Fakta om Californium

Californium är ett syntetiskt, radioaktivt element som inte finns i naturen. Det är en aktinid: ett av 15 radioaktiva, metalliska element som finns längst ner i det periodiska systemet. Den rena metallen är silvervit, formbar och så mjuk att den lätt kan skivas med ett rakblad. Californium är måttligt kemiskt reaktivt. Den täcker långsamt i luft vid rumstemperatur - små bitar eller folier av metallen börjar oxidera, men inte våldsamt.

Bara fakta

• Atomnummer (antal protoner i kärnan): 98
• Atomsymbol (på elementets periodiska tabell): Jfr
• Atomvikt (atomens medelmassa): 251
• Densitet: Okänd
• Fas vid rumstemperatur: fast
• Smältpunkt: 1 652 F (900 C)
• Kokpunkt: Okänd
• Antal isotoper (atomer av samma element med ett annat antal neutroner): 20 isotoper vars halveringstid är kända med massantal 237 till 256.
• Vanliga isotoper: Inga naturligt förekommande isotoper

Alla isotoper i Kalifornien är radioaktiva. Cf-251 är den mest stabila med en halveringstid på cirka 800 år. Isotopen Cf-252 är en mycket stark neutronemitter, vilket betyder att den har den ovanliga egenskapen att avge neutroner när den bryts isär. Isotoper som uppför sig på detta sätt är mycket ovanliga, enligt Chemistry Explained. Cf-252 används i en mängd olika industrier: militära applikationer, metalldetektorer och som ett sätt att upptäcka metalltrötthet och stress i flygplan.

Upptäckt

År 1950 producerade amerikanska forskare Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso och Glenn Seaborg för första gången californium i ett laboratorium vid University of California, Berkeley. Det var det sjätte syntetiska transuran ("bortom" uran) i aktinidgruppen som upptäcktes. Upptäckten inträffade när kemisterna bombarderade curium-242 med alfapartiklar (heliumatomer utan elektroner) i en 60-tums cyklotronpartikelaccelerator, enligt Chemicool.com.

Varje kärnreaktion skapade Cf-245 - en isotop med en halveringstid på cirka 45 minuter - och en fri neutron. Forskarna producerade cirka 700 000 atomer av Cf-245, precis tillräckligt för att skapa en kub med sidor som bara mäter 27 nanometer, enligt Chemicool. Efter en kemisk analys bekräftade forskarna att ett nytt element hade upptäckts.

1958 isolerades californium i större mängder (1,2 mikrogram) för första gången av Thompson och forskaren Burris Cunningham vid Materials Testing Reactor i Idaho via förlängd (fem år) neutronbestrålning av plutonium-239.

användningsområden

Cf-252, en californiumisotop med en halveringstid på 2,645 år, är en mycket stark neutronkälla. Ett mikrogram (0,000001 gram) Cf-252 producerar 170 miljoner neutroner per minut, enligt Jefferson Lab. Denna isotop har en mängd olika användningsområden, inklusive fungerar som en neutronemitter och ger neutroner för uppstart av kärnreaktorer. Det används också som en neutronkälla för att detektera guld- och silvermalmer genom en teknik som kallas neutronaktivering. Det används i neutronmätare, enheter som kan upptäcka vatten och oljebärande skikt i oljebrunnar, enligt Jefferson Lab.

Isotopen Cf-252 är ett målmaterial för att producera transkaliforniska element. Till exempel producerades element 118, oganesson, det tyngsta elementet, när forskare bombarderade kalifornium med kalciumjoner enligt Chemicool. Cf-252 används också för att behandla livmoderhalscancer och kan hjälpa till att analysera svavelhalten i petroleum.

Ny forskning

Det finns fortfarande så mycket att lära sig om de tyngsta elementen i det periodiska systemet, till exempel californium, berkelium och einsteinium. Thomas E. Albrecht-Schmitt, professor i kemi vid Florida State University och hans forskargrupp studerar de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos dessa element. Deras forskning på hur de binder till andra element är att skriva om läroböcker.

Ett av de första problemen med att studera californium är dock faktiskt att få en bit av det. Efter flera års förhandlingar med den amerikanska energidepartementet fick Albrecht-Schmitt 5 milligram californium genom en begåvning till universitetet. Dessa 5 mg har sträckt sig genom flera experiment, vilket leder till upptäckten att Kalifornien har förmågan att binda med och separera andra material, enligt en studiepressmeddelande i Science Daily.

En av Albrecht-Schmitts studier, publicerad i tidskriften Nature Communications, avslöjade att californium är ett övergångsbeståndselement, vilket innebär att det hjälper att koppla en del av det periodiska systemet till nästa. Specifikt delar californium fastigheter med de tre tidigare aktinidelementen i tabellen - americium, curium och berkelium - såväl som de tre aktiniderna som kommer efter det - einsteinium, fermium och mendelevium.

Aktinidema består av 15 radioaktiva, metalliska element, från aktinium (Ac, atomnummer 89) till lawrencium (Lr, atomnummer 103) i det periodiska systemet. De tyngre medlemmarna är extremt instabila och förekommer inte naturligt.

"Vi upptäckte att californium representerar en plats i [serien av aktinidelement (Ac till Lr)) där kemi grundläggande förändras med avseende på de tidigare aktiniderna," berättade Albrecht-Schmitt .

"Från och med Kalifornien och förstärkning genom einsteinium, fermium och mendelevium, och slutligen maximering vid nobelium, börjar 2+ oxidationstillståndet att dominera kemin hos dessa element," förklarade han. "För californium genom mendelevium är tillståndet 2+ metastabilt, och detta skapar kemiska och fysiska egenskaper som påverkas avsevärt av laddningsöverföring från liganderna till metallerna."

"Fysiker kallar detta 'valensinstabilitet', och det ger upphov till en mängd oförutsedda elektroniska funktioner som limningsförändringar som liknar övergångsmetaller än de är för lantanider."

Albrecht-Schmitt konstaterade att denna forskning är viktig av två skäl: "För det första är Kalifornien det tyngsta elementet för vilket bulkkemiska och fysiska egenskaper kan mätas," förklarar han. "Dess elektroniska egenskaper påverkas avsevärt av dess inre elektroner som rör sig vid betydande fraktioner av ljusets hastighet. Kalifornien är alltså en testbädd för att mäta hur relativistiska effekter förändrar kemi."

"För det andra, även om dessa egenskaper är mindre uttalade i lättare aktinider som plutonium, är de fortfarande närvarande och kan utnyttjas i separationsprocesser som används för att återvinna använt kärnbränsle och hjälpa till att mildra miljöarvet från det kalla kriget," sade han.

Vem visste?

• Californium är det tyngsta elementet som har producerats i vägbara mängder.
• Spektret av Cf-254 har observerats i supernovaer.
• Oak Ridge National Laboratory i Tennessee är den enda tillverkaren av Cf-252 för den amerikanska regeringen.
• Kalifornien anses vara ett transuraniumelement, vilket betyder "bortom uran" på det periodiska bordet. Uran är element nummer 92, så element med atomantal högre än 92 är transuranelement.
• Cf-252 används för att behandla vissa livmoderhalscancer och hjärncancer när strålning är ineffektiv.
• Endast ett fåtal föreningar av kalifornium har producerats och studerats, inklusive kaliforniumoxid (CfO3), kaliforniumtriklorid (CfCl3) och kaliforniumoxiklorid (CfOCl).