Kalifornium

98 berklium ← kalifornium → eynşteynium Dy ↑ Cf ↓ - dövri cədvəl
Ümumi
Ad, İşarə, Nömrə	kalifornium, Cf, 98
Qrup, Dövr, Blok	12, 7, f
Xarici görünüşü
Atom kütləsi	251 q/mol
Elektron formulu	[Rn] 5f10 7s2
Fiziki xassələr
Halı	Bərk
Sıxlığı	(0 °C, 101.325 kPa) 15,1 q/L
Ərimə temperaturu	900 °C (1173 K, 1652 °F)
Qaynama temperaturu	°C ( K, °F)
Elektromənfiliyi	-1,3
Oksidləşmə dərəcəsi	+2, +3, +4 və +5
Spektr =
İonlaşma enerjisi	608 kCmol-1

Kalifornium — işarəsi Cf və atom kütləsi 98 olan radioaktiv metal. İlk dəfə 1950-ci ildə Berkli Kaliforniya Universitetində, küriyumun alfa zərrəcikləri ilə bombardmanı zamanı alınmışdır. Aktinoidlər sırasının 9-cu və urandan sonra sintez edilən 6-cı elementdir. Böyük atom kütləsinə malik elementlər içərisində, eynşteyniumdan sonra adi gözlə görülə biləcək qədər sintez edilmiş elementdir. Elementin adı kəşf olunduğu yerin və universitetin şərəfinə adlandırılmışdır.

Kalifornium normal təzyiq altında iki kristal quruluş əmələ gətirir. Çox yüksək təzyiqdə isə o, öz 3-cü kristal quruluşuna keçir. Kalifornium otaq temperaturunda hava ilə təması zamanı oksidləşir. Kaliforniumun ən davamlı izotopu Cf-251-dir ki, onun da yarımçevrilmə periodu 859 ildir. Bu qısa yarımparçalanma periodu, elementin yer üzərində yayılmadığını da bildirir. Yarımparçalanma periodu 2,64 il olan Cf-252 ən çox Amerika Birləşmiş Şatatlarında Oak Ridge Beynəlxalq Laboratoriyası və Rusiyada da Atom Reaktorları Araşdırma İnstutunda sintez edilir.

Kalifornium praktik tətpiqi olan bir neçə transuran elementdən biridir. Bu praktik tətpiq Kaliforniumun neytron saçma xassəsinə əsaslanır. Nüvə reaktorlarının işə salınmasında kaliforniumdan istifadə edilir. Həmçinin neytron saçılması və spektrokopiyası üçün maddə analizində kaliforniumdan istifadə olunur. Bunlardan başqa kalifornium ağır elementlərin sintezində istifadə edilir: oqaneson (118-ci) kalifornium-249 izotoponun kalsium-48 ionları ilə bombardman edilməsi nəticəsində sintez edilmişdir. Kaliforniumdan istifadə zamanı radioaktivlik xassəsi nəzərə alınmalıdır. Həmçinin elementin skeletə biokumuliyasiyası qırımızı qan hüceyrələrinin(eritrositlərin)quruluşunu pozur.

Xassələri

Sıra nömrəsi 98 olan kalifornium aktinoidlər ailəsinə aiddir. O, berklium və eynşteynium arasında yerləşir. Lantanoidlər ailəsində, quruluş analoqu disproziumdur.

