Californiu

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98
Cf
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla enantada
Californium.jpg
Un pequeñu discu de californiu ampliáu pa ver la so testura metálica
Información xeneral
Nome, símbolu, númberu Californiu, Cf, 98
Serie química Actínidos
Grupu, periodu, bloque n/a, 7, f
Configuración electrónica [Rn] 5f10 7s2 [1]
Durez Mohs 3–4 [2]
Electrones per nivel 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2
Propiedaes atómiques
Electronegatividá 1,3 [3] (Pauling)
Estáu(aos) d'oxidación 2, 3, 4 [4]
1.ª Enerxía d'ionización 608 [5] kJ/mol
Propiedaes físiques
Estáu ordinariu Sólidu
Densidá 15.100 [6] kg/m3
Puntu de fusión 1173 K (900 °C) [6]
Puntu d'ebullición 1743 K (1470 °C)[7]
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
N° CAS 7440-71-3
Isótopos más estables
Artículu principal: Isótopos del californiu
iso AN Periodu MD Ed PD
MeV
248Cf
249Cf
250Cf
251Cf
252Cf
253Cf
254Cf
Referencias de los isótopos: [8][9]
Valores nel SI y condiciones normales de presión y temperatura, sacante que se diga lo contrario.
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El californiu ye un elementu químicu radiactivu con símbolu Cf y númberu atómicu 98. Esti elementu foi llográu per primer vegada na Universidá de California en Berkeley en 1950 bombardeando curiu con partícules alfaiones de heliu-4—. Ye un elementu actínido, el sestu de los elementos transuránicos en ser sintetizáu, y tien la segunda mayor masa atómico de tolos elementos que fueron producíos en cantidaes abondo grandes pa ser vistu a simple vista, dempués del einsteniu. El nome del elementu deber a California y la Universidá de California. Ye l'elementu más pesáu que se produz na Tierra de forma natural; los elementos de mayor masa atómico solo pueden ser producíos por aciu síntesis.

Esisten dos estructures cristalines pal californiu a presión normal: una percima y otra per debaxo de los 900 °C. A altes presiones apaez una tercer forma. El californiu pierde'l so rellumu amodo en contactu col aire a temperatura ambiente. Los compuestos del californiu tienen na so mayoría una forma química del elementu, denominada californiu (III), que puede participar en trés enllaces químicos. De los venti isótopos conocíos del californiu, el más estable ye'l californiu-251, que tien una vida media de 898 años. Esta vida media tan curtia implica que nun s'atopen cantidaes significatives d'esti elementu na corteza terrestre.[nota 1] El californiu-252, con una vida media de 2,64 años, ye l'isótopu usáu más común y ye producíu nel Llaboratoriu Nacional Oak Ridge nos Estaos Xuníos y nel Institutu d'Investigación de Reactores Atómicos en Rusia.

El californiu ye unu de los pocos elementos transuránicos que tien aplicaciones práctiques. La mayor parte d'estes usen les propiedaes de ciertos isótopos del californiu pa emitir neutrones. Por casu, puede usase p'ayudar a encender reactores nucleares y como fonte de neutrones nel estudiu de materiales por aciu la difracción de neutrones y espectroscopía de neutrones. Tamién puede usase na síntesis nuclear d'elementos de mayor masa; el ununoctio —elementu 118— foi sintetizáu bombardeando átomos de californiu-249 con iones de calciu-48. Cuando se trabaya con californiu hai que tener en cuenta consideración radiolóxiques según la capacidá d'esti elementu p'atayar la producción de glóbulos coloraos por bioacumulación nel texíu óseo.

