Калифорний

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 (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.

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:

 CfF3 + 3 Li -> Cf + 3 LiF

или оксида калифорния Cf2O3 кальцием:

 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. Температура плавления металла 900 °C, температура кипения 1470 °C..

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 

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). Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг (для металлического шара). Грамм 252Cf испускает около 3 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 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.

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. Калифорний является самым дорогим металлом в мире. Один грамм Калифорния стоит $70 000 000. Мировой запас составляет около 10 граммов, а производится – несколько десятков микрограмм в год. Сложность заключается в том, что элемент Плутоний переходит в элемент Калифорний за 7-8 лет, из-за этого так дорого.

Физиологическое действие 
Радионуклид 252Cf высокорадиотоксичен. ПДК в воде открытых водоёмов 1,33 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.

Примечания

Литература

Ссылки 

 Калифорний на Webelements 

Химические элементы
Металлы
Актиноиды
Радиоактивные элементы
Синтезированные химические элементы
Трансурановые элементы
Объекты, названные в честь Калифорнии