Fiziki xassələri

Kaliforniyum, Ərimə temperaturu 900 ± 30 °C və qaynama temperaturu təxminən 1745 °C olan radioaktiv, gümüşü-ağ rəngli aktinoid metaldır. Saf halda yumşaq olduğundan, bıcaq ilə rahatca kəsilir. Vakuum mühitində 300 °C-də buxarlanır. 51 K'nin (−220 °C) altında kaliforniyum metalı ferromaqnit və ya ferrimaqnitdir (maqnit kimi xassə göstərir), 48 və 66 K arasında antiferromaqnitdir və 160 K'nin (−110 °C) üstündə paramaqnitdir (xarici maqnit sahəsi ona maqnitlik xassəsi qazandırır). Kalifornium lantanoid metalları ilə xəlitə(ərinti) əmələ gətirə bilir . 1 atmosfer təzyiqdə iki kristal quruluş əmələ gətirir: iki-hegsagonal sıx qəfəs (hsp və ya dhcp) quruluşlu alfa (α) və səthi mərkəzli kubik (ymk və ya fcc) quruluşlu beta (β). α formu 900 °C-nin altında və 15,10 g/sm³ səğlıqda görünür, β formu da 900 °C-nin üstündə və 8.74 g/sm³ sığlıqda görülür. 48 GPa təzyiqdə, atomun 5f elektronlarının dekolizasiyası nəticəsində β formalı ortorombik kristal sistemə çevrilir.

Bir elementin bulk modulu onun bərabər paylanmış təzyiq altında müqavimətini göstərir. Kaliforniumun bulk modulu 50 ± 5 GPa-dır. Bu rəqəmin üç lantanoid metalına yaxın olmasına baxmayaraq aluminium(70 GPa) kimi metallardan kiçikdir.

Kimyəvi xassələri və birləşmələri

Kalifornium 2,3 və 4 valentli olur. Bu ədədlər kaliforniumun digər atomları ilə əmələ gətirə biləcəyi kimyəvi rabitələrin sayını göstərir. Kimyəvi quruluşu oksidləşmə ədədi +3 olan aktinoid metalları və onun quruluş analoqu olan disproziumla oxşardır . otaq temperaturunda hava ilə təması zamanı yavaşca oksidləşir, şərait nəmli olarsa çox sürətlə qaralır.

Kaliforniumun birləşmələri

oksidləşmə ədədi	birləşmə	formul	rəng
+2	kalifornium(II) bromid	CfBr2	sarı
+2	kalifornium(II) yodid	CfI2	tünd bənövşəyi
+3	kalifornium(III) oksid	Cf2O3	sarı-yaşıl
+3	kalifornium(III) flüorid	CfF3	parlaq yaşıl
+3	kalifornium(III) xlorid	CfCl3	zümrüd yaşılı
+3	kalifornium(III) yodid	CfI3	limon sarısı
+4	kalifornium(IV) oksid	CfO2	qaramtıl qəhvəyi
+4	kalifornium(IV) flüorid	CfF4	yaşıl

Kalifornium hidrogen, azot və xalkogenlərlə temperaturda reaksiyaya girir. Quru hidrogen və mineral turşuların məhlulları ilə reaksiyası sürətli gedir.

Kalifornium yalnız Cf³⁺ ionu halında suda həll olur. +3 ionunu məhlulda reduksiya etmə və oksidləşdirmə cəhtləri uğursuz alınmışdır. Suda həll ola bilən xlorid, nitrat, perxlorat və sulfat əmələ gətirir.

İzotopları

Kaliforniumun 20 radioizotopu var. Ən davamlı izotop olan kalifornium-251-in yarımparçalanma periodu 898 il, kalifornium-249-un 351 il, kalifornium-250-nin 13,08 il, və kalifornium-252-nin 2,645 ildir. Digər izotopların yarımparçalanma periodları cəmi 1-ildən qısadır ki, bunların çoxunun yarımparçalanma periodu 20 dəqiqədən azdır. Kaliforniumun izotoplarının kütlə ədədləri 237 ilə 256 arasındadır.

Kalifornium-249 berklium-249-un beta parçalanması ilə sintez edilir və digər kalifornium izotoplarının çoxu berkliyumun nüvə reaktorunda neytron radiasiyasına məruz edilməklə sintez edilir. Kaliforniyum-251 ən uzun ömürlü izotop olmasına baxmayaraq, alınma miqdarı %10-dir.