Característiques[editar | editar la fonte]

Propiedaes físiques[editar | editar la fonte]

El californiu ye un metal actínido[10] de color blancu plateado con un puntu de fusión de 900 ± 30 °C y un puntu de ebullición envaloráu de 1745 °C.[11] El metal puro ye maleable y puede ser cortáu fácilmente con una cuchiella d'afaitar. El californiu metálicu empieza a evaporarse percima de los 300 °C nel vacíu.[12] Per debaxo de 51 K (−220 °C) ye ferromagnético o ferrimagnético —actúa como un imán—, ente 48 y 66 K ye antiferromagnético —un estáu entemediu— y percima de los 160 K (−110 °C) ye paramagnético, polo que puede convertise en magnéticu gracies a campos magnéticos esternos.[13] Forma aleaciones con metales lantánidos, anque se tienen poques conocencies sobre ello.[12]

L'elementu tien dos formes cristalines a presión atmosférica: una forma doble-hexagonal compacta llamada alfa (α) y una forma cúbica centrada nes cares llamada beta (β).[nota 2] La forma α tien llugar per debaxo de los 900 °C con una densidá de 15,10 g/cm3 y la β dase percima de los 900 °C con una densidá de 8,74 g/cm3.[15] A 48 GPa de presión, la forma β camuda a un sistema cristalín ortorrómbico por cuenta de la deslocalización de los electrones 5f de los átomos, que ruempe los enllaces.[16][nota 3]

El módulu de compresibilidad del californiu ye de 50 ± 5 GPa, que ye similar al de los metales lantánidos trivalentes pero menor qu'el de la mayoría de los metales comunes, como'l del aluminiu (70 GPa).[16]

Propiedaes químiques y compuestos[editar | editar la fonte]

Compuestos representativos del californiu[10][nota 4]
Estáu Compuestu Fórmula Apariencia
+2 Bromuru de californiu (II) CfBr2 Mariellu
+2 Yoduro de californiu (II) CfI2 Violeta escuru
+3 Óxidu de californiu (III) Cf2O3 Mariellu verdoso
+3 Fluoruru de californiu (III) CfF3 Verde brillosu
+3 Cloruru de californiu (III) CfCl3 Verde esmeralda
+3 Yoduro de californiu (III) CfI3 Mariellu llimón
+4 Óxidu de californiu (IV) CfO2 Marrón escuro
+4 Fluoruru de californiu (IV) CfF4 Verde

El californiu puede tener valencia 2, 3 o 4.[15] Créese que les sos propiedaes químiques son similares a les d'otros elementos actínidos de valencia 3+[18] y a les del disprosiu, que ye'l lantánido asitiáu enriba del californiu na tabla periódica.[19] L'elementu pierde rellumu amodo en contactu col aire a temperatura ambiente, tantu más rápidu cuanto más s'amonta'l mugor.[15] El californiu reacciona cuando se calecer nun amiestu con hidróxenu, nitróxenu o un calcógeno —elementu de la familia del osíxenu—. Les reacciones con hidróxenu secu y con acedos minerales aguacientos son rápides.[15][nota 5]

El californiu namái ye soluble n'agua na so forma de catión californiu (III). Los intentos de amenorgamientu-oxidación del ion +3 en solución fracasaron.[19] L'elementu forma una solución soluble n'agua en forma de cloruru, nitratu, perclorato y sulfatu y bástiase en forma de fluoruru, oxalato o hidróxidu.[18]

Isótopos[editar | editar la fonte]

Caracterizáronse 20 radioisótopos del californiu. Los más estables son: el californiu-251, con una vida media de 898 años; el californiu-249, con una vida media de 351 años; el californiu-250, con una vida media de 13,08 años; y el californiu-252, que tien una vida media de 2,645 años.[9] El restu de los isótopos tienen vides medies menores a un añu, nun llegando la mayoría d'elles a 20 minutos.[9] El númberu másico de los isótopos del californiu atopar nun rangu ente 237 y 256.[9]

