов^[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 отсчёта времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролётный масс-спектрометр^[12].

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

Физиологическое действиеПравить

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^[13].

Излучение калифорния нарушает выработку эритроцитов. Калифорний-249 и калифорний-251 испускают гамма-излучение^[14].

ПримечанияПравить

↑ CRC contributors. Handbook of Chemistry and Physics (неопр.) / ред. David R. Lide. — 87th ed.. — 2006. — С. 4.56. — ISBN 978-0-8493-0487-3.
↑ Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 286. — 671 с. — 100 000 экз.
↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Californium | crystal structures (неопр.). Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 2 сентября 2010 года.
↑ ¹ ² ³ ⁴ Киселёв, 2008.
↑ Jakubke, 1994, p. 166.
↑ ¹ ² Haire, 2006, p. 1522–1523.
↑ ¹ ² Haire, 2006, p. 1526.
↑ 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.
↑ 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.
↑ Калифорний. Книги. Наука и техника (рус.). Дата обращения: 23 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
↑ The Most Expensive Substances in the World -> Californium Архивная копия от 5 мая 2016 на Wayback Machine
↑ Р. Сильверстейн и др. Спектрометрическая идентификация органических соединений. — 2011. — С. 16—17. — 575 с. — ISBN 978-5-94-774-392-0.
↑ ANL contributors. Human Health Fact Sheet: Californium (неопр.). Argonne National Laboratory (август 2005). Архивировано 21 июля 2011 года.
↑ Cunningham, 1968, p. 106.

ЛитератураПравить

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.

СсылкиПравить

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

[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.

[ХЭ-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.

[_6bf39ab4ce0d8ca5-4] ¹ ² ³ ⁴ Киселёв, 2008.

[_1128aa3485ecaebc-5] Jakubke, 1994, p. 166.

[_363d374f2a781474-6] ¹ ² Haire, 2006, p. 1522–1523.

[_955176228d96c73a-7] ¹ ² Haire, 2006, p. 1526.

[Nubase2003-8] 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. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

[cr_mass-9] 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.

[10] Калифорний. Книги. Наука и техника (рус.). Дата обращения: 23 августа 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.

[11] The Most Expensive Substances in the World -> Californium Архивная копия от 5 мая 2016 на Wayback Machine

[12] Р. Сильверстейн и др. Спектрометрическая идентификация органических соединений. — 2011. — С. 16—17. — 575 с. — ISBN 978-5-94-774-392-0.

[ANL2005-13] ANL contributors. Human Health Fact Sheet: Californium (неопр.). Argonne National Laboratory (август 2005). Архивировано 21 июля 2011 года.

[_c61525a4ac6b95a2-14] Cunningham, 1968, p. 106.

[4]

[1]

[2]

[3]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]