Kalifornium-252 çox güclü neytron mənbəyidir. Bu səbəbdən təhlükəli dərəcədə radioaktivdir. Yarımparçalanma periodu 60,5 gün olan kalifornium-254 izotopu spontan barçalanır. Digər kalifornium izotopları alfa şüalanma yolu ilə parçalanır və kürium (₉₆Cm) atomuna çevrilir.

Tarixi

Kalifornium ilk dəfə 9 fevral 1950-ci ildə Kaliforniya Berkli universitetində Stanley G. Thompson, Kenneth Street, Jr, Albert Ghiorso və Glenn T. Seaborg tərəfindən sintez edilmişdir. Qrup yeni elementin kəşfini 17 mart 1950-ci ildə dünya mediyasına təqdim etdi. Kaliforniumun əldə edilməsi üçün bir mikroqram kürium-242 (242
96Cm) hədəfi, Berkeley, Kaliforniyadakı 1.500 mm yarıçaplı siklotronda 35 MeV enerjili alfa zərrəcikləri (4
2He) ilə bombardman edildi. Bunun nəticəsinə kaliforniyum-245 (245
98Cf) və bir də sərbəst neytron (n) əldə edildi.

$\mathrm {^{242}_{\ 96}Cm\ +\ _{2}^{4}He\ \longrightarrow \ _{\ 98}^{245}Cf\ +\ _{0}^{1}n}$

Bu təcrübədə 5000 kalifornium atomu sintez edilmişdi və bu atomların yarımparçalanma periodu 44 dəqiqə idi. Kəşf edildiyi yerin və universitetin şərəfinə kalifornium adlandırıldı. Bu elementin adı 95, 96, 97 elemntləri üçün alışılmış adlandırma üsulunu pozurdu. Altıncı dövrdə yerləşən yevropiyum(95 ci)adını kəşf edildiyi qitənin şərəfinə aldı, bundan sonra 95-ci amerisium adlandırıldı. 96-cı olan kürium Pyer və Mariya Kürilərin şərəfinə məhs belə adlandırılmışdı. Terbiyum isə kəşf edildiyi şəhərin adını aldı, 97-ci də oxşar olraq berkli şəhərinin şərəfinə berkliyum adlandırıldı. Ancaq disproziyum tapılması çətin mənasını verən adla adlandırıldı. Buna görə alimlər belə adlardan istifadə etməyə son qoydular.

Kütləsi ölçülə biləcək qədər kalifornium elementi ilk dəfə Idaho Beynəlxalq Labaratoriyasındakı Məhsul test reaktorunda plotunium elementinin radiasiyaya məruz qalması ilə alındı və bu miqdarın kəşfi 1954-cü ildə dünya mediasına təqdim edildi.

Kaliforniyum-252 izotopunun yüksək birləşmə miqdarı bu nümunələrdə tapıldı. Məqsədli şəkildə kalifornium üzərində ilk təcrübələr 1958-ci ildə aparıldı. Kaliforniyum-248 dən −252 yə qədər olan bütün izotoplar da bir nüvə reaktorunda 5 il radiasiyaya məruz qalan plotunium-239 nümunəsindən alındı. İki il sonra 1960-cı ildə Kaliforniya Üniversiteti Lawrence Radiasiya Laboratoriyasından Burris Cunningham ve James Wallman, kaliforniumu buxar və xlorid turşusu ilə işləyərək ilk kalifornium birləşmələri olan kalifornium trixlorid, kalifornium oksixlorid və kalifornium oksidi sintez etdilər. 1960-cı illərdə Oak Ridge, Tennesseedə yerləşən Oak Ridge Beynəlxalq Laboratoriyasındaki (ORNL) Yüksək Ağılı İzotop Reaktorunda (HFIR) külli miqdarda kalifornium istehsalına başlanıldı.

