Fakten über Californium

Californium ist ein synthetisches, radioaktives Element, das in der Natur nicht vorkommt. Es ist ein Aktinid: eines von 15 radioaktiven metallischen Elementen am unteren Rand des Periodensystems. Das reine Metall ist silberweiß, formbar und so weich, dass es leicht mit einer Rasierklinge geschnitten werden kann. Californium ist chemisch mäßig reaktiv. Bei Raumtemperatur läuft es langsam an der Luft an - kleine Metallstücke oder -folien beginnen zu oxidieren, jedoch nicht heftig.

Nur die Fakten

• Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 98
• Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Vgl
• Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 251
• Dichte: Unbekannt
• Phase bei Raumtemperatur: Fest
• Schmelzpunkt: 900 ° C
• Siedepunkt: Unbekannt
• Anzahl der Isotope (Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen): 20 Isotope, deren Halbwertszeiten mit den Massenzahlen 237 bis 256 bekannt sind.
• Häufigste Isotope: Keine natürlich vorkommenden Isotope

Alle kalifornischen Isotope sind radioaktiv. Cf-251 ist mit einer Halbwertszeit von etwa 800 Jahren am stabilsten. Das Isotop Cf-252 ist ein sehr starker Neutronenemitter, was bedeutet, dass es die ungewöhnliche Eigenschaft hat, Neutronen abzugeben, wenn es zerbricht. Isotope, die sich auf diese Weise verhalten, sind laut Chemistry Explained sehr ungewöhnlich. Cf-252 wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt: Militäranwendungen, Metalldetektoren und zur Erkennung von Metallermüdung und -belastung in Flugzeugen.

Entdeckung

1950 produzierten die amerikanischen Wissenschaftler Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso und Glenn Seaborg erstmals Kalifornien in einem Labor an der University of California in Berkeley. Es war das sechste synthetische Transuranelement ("jenseits von" Uran) in der Actinidgruppe, das entdeckt wurde. Die Entdeckung erfolgte, als die Chemiker laut Chemicool.com Curium-242 mit Alpha-Partikeln (Heliumatomen ohne Elektronen) in einem 60-Zoll-Zyklotron-Partikelbeschleuniger bombardierten.

Jede Kernreaktion erzeugte Cf-245 - ein Isotop mit einer Halbwertszeit von etwa 45 Minuten - und ein freies Neutron. Die Wissenschaftler produzierten rund 700.000 Atome Cf-245, gerade genug, um laut Chemicool einen Würfel mit nur 27 Nanometern großen Seiten herzustellen. Nach einer chemischen Analyse bestätigten die Wissenschaftler, dass ein neues Element entdeckt worden war.

1958 wurde California erstmals von Thompson und dem Forscher Burris Cunningham am Materials Testing Reactor in Idaho durch längere (fünf Jahre) Neutronenbestrahlung von Plutonium-239 in größeren Mengen (1,2 Mikrogramm) isoliert.

Verwendet

Cf-252, ein kalifornisches Isotop mit einer Halbwertszeit von 2,645 Jahren, ist eine sehr starke Neutronenquelle. Ein Mikrogramm (0,000001 Gramm) Cf-252 produziert laut Jefferson Lab 170 Millionen Neutronen pro Minute. Dieses Isotop kann vielfältig eingesetzt werden, unter anderem als Neutronenemitter, der Neutronen für den Start von Kernreaktoren liefert. Es wird auch als Neutronenquelle verwendet, um Gold- und Silbererze durch eine als Neutronenaktivierung bekannte Technik nachzuweisen. Laut Jefferson Lab wird es in Neutronenfeuchtemessgeräten verwendet, die wasser- und ölhaltige Schichten in Ölquellen erkennen können.

Das Isotop Cf-252 ist ein Zielmaterial zur Herstellung von transkalifornischen Elementen. Zum Beispiel wurde Element 118, Oganesson, das schwerste Element, hergestellt, als Wissenschaftler laut Chemicool Kalifornien mit Calciumionen bombardierten. Cf-252 wird auch zur Behandlung von Gebärmutterhalskrebs verwendet und kann bei der Analyse des Schwefelgehalts von Erdöl helfen.

Neue Forschung

Es gibt noch so viel über die schwersten Elemente im Periodensystem wie Kalifornien, Berkelium und Einsteinium zu lernen. Thomas E. Albrecht-Schmitt, Professor für Chemie an der Florida State University, und seine Forschungsgruppe untersuchen die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Elemente. Ihre Forschung darüber, wie sie sich mit anderen Elementen verbinden, schreibt Lehrbücher neu.