El californiu-249 formar a partir de la desintegración beta del berkeliu-249 ente qu'otros isótopos del californiu son formaos sometiendo al berkeliu a radiaciones de neutrones intenses nun reactor nuclear.[19] A pesar de qu'el californiu-251 ye l'isótopu cola mayor vida media, el so rendimientu de producción ye de namái un 10% por cuenta del so enclín a recoyer neutrones —alta captura neutrónica— y el so enclín a interactuar con otres partícules elevada sección tresversal de neutrones—.[21]

El californiu-252 ye un fuerte emisor de neutrones, lo que lo convierte en desaxeradamente radiactivu y peligrosu.[22][23][24] El 96,9% de les vegaes, el californiu-252 vese sometíu a desintegración alfa —que supon la perda de dos protones y dos neutrones— pa formar curiu-248, ente que el 3,1% restante de les desintegraciones son fisiones bonales.[9] Un microgramu (µg) de californiu-252 emite 2,3 millones de neutrones per segundu, un promediu de 3,7 neutrones por cada fisión bonal.[25] La mayor parte de los restantes isótopos se desintegran en curiu —con númberu atómicu 96— por aciu desintegración alfa.[9]

Hestoria[editar | editar la fonte]

El ciclotrón de 1500 mm de diámetru usáu pa sintetizar californiu per primer vegada.

El investigadores de física Stanley G. Thompson, Kenneth Street, Jr., Albert Ghiorso y Glenn T. Seaborg sintetizaron per primer vegada californiu na Universidá de California, Berkeley alredor del 9 de febreru de 1950.[26] Foi'l sestu elementu transuránico en ser descubiertu; l'equipu anunció'l so descubrimientu'l 17 de marzu de 1950.[27][28][29]

Pa producir californiu bombardearon con partícules alfa de 35 MeV una amuesa de curiu-242 del orde de los microgramos, nun ciclotrón de 1500 mm de diámetru en Berkeley, California, lo que produció como resultáu californiu-245 y un neutrón llibre (n).[26]

242
96
Cm + 4
2
He → 245
98
Cf + 1
0
n

Nesti esperimentu solo produciéronse unos 5000 átomos de californiu[30] que tuvieron una vida media de 44 minutos.[26]

El descubridores punxeron nome al nuevu elementu por California y l'Universidá de California. Al poner esti nome rompieron el conveniu que s'usó pa nomar los elementos del 95 al 97, que s'inspiraron nel nome de los elementos directamente enriba d'ellos na tabla periódica.[31][nota 6] Sicasí, l'elementu directamente enriba del elementu 98 na tabla periódica, disprosiu, tien un nome que significa «malo de consiguir en» polo qu'el investigadores decidieron dexar a un llau el conveniu.[33] Amestaron que «lo meyor que podemos faer ye señalar [que] ... el buscadores de va un sieglu atopaben difícil llegar a California».[32]

La primer vegada que se llograron cantidaes apreciables de californiu fueron producíes por aciu la irradiación de plutoniu nel reactor d'ensayos con materiales del Llaboratoriu Nacional de Idaho; estes resultancies fueron publicaos en 1954.[34] Nestes amueses reparó l'alta tasa de fisión bonal del californiu-252. El primer esperimentu con californiu en forma concentrada tuvo llugar en 1958.[26] Los isótopos de californiu ente 249 y 252 fueron aisllaos el mesmu añu a partir d'una amuesa de plutoniu-239 que fuera irradiada con neutrones nun reactor nuclear mientres cinco años.[10] Dos años más tarde, en 1960, Burris Cunningham y James Wallman del Lawrence Berkeley National Laboratory de la Universidá de California crearon los primeres compuestos de californiu: tricloruru de californiu, oxicloruru de californiu y óxidu de californiu, tratándolo con vapor y ácidu clorhídricu.[35]

El Reactor d'Isótopos d'Altu Fluxu (HFIR) del Llaboratoriu Nacional Oak Ridge empezó a producir pequeños llotes de californiu na década de 1960.[36] En 1995, el HFIR producía 500 mg de californiu al añu.[37] Pa la producción de californiu utilizóse plutoniu suministráu per Reinu Uníu a los Estaos Xuníos sol Alcuerdu de defensa mutua ente los Estaos Xuníos y el Reinu Uníu de 1958.[38]