1970-ci illərin əvvəllərində Amerika Birləşmiş Ştatları mikroqramı 10 dollar olmaq üzrə kalifornium-252 izotoponun satışına başladı və 1970-ci ildən 1990-cı ilə qədər hər il təqribən 150 mg kaliforniyum-252 ixrac edildi. Kaliforniyum metalı ilk dəfə 1974-cü ildə Haire və Baybarz tarafından kalifornium(III) oksidin lantan metalı ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində sintez edildi.

Varlığı

Kalifornium yer üzərində yayılmayan elementdir. Yalnız təbiətdə bir çox nüvə sintezlərinin baş verməsi səbəbindən, uran filizlərində kaliforniumun bir neçə dəqiqə var olması ehtimalı mövcuddur. Mineral araşdırmalar və tibbi müalicə zamanı kalifornium istifadə edən qurumların yaxınlığında kiçik miqdarda kaliforniuma rast gəlinə bilər. Kalifornium olduqca həlledilməz görünsədə məhlul içərisindəki qatı hissəciklərə yapışa bilir; qatı hissəciklərin qatılığı isə onu əhatələyən suyun qatılığından 500 dəfə çox ola bilər.

1980-ci illərdə havada sınaqdan keçirilən nüvə silahları kaliforniumun miqdarını(yer üzərində) bir qədər artırdı. Bir nüvə silahının sınağından sonra havada, kütlə ədədləri 249, 252, 253, 254 olan kalifornium izotopları aşkarlandı. Kalifornium böyük miqdarda istehsal edilmədiyindən, ABŞ-nin enerji nazirliyinin əsas radioaktiv nüvələr siyahısına daxil deyil.

Sintezi

Kalifornium nüvə reaktorlarında və zərrəcik sürətləndiricilərdə sintez edilir. Kalifornium-250, berklium-249-un (249
97Bk) neytron ilə bombardman edilməsindən sonra sintez edilir. Berkliyum-249 neytron qəbul etdikdəs(n,γ) berkliyum-250-yə (250
97Bk) çevrilir, və bu nuklid ani olaraq β parçalanma keçirir (β⁻) və kalifornium-250-yə (250
98Cf)çevrilir. Reaksiya aşağıdakı şəkildə göstərilə bilər:

$\mathrm {^{249}_{\ 97}Bk\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 97}^{250}Bk\ {\xrightarrow[{3,212\ saat}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 98}^{250}Cf}$

Verilən vaxt yarımparçalanma periodunu təmsil edir.

Kalifornium-250-nin neytronla bombardman edilməsi zamanı kalifornium-251 və 252 izotopları əmələ gələ bilər.

Amerisium, kürium və plutoniumun uzun müddətli neytron radiasiyasına məruz qoymaqla milligramlarla kalifornium-252 və mikrogramlarla kalifornium-249 sintez edilə bilər. 2006-cı ildən bəri kütlə ədədi 244-dən 248-ə qədər olan kürium izotoplarının xüsusi reaktorlarda neytron radiasiyasına məruz bıraxmaqla nisbətən böyük miqdarda kalifornium-252 və daha az miqdarda kütlə ədədi 249-dan 255-ə qədər izotoplar sintez edilməkdədir.

Mikroqramlar ölçüsündə kalifornium-252 ABŞ nuklear düzənləmə komissiyası tərəfindən ixrac edilməkdədir. Biri ABŞ-dəki Oak Ridge Beynəlxalq Laboratoriyası digəri isə Dimitrovgrad, Rusiya-dakı Atom Reaktorları Araşdırma İnstutu olmaq üzərə kaliforniumun sintez edildiyi iki qurum mövcuddur. 2003-dən bəri bu iki qurumda uyğun olaraq 0,25 və 0,025 qram kalifornium-252 sintez edilmişdir. Kalifornium kiçik miqdarlarda satılsada böyük gəlir mənbəyidir. Kalifornium-249-un mikroqramı 160 ABŞ dolları ikən kalifornium-252-nin mikrogramı 60 dollardır. ABŞ Enerji Nazirliyi Cf Satış Programı çərçivəsində kalifornium-252-nin ilk illərdəki (1970-ci illər) satış qiyməti mikrograma 10 dollar idi. Qiymət 1987, 1989, 1994, 1998 və 1999 tarixlərində uyğun olraq 27, 50, 55, 56 və 60 dollar olmaq üzrə yüksəldi.