Eines der ersten Probleme beim Studium in Kalifornien ist es jedoch, tatsächlich ein Stück davon zu bekommen. Nach jahrelangen Verhandlungen mit dem US-Energieministerium erhielt Albrecht-Schmitt durch eine Stiftung der Universität 5 Milligramm Kalifornien. Diese 5 mg haben mehrere Experimente durchlaufen und zu der Entdeckung geführt, dass Kalifornien die Fähigkeit besitzt, sich mit anderen Materialien zu verbinden und diese zu trennen, so eine Pressemitteilung der Studie in Science Daily.

Eine der in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studien von Albrecht-Schmitt ergab, dass Kalifornien ein Übergangselement ist, was bedeutet, dass es dabei hilft, einen Teil des Periodensystems mit dem nächsten zu verbinden. Insbesondere teilt Kalifornien Eigenschaften mit den drei vorherigen Aktinidenelementen in der Tabelle - Americium, Curium und Berkelium - sowie den drei darauf folgenden Aktiniden - Einsteinium, Fermium und Mendelevium.

Die Aktiniden bestehen aus 15 radioaktiven metallischen Elementen, von Aktinium (Ac, Ordnungszahl 89) bis Lawrencium (Lr, Ordnungszahl 103) im Periodensystem. Die schwereren Elemente sind extrem instabil und kommen nicht auf natürliche Weise vor.

"Wir haben entdeckt, dass Kalifornien einen Ort in der Reihe der Aktinidenelemente (Ac bis Lr) darstellt, an dem sich die Chemie im Vergleich zu den früheren Aktiniden grundlegend ändert", sagte Albrecht-Schmitt .

"Beginnend in Kalifornien und Stärkung durch Einsteinium, Fermium und Mendelevium und schließlich Maximierung bei Nobelium beginnt der Oxidationszustand 2+ die Chemie dieser Elemente zu dominieren", erklärte er. "Für Kalifornien durch Mendelevium ist der 2+ -Zustand metastabil, und dies erzeugt chemische und physikalische Eigenschaften, die durch den Ladungstransfer von den Liganden zu den Metallen erheblich beeinflusst werden."

"Physiker nennen dies 'Valenzinstabilität' und es entstehen eine Vielzahl unerwarteter elektronischer Merkmale wie Bindungsänderungen, die Übergangsmetallen ähnlicher sind als Lanthaniden."

Albrecht-Schmitt bemerkte, dass diese Forschung aus zwei Gründen wichtig ist: "Erstens ist Kalifornien das schwerste Element, an dem chemische und physikalische Eigenschaften gemessen werden können", erklärt er. "Seine elektronischen Eigenschaften werden erheblich von seinen inneren Elektronen beeinflusst, die sich mit erheblichen Lichtgeschwindigkeitsfraktionen bewegen. Somit ist Kalifornien ein Prüfstand, um zu messen, wie relativistische Effekte die Chemie verändern."

"Zweitens sind diese Eigenschaften bei leichteren Aktiniden wie Plutonium zwar weniger ausgeprägt, sie sind jedoch immer noch vorhanden und können bei Trennprozessen genutzt werden, mit denen gebrauchte Kernbrennstoffe recycelt und das ökologische Erbe des Kalten Krieges gemindert werden", sagte er.

Wer wusste?

• Californium ist das schwerste Element, das in abwägbaren Mengen hergestellt wurde.
• Das Spektrum von Cf-254 wurde in Supernovae beobachtet.
• Das Oak Ridge National Laboratory in Tennessee ist der einzige Hersteller von Cf-252 für die US-Regierung.
• Californium wird im Periodensystem als Transuranelement angesehen, was "jenseits von Uran" bedeutet. Uran ist die Elementnummer 92, daher sind Elemente mit Ordnungszahlen über 92 Transuranelemente.
• Cf-252 wird zur Behandlung einiger Gebärmutterhals- und Gehirnkrebserkrankungen angewendet, wenn die Bestrahlung unwirksam ist.
• Es wurden nur wenige Verbindungen von Kalifornium hergestellt und untersucht, darunter Kaliforniumoxid (CfO3), Kaliforniumtrichlorid (CfCl3) und Kaliforniumoxychlorid (CfOCl)..