Fatti sul californio

Il californio è un elemento radioattivo sintetico che non si trova in natura. È un attinide: uno dei 15 elementi metallici radioattivi che si trovano nella parte inferiore della tavola periodica. Il metallo puro è bianco-argenteo, malleabile e così morbido che può essere facilmente tagliato con una lama di rasoio. Il californio è moderatamente chimicamente reattivo. Si appanna lentamente all'aria a temperatura ambiente - piccoli pezzi o lamine di metallo iniziano a ossidarsi, ma non violentemente.

Solo i fatti

• Numero atomico (numero di protoni nel nucleo): 98
• Simbolo atomico (sulla tavola periodica degli elementi): Cf
• Peso atomico (massa media dell'atomo): 251
• Densità: sconosciuta
• Fase a temperatura ambiente: solido
• Punto di fusione: 1.652 F (900 C)
• Punto di ebollizione: sconosciuto
• Numero di isotopi (atomi dello stesso elemento con un diverso numero di neutroni): 20 isotopi le cui emivite sono note con numeri di massa da 237 a 256.
• Isotopi più comuni: nessun isotopio naturale

Tutti gli isotopi del californio sono radioattivi. Cf-251 è il più stabile con un'emivita di circa 800 anni. L'isotopo Cf-252 è un emettitore di neutroni molto forte, il che significa che ha la proprietà insolita di emettere neutroni quando si rompe. Gli isotopi che si comportano in questo modo sono molto insoliti, secondo Chemistry Explained. Cf-252 è utilizzato in una varietà di settori: applicazioni militari, metal detector e come un modo per rilevare la fatica e lo stress del metallo negli aeroplani.

Scoperta

Nel 1950, gli scienziati americani Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso e Glenn Seaborg produssero per la prima volta il californio in un laboratorio dell'Università della California, a Berkeley. Era il sesto transuranio sintetico ("oltre" l'uranio) ad essere scoperto nel gruppo degli attinidi. La scoperta è avvenuta quando i chimici hanno bombardato il curio-242 con particelle alfa (atomi di elio senza elettroni) in un acceleratore di particelle di ciclotrone da 60 pollici, secondo Chemicool.com.

Ogni reazione nucleare ha creato Cf-245 - un isotopo con un'emivita di circa 45 minuti - e un neutrone libero. Gli scienziati hanno prodotto circa 700.000 atomi di Cf-245, quanto basta per creare un cubo con lati che misurano solo 27 nanometri, secondo Chemicool. Dopo un'analisi chimica, gli scienziati hanno confermato che era stato scoperto un nuovo elemento.

Nel 1958, il californio è stato isolato per la prima volta in quantità maggiori (1,2 microgrammi) da Thompson e dal ricercatore Burris Cunningham presso il Reattore di prova dei materiali in Idaho tramite irradiazione neutronica prolungata (cinque anni) del plutonio-239.

usi

Cf-252, un isotopo del californio con un'emivita di 2.645 anni, è una sorgente di neutroni molto forte. Un microgrammo (0,000001 grammi) di Cf-252 produce 170 milioni di neutroni al minuto, secondo Jefferson Lab. Questo isotopo ha una varietà di usi, compresa la funzione di emettitore di neutroni, fornendo neutroni per l'avvio di reattori nucleari. Viene anche utilizzato come sorgente di neutroni per rilevare i minerali d'oro e d'argento attraverso una tecnica nota come attivazione neutronica. Secondo Jefferson Lab, viene utilizzato negli indicatori di umidità dei neutroni, dispositivi in ​​grado di rilevare strati di acqua e petrolio nei pozzi petroliferi.

L'isotopo Cf-252 è un materiale bersaglio per la produzione di elementi transcalifornio. Ad esempio, l'elemento 118, oganesson, l'elemento più pesante, è stato prodotto quando gli scienziati hanno bombardato il californio con ioni calcio, secondo Chemicool. Cf-252 è anche usato per trattare il cancro cervicale e può aiutare ad analizzare il contenuto di zolfo del petrolio.

