№98 Калифорний   

История открытия:

Этот трансурановый элемент впервые был получен в феврале 1950 г. бомбардировкой микрограммовых количеств кюрия α-частицами. Честь его открытия принадлежит Томпсону, Стриту, Гиорсо и Сиборгу. Элемент, идентифицированный на ничтожном количестве исследуемого материала (около 5000 атомов), назван по имени штата Калифорния, в университете которого он был открыт.
Первые микрограмовые количества твёрдых соединений калифорния — ²⁴⁹Cf₂O₃ и ²⁴⁹CfOCl были получены в 1958 году.

Нахождение в природе и получение:

Калифорний практически отсутствует в природной среде, и синтезируется в ядерных реакциях. Впервые калифорний был получен при облучении a-частицами изотопа кюрия-247, в соответствии с реакцией:
²⁴²₉₆Cm + ⁴₂He = ²⁴⁵₉₈Cf + ¹₀n
Для производства 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. Сырьем для получения калифорния могут служить и изотопы берклия, например:
²⁴⁸₉₇Bk + ¹₀n => ²⁴⁹₉₇Bk => ²⁴⁹₉₈Cf + b ^-
Большую сложность представляет выделение соединений калифорния из образующейся при этом смеси изотопов различных элементов, особенно отделение его от очень похожих соединений америция. Разделение может быть достигнуто путем обработки озоном суспензии их гидроксидов в водном растворе бикарбоната натрия, калифорний при этом остается в степени окислению +3, а америций окисляется до растворимых комплексов Cf(IV).
Как и многие другие актиноиды, металлический калифорний получают восстановлением фторида или оксида калифорния(III) металлами, например: Cf₂O₃ +3Сa = 2Cf + 3CaO

Физические свойства:

Калифорний - металл серебристо-белого цвета, ковкий, образец легко разрезается бритвенным лезвием. За счёт собственного a-излучения выделяет так много энергии, что без дополнительного охлаждения постепенно плавится при комнатной температуре. Отмечается высокая летучесть металла, в вакууме он начинает заметно испаряться при температуре выше 300°C. Температура плавления - 900°C. Температура кипения - 1227°С.
Известно около 20 изотопов калифорния с массовыми числами 237-256. Наиболее долгоживущим являются ²⁵¹Cf имеющий период полураспада 898 лет, ²⁴⁹Cf - период полураспада 351 год. Чаще всего используется изотоп ²⁵²Cf (T_1/2 = 2,65 года).
Основной вид (97%) радиоактивного распада калифорния-252 - это альфа-распад с образованием изотопов кюрия, например: ²⁵²Cf = ²⁴⁸Cm + ⁴₂He. Остальные 3% распадов приходятся на спонтанное деление, в каждом акте которого образуется наряду с осколками 3-4 нейтрона. Это делает калифорний мощным источником нейтронов и обуславливает его низкую критическую массу (около 5 кг).

Химические свойства:

Калифорний медленно тускнеет на воздухе при комнатной температуре, причем скорость увеличивается при добавлении влаги. Калифорний реагирует при нагревании с водородом , азотом или халькогенами; быстрее протекают реакции с сухим водородом и водными минеральными кислотами.
Растворяется в соляной и азотной кислотах, с образованием солей калифорния(III)
В соединениях наиболее устойчива степень окисления +3, получены также некоторые соединения в степенях окисления +2, +4.

Важнейшие соединения:

Синтезированы оксиды калифорния: Cf₂O₃ и, при его нагревании в кислороде под давлением 10МПа, CfO₂. Это вещества нерастворимые в воде и взаимодействующие с кислотами с образованием солей. Галогениды калифорния — CfX₃ (X — атом галогена), оксигалогениды — CfOX, твёрдый дииодид калифорния CfI₂. В водных растворах калифорний существует только в форме катиона Cf³⁺, известны водорастворимые соли хлорид , нитрат , перхлорат и сульфат калифорния(III). Реакциями обмена из растворов осаждают нерастворимые фторид, оксалат или гидроксид. Попытки восстановить или окислить катион +3 в растворе потерпели неудачу.

Применение:

Наибольшее применение нашёл изотоп ²⁵²Cf. Он используется как мощный источник нейтронов для запуска ядерных реакторов, в нейтронно-активационном анализе, в лучевой терапии опухолей.
Кроме того, как мощный источник нейтронов калифорний применяется в сканерах твэлов; нейтронная радиография самолетов и компонентов оружия для обнаружения коррозии , плохих сварных швов, трещин и захваченной влаги и в переносных металлоискателях. Нейтронные датчики влажности используют калифорний-252 для поиска слоев воды и нефти в нефтяных скважинах, в качестве переносного источника нейтронов при поиске золота и серебра для анализа на месте и для обнаружения движения грунтовых вод.
Калифорний также используется для синтеза других химических элементов, в частности, мишени из калифорния применялись при синтезе элемента №103 Лоуренсия и элемента №118 Оганессона. Изотоп ²⁵²Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер.
Более широкому применению калифорния мешает то, что он является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа ²⁵²Cf составляет около 250 млн. долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 20–40 микрограммов, а общий мировой запас не превышает 8 граммов.

Кроме того соединения элемента обладают высокой радиотоксичностью. При попадании в организм калифорний аккумулируется в костях и в печени. Ионизирующее излучение, испускаемое калифорнием, может вызвать рак и нарушить механизм образования эритроцитов.