La Comisión d'Enerxía Atómica d'Estaos Xuníos vendió californiu-252 a veceros industriales y académicos a principios de la década de 1970 por 10 dólares el microgramu[25] y unviaron una media de 150 mg de californiu-252 cada añu dende 1970 hasta 1990.[39][nota 7] El californiu metálicu foi preparáu per primer vegada en 1974 por Haire y Baybarz quien amenorgaron óxidu de californiu (III) con lantanu metálicu pa llograr unes películes grueses d'unos miligramos.[40][41][nota 8]

Esistencia[editar | editar la fonte]

Les pruebes nucleares contaminaron el mediu ambiente con traces de californiu. Na imaxe, prueba nuclear Baker (1946).

Na Tierra esisten cantidaes bien pequeñes de californiu por cuenta de les reacciones de captura neutrónica y desintegración beta en depósitos uraníferos altamente concentraos.[43][44] Pueden atopase traces de californiu cerca de les instalaciones qu'usen l'elementu en prospecciones minerales y en tratamientos médicos.[45] L'elementu ye bastante insoluble n'agua, pero xuntar con facilidá al suelu, y les concentraciones nel suelu pueden ser 500 vegaes más altes que na agua qu'arrodia les partícules del suelu.[43]

Les pruebes nucleares atmosfériques anteriores a 1980 contribuyeron con pequeñes cantidaes de californiu al mediu ambiente.[43] Reparáronse isótopos de californiu con númberos másicos 249, 252, 253 y 254 nel polvu radiactivo recoyíu del aire dempués d'una esplosión nuclear.[46] El californiu nun ye unu de los principales radionucléidos nes instalaciones heredaes pol Departamentu d'Enerxía de los Estaos Xuníos yá que nun foi producíu en grandes cantidaes.[43]

Una vegada informóse de que s'había atopáu californiu nel espectro d'una supernova, pero darréu consideróse que la identificación foi incorrecta.[47]

Producción[editar | editar la fonte]

El californiu ye producíu en reactores nucleares y en acelerador de partícules aceleradores de partícules.[48] El californiu-250 produzse bombardeando berkeliu-249 con neutrones, que forma berkeliu-250 por aciu captura neutrónica (n,γ) y este, de la mesma, tresfórmase rápido en californiu-250 por desintegración beta) por aciu la siguiente reacción:[49]

249
97
Bk(n,γ)250
97
Bk → 250
98
Cf + β

El bombardéu de californiu-250 con neutrones produz californiu-251 y californiu-252.[49]

La irradiación enllargada de americiu, curiu y plutoniu con neutrones produz miligramos de californiu-252 y microgramos de californiu-249.[50] A partir de 2006, irrádiense los isótopos de curiu ente 244 y 248 con neutrones en reactores especiales pa producir principalmente californiu-252 con cantidaes menores d'isótopos ente 249 y 255.[51]

El californiu-252 alcuéntrase disponible pa usu comercial en cantidaes de miligramos al traviés de la Comisión Reguladora Nuclear d'Estaos Xuníos.[48] Solu dos instalaciones producen californiu-252, el Llaboratoriu Nacional Oak Ridge n'Estaos Xuníos y el Institutu d'Investigación de Reactores Atómicos en Rusia. A partir de 2003, estos dos sitios producen 0.25 g y 0.025 g de californiu-252 per añu, respectivamente.[52]

Prodúcense tres isótopos de californiu con vides medies significatives. Mientres el procesu de producción el uraniu-238 rique 15 captures de neutrones ensin producise la fisión nuclear o la desintegración alfa.[52] El californiu-253 llógrase a la fin de la cadena de producción qu'empieza con uraniu-238, inclúi dellos isótopo de plutoniu, americiu, curiu, berkeliu y los isótopos de californiu ente 249 y 253 —ver la diagrama—.