Nuova ricerca

C'è ancora così tanto da imparare sugli elementi più pesanti della tavola periodica, come il californio, il berkelio e l'einsteinio. Thomas E. Albrecht-Schmitt, professore di chimica alla Florida State University e il suo gruppo di ricerca studiano le proprietà chimiche e fisiche di questi elementi. La loro ricerca su come si legano ad altri elementi sta riscrivendo i libri di testo.

Uno dei primi problemi dello studio del californio, tuttavia, è effettivamente ottenerne una parte. Dopo anni di trattative con il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Albrecht-Schmitt ricevette 5 milligrammi di californio attraverso una dotazione all'università. Questi 5 mg hanno superato diversi esperimenti, portando alla scoperta che il californio ha la capacità di legarsi e separare altri materiali, secondo un comunicato stampa dello studio pubblicato su Science Daily.

Uno degli studi di Albrecht-Schmitt, pubblicato sulla rivista Nature Communications, ha rivelato che il californio è un elemento di transizione, il che significa che aiuta a collegare una parte della tavola periodica all'altra. In particolare, il californio condivide le proprietà con i tre precedenti elementi attinidi nella tabella - americio, curio e berkelio - così come i tre attinidi che vengono dopo - einsteinio, fermio e mendelevio.

Gli attinidi sono costituiti da 15 elementi metallici radioattivi, dall'attinio (Ac, numero atomico 89) al lawrencium (Lr, numero atomico 103) nella tavola periodica. I membri più pesanti sono estremamente instabili e non si presentano naturalmente.

"Abbiamo scoperto che il californio rappresenta un posto nella [la] serie di elementi attinidi (da Ac a Lr) dove la chimica cambia radicalmente rispetto ai precedenti attinidi", ha detto Albrecht-Schmitt .

"Partendo dal californio e rafforzandosi attraverso l'einsteinio, il fermio e il mendelevio, e infine massimizzando il nobelio, lo stato di ossidazione 2+ inizia a dominare la chimica di questi elementi", ha spiegato. "Per il californio attraverso il mendelevio, lo stato 2+ è metastabile e questo crea proprietà chimiche e fisiche che sono significativamente influenzate dal trasferimento di carica dai ligandi ai metalli".

"I fisici chiamano questa 'instabilità di valenza' e dà origine a una serie di caratteristiche elettroniche impreviste come i cambiamenti di legame che sono più simili ai metalli di transizione che ai lantanidi".

Albrecht-Schmitt ha osservato che questa ricerca è importante per due ragioni: "Primo, il californio è l'elemento più pesante per il quale è possibile misurare le proprietà chimiche e fisiche di massa", spiega. "Le sue proprietà elettroniche sono significativamente influenzate dai suoi elettroni interni che si muovono a fazioni significative della velocità della luce. Pertanto, il californio è un banco di prova per misurare come gli effetti relativistici alterano la chimica".

"In secondo luogo, mentre queste proprietà sono meno pronunciate negli attinidi più leggeri come il plutonio, sono ancora presenti e possono essere sfruttate nei processi di separazione utilizzati per riciclare il combustibile nucleare usato e aiutare a mitigare l'eredità ambientale della Guerra Fredda", ha detto..

Chi lo sapeva?

• Il californio è l'elemento più pesante che è stato prodotto in quantità pesabili.
• Lo spettro di Cf-254 è stato osservato nelle supernove.
• L'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee è l'unico produttore di Cf-252 per il governo degli Stati Uniti.
• Il californio è considerato un elemento transuranio, che significa "oltre l'uranio", nella tavola periodica. L'uranio è l'elemento numero 92, quindi gli elementi con numeri atomici superiori a 92 sono elementi transuranici.
• Cf-252 è usato per trattare alcuni tumori cervicali e cerebrali quando le radiazioni sono inefficaci.
• Sono stati prodotti e studiati solo pochi composti di californio, inclusi l'ossido di californio (CfO3), il tricloruro di californio (CfCl3) e l'ossicloruro di californio (CfOCl).