Nuklear şüalanma ya da alfa parçalnma olmadığı bir müddətdə uran-238-in toplam 15 dəfə neytron qəbul etməsi nəticəsində yarı ömürlü üç kalifornium izotopu sintez edilir. Uran-238 ilə başlayan sintez zəncirinin son halqası kaliforniyum-253-dür.

Təhlükəsizlik

Skeletdə toplanan kalifornium radiasiya yayaraq qırmızı qan hüceyrələrinin sintezində çətinlik yaradır. Yüksək radioaktivliyi və yer üzərində az miqdarda yayılması səbəbindən hər hansı bir orqanda xüsusi həyati rol oynamır.

Kalifornium bədənə az miqdarda olsa da, yemək və içkilərdən, həmçinin kalifornium yayılmış havadan tənəffüs yolu ilə daxil ola bilər. Bədənə daxil olandan sonra, yalnız 0,05% qana qarışır. Təqribən 65% skeletdə,25% qaraciyərdə toplanır, sonda qalan midraı isə ya digər orqanlarda paylanır ya da sidiklə bədəndən xaric edilir. Skelet və qaraciyərdə toplanan kaliforniumun yarı miqdarı uyğun olraq 50 və 20 ilə bədəndən təmizlənir. Skeletdəki kalifornium sümüklərə yayılmazdan əvvəl sümüküstlüyündə yığılır.

Sümüklərdə və qaraciyərdə yığılan kalifornium xərçəng xəstəliyinə səbəb ola bilər.

Tətbiqi

Oak Ridge beynəlxalq laboratoriyasında düzəldilən 50 tonluq ixrac qutusu. Bu qutu ilə 1 qrama qədər²⁵²Cf daşına bilər.

Hər bir mikroqramından dəqiqədə 139 milyon neytron saçan kalifornium bir çox tətpiq sahəsinə malikdir. Bu xüsusiyətinə görə kalifornium bəzi reaktorlar üçün neytron mənbəyidir. Həmçinin bəzi nümunələrdə az olan elementlərin araşdırılması üçün də istifadə edilə bilər . Kalifornium neytronlarından tibbdə də geniş istifadə edilir. Corciya Texnalogiya İnstitutunun 1969-cu ildə Savannah River Santralidən 119 µg kaliforniyum-252 almasından bu yana təhsil layihələrində isitifadə edilir Kömür və sement sahələrində də tətpiq olunur.

Kalifornium-252-nin 1982-ci ildəki tətbiq forması bu şəkildədir: reaktor başladıcı (48,3%), yanacaqların analizi (25,3%) və aktivləşmə analizi (19,4%). 1994-cü ildə neytron radioqrafiyası 77,4%, yanacaq analizi 12,1% və reaktor başladıcı 6,9% təşkil edirdi.

Kalifornium-251 çox kiçik kritik kütləyə malikdir(təqribən 5 kg). Bu izotop çox kiçik yarımçevrilmə perioduna görə zəhərli və hətta öldürücü xüsusiyyətlərə malikdir. Kaliforniumun çox kiçik kritik kütləyə malik olması, onun tətbiqi haqqında çox şişirdilmiş iddiaların yaranmasına səbəb olmuşdur. Populer Science dərgisinin iyul 1961 tarixli sayısında yer alan "Facts and Fallacies of World War III" məqaləsində bu hal bu şəkildə göstərilmişdir: "kalifornium atom bombasının bir tapanca gülləsindən daha böyük olmasına ehtiyac yoxdur. Təmas zamanı 10 ton TNT gücündə partlayış törədən güllələr atan tapancalar yarada bilərsiniz."