Cf 252 Produktion es.png
Esquema de producción del californiu-252 a partir d'uraniu-238 por irradiación de neutrones.

Aplicaciones[editar | editar la fonte]

Un contenedor de 50 tonelaes construyíu nel Llaboratoriu Nacional Oak Ridge que puede tresportar hasta 1 gramu de 252Cf.[53] Precísense contenedores grandes y fuertemente blindaos pa evitar la lliberación de material altamente radiactivo en casu d'accidente.[54]

El californiu-252 tien aplicaciones especializaes como un fuerte emisor de neutrones y cada microgramu de californiu puru produz 139 millones de neutrones per minutu.[25] Esta propiedá fai qu'el californiu sía útil como fonte inicial de neutrones pa dellos reactores nucleares[15] y como fonte de neutrones portátil —non basada en reactor— nel analís per activación neutrónica pa detectar pequeñes cantidaes d'elementos n'amueses.[55][nota 9] Los neutrones del californiu son emplegaos pa tratar ciertos tipos de cáncer cervical y tumores cerebrales cuando otres técniques de radioterapia nun resulten efectives.[15] Foi usáu n'aplicaciones educacionales dende 1969 cuando'l Institutu de Tecnoloxía de Xeorxa recibió un préstamu de 119 µg de californiu-252 de la Savannah River Plant.[57] Tamién s'utiliza en analizador de carbón analizador de carbón y analizadores de materiales a granel na industria del carbón y el cementu.

La penetración de los neutrones nos materiales fai qu'el californiu sía útil en preseos de detección como los escáneres de barres de combustible nuclear;[15] radiografía neutrónica d'aeronaves y componentes d'armes pa detectar la escomiu, males soldadures, resquiebros y mugor acumulao;[58] y en detectores de metales portátiles.[59] Los mididor de mugor de neutrones mididores de mugor de neutrones usen californiu-252 p'atopar agua y capes de petroleu nos pozos de petroleu, como fuente portátil de neutrones nes prospecciones d'oru y plata pal analís in situ[19] y pa detectar el movimientu d'agua soterraño.[60] Los principales usos del californiu-252 en 1982 yeren, n'orde d'usu: puesta en marcha de reactores (48,3%), escáneres de barres de combustible nuclear (25,3%) y analís per activación (19,4%).[61] En 1994 la mayoría del californiu-252 yera usáu en radiografía neutrónica (77,4%); los escáneres de barres de combustible nuclear (12,1%) y la puesta en marcha de reactores (6,9%) teníen importancia pero ocupaben usos secundarios.[61]

El californiu-251 tien una masa crítico bien pequeña —unos 5 kg—,[62] ye bien letal y nun curtiu periodu de tiempu vuelve tóxicu'l mediu ambiente. Esto dio llugar a delles afirmaciones esaxeraes sobre los posibles usos del elementu.[nota 10]

El californiu tamién foi usáu pa producir otros elementos transuránicos; por casu, el lawrencio foi sintetizáu per primer vegada en 1961 bombardeando californiu con núcleos de boro.[64] N'ochobre de 2006, investigadores del Institutu Central d'Investigaciones Nucleares en Dubná, Rusia anunciaron qu'identificaren tres átomos de ununoctio —elementu 118— como resultáu de bombardear californiu-249 con calciu-48, produciendo l'elementu más pesáu que se consiguió sintetizar. L'esperimentu contenía unos 10 mg de californiu-249 depositaos nun papel de titaniu de 32 cm2 d'área.[65][66][67]

Precuros[editar | editar la fonte]

El californiu se bioacumula nel texíu óseo y llibera radiación qu'ataya la capacidá del cuerpu pa producir glóbulos coloraos.[68] L'elementu nun tien un rol biolóxicu en nengún organismu por cuenta del so radiactividad intensa y la baxa concentración nel mediu ambiente.[45]