Mənbə

• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred. Advanced Inorganic Chemistry (6th). John Wiley & Sons. 1999. ISBN 978-0-471-19957-1.
• CRC contributors. Walker, Perrin; Tarn, William H. (redaktorlar ). Handbook of Metal Etchants. CRC Press. 1991. ISBN 978-0-8493-3623-2.
• CRC contributors. Lide, David R. (redaktor). Handbook of Chemistry and Physics (87th). CRC Press, Taylor & Francis Group. 2006. ISBN 978-0-8493-0487-3.
• Cunningham, B. B. Californium // Hampel, Clifford A. (redaktor). The Encyclopedia of the Chemical Elements. Reinhold Book Corporation. 1968. LCCN 68029938.
• Emsley, John. The Elements. Oxford University Press. 1998. ISBN 978-0-19-855818-7.
• Emsley, John. Californium // Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. 2001. ISBN 978-0-19-850340-8.
• Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements (2nd). Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9.
• Haire, Richard G. Californium // Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (redaktorlar ). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd). Springer Science+Business Media. 2006. ISBN 978-1-4020-3555-5.
• Heiserman, David L. Element 98: Californium // Exploring Chemical Elements and their Compounds. TAB Books. 1992. ISBN 978-0-8306-3018-9.
• Jakubke, Hans-Dieter; Jeschkeit, Hans, redaktorlar Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Walter de Gruyter. 1994. ISBN 978-3-11-011451-5.
• Krebs, Robert. The History and Use of our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide. Greenwood Publishing Group. 2006. ISBN 978-0-313-33438-2.
• National Research Council (U.S.). Committee on Radiation Source Use and Replacement. Radiation Source Use and Replacement: Abbreviated Version. National Academies Press. 2008. ISBN 978-0-309-11014-3.
• O'Neil, Marydale J.; Heckelman, Patricia E.; Roman, Cherie B., redaktorlar The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (14th). Merck Research Laboratories, Merck & Co. 2006. ISBN 978-0-911910-00-1.
• Osborne-Lee, I. W.; Alexander, C. W. "Californium-252: A Remarkable Versatile Radioisotope". Oak Ridge Technical Report ORNL/TM-12706. 1995. doi:10.2172/205871.
• Ruiz-Lapuente, P.; Canal, R.; Isern, J. Thermonuclear Supernovae. Springer Science+Business Media. 1996. ISBN 978-0-7923-4359-2.
• Seaborg, Glenn T.; Loveland, Walter D. The Elements Beyond Uranium. John Wiley & Sons, Inc. 1990. ISBN 978-0-471-89062-1.
• Seaborg, Glenn T. Modern alchemy: selected papers of Glenn T. Seaborg. World Scientific. 1994. ISBN 978-981-02-1440-1.
• Seaborg, Glenn T. Adloff, J. P. (redaktor). One Hundred Years after the Discovery of Radioactivity. Oldenbourg Wissenschaftsverlag. 1996. ISBN 978-3-486-64252-0.
• Seaborg, Glenn T. Californium // Geller, Elizabeth (redaktor). Concise Encyclopedia of Chemistry. McGraw-Hill. 2004. səh. 94. ISBN 978-0-07-143953-4.
• Szwacki, Nevill Gonzalez; Szwacka, Teresa. Basic Elements of Crystallography. Pan Stanford. 2010. ISBN 978-981-4241-59-5.
• Weeks, Mary Elvira; Leichester, Henry M. 21: Modern Alchemy // Discovery of the Elements. Journal of Chemical Education. 1968. 848–850. ISBN 978-0-7661-3872-8. LCCN 68015217.

Xarici keçidlər

• Californium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• NuclearWeaponArchive.org – Californium
• Hazardous Substances Databank – Californium, Radioactive