Puede entrar nel cuerpu pola ingestión de comíes o bébores contaminaes o por alendar aire con partícules suspendíes d'esti elementu. Una vegada nel cuerpu, solo'l 0,05% del californiu va algamar la riega sanguínea. Aprosimao'l 65% d'esti californiu va ser depositáu na cadarma, el 25% nel fégadu y el restu n'otros órganos o escretáu, principalmente na orina. La metá del californiu depositáu na cadarma y nel fégadu sume en 50 y 20 años respectivamente. El californiu na cadarma xuntar a la superficie del güesu enantes de migrar amodo a tol güesu.[43]

L'elementu ye más peligrosu si alcuéntrase dientro del cuerpu. Amás, el californiu-249 y el californiu-251 pueden causar daños nos texíos esternos pola emisión de rayo gamma. La radiación ionizante emitida pol californiu acumuláu nos güesos y el fégadu puede provocar cáncer.[43]

Notes[editar | editar la fonte]

  1. La Tierra formóse fai unos 4540 millones d'años y el grau d'emisión natural de neutrones que pueden producir los isótopos más estables del californiu ye bien llindáu.
  2. Una celda unitaria doble-hexagonal compacta (dhcp) consiste en dos estructures hexagonales compactes que comparten un planu hexagonal, dando a la dhcp una secuencia ABACABAC.[14]
  3. Los trés elementos transplutónicos de menor masa −americiu, curiu y berkeliu- riquen una presión enforma menor pa deslocalizar los sos electrones 5f.[16]
  4. Los otros estaos d'oxidación +3 inclúin el sulfuru y el metaloceno.[17] Los compuestos que tán nel estáu d'oxidación +4 son axentes oxidantes fuertes y aquellos que tán nel estáu +2 son axentes reductores fuertes.[10]
  5. Namá'l californiu-249 ye afechu pa estudios químicos.[20]
  6. El europiu, nel periodu 6, asitiáu enriba del elementu 95, foi nomáu debíu al continente nel que foi descubiertu, asina que l'elementu 95 foi nomáu americiu. L'elementu 96 foi nomáu por Marie Curie y Pierre Curie como análogu a la denominación de gadoliniu, que foi nomáu pol científicu ya inxenieru Johan Gadolin. El terbiu foi nomáu por cuenta de la ciudá na que foi descubiertu, asina que l'elementu 97 foi nomáu berkeliu.[32]
  7. La Comisión Reguladora Nuclear d'Estaos Xuníos (NRC) reemplazó a la Comisión d'Enerxía Atómica cuando s'enllantó la Llei de Reorganización d'Enerxía de 1974. El preciu del californiu-252 foi aumentáu delles vegaes pola NRC y en 1999 costaba 60 dólares per microgramu. Esti preciu nun incluyía'l costu de encapsulación y tresporte.[25]
  8. En 1975, otru documentu indicaba que'l metal de californiu preparáu l'añu anterior fuera'l compuestu hexagonal Cf2O2S y el compuestu cúbicu centráu nes cares CfS.[42] El trabayu de 1974 foi confirmáu en 1976 y siguieron investigando esti metal.[40]
  9. En 1990, el californiu-252 yá sustituyera a les fontes de neutrones de plutoniu-beriliu por cuenta del so menor tamañu y menor xeneración de calor y gas.[56]
  10. Un artículu tituláu «Verdaes y mentires de la Tercer Guerra Mundial» nel númberu de xunetu de 1961 de la revista Popular Science, dicía «Una bomba atómica de californiu nun precisa ser más grande qu'una bala de pistola. Puede construyise una pistola de seis tiros que dispare bales qu'esploten al contactu con una fuerza de 10 tonelaes de TNT.»[63]

Referencies[editar | editar la fonte]

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Bibliografía[editar | editar la fonte]

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]

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