Faits sur Californium

Le Californium est un élément radioactif synthétique introuvable dans la nature. C'est un actinide: l'un des 15 éléments métalliques radioactifs trouvés en bas du tableau périodique. Le métal pur est blanc argenté, malléable et si doux qu'il peut être facilement tranché avec une lame de rasoir. Le Californium est modérément chimiquement réactif. Il se ternit lentement à l'air à température ambiante - de petits morceaux ou des feuilles de métal commencent à s'oxyder, mais pas violemment.

Juste les faits

• Numéro atomique (nombre de protons dans le noyau): 98
• Symbole atomique (sur le tableau périodique des éléments): Cf
• Poids atomique (masse moyenne de l'atome): 251
• Densité: inconnue
• Phase à température ambiante: solide
• Point de fusion: 1,652 F (900 C)
• Point d'ébullition: inconnu
• Nombre d'isotopes (atomes du même élément avec un nombre différent de neutrons): 20 isotopes dont les demi-vies sont connues avec des nombres de masse 237 à 256.
• Isotopes les plus courants: pas d'isotopes naturels

Tous les isotopes du californium sont radioactifs. Cf-251 est le plus stable avec une demi-vie d'environ 800 ans. L'isotope Cf-252 est un émetteur de neutrons très puissant, ce qui signifie qu'il a la propriété inhabituelle d'émettre des neutrons lors de sa rupture. Les isotopes qui se comportent de cette manière sont très inhabituels, selon Chemistry Explained. Le Cf-252 est utilisé dans une variété d'industries: applications militaires, détecteurs de métaux et comme moyen de détecter la fatigue et le stress des métaux dans les avions.

Découverte

En 1950, les scientifiques américains Stanley Thompson, Kenneth Street, Albert Ghiorso et Glenn Seaborg ont produit pour la première fois du californium dans un laboratoire de l'Université de Californie à Berkeley. C'était le sixième élément synthétique transuranium ("au-delà" de l'uranium) du groupe des actinides à être découvert. La découverte a eu lieu lorsque les chimistes ont bombardé le curium-242 avec des particules alpha (atomes d'hélium sans électrons) dans un accélérateur de particules cyclotron de 60 pouces, selon Chemicool.com.

Chaque réaction nucléaire a créé Cf-245 - un isotope avec une demi-vie d'environ 45 minutes - et un neutron libre. Les scientifiques ont produit environ 700 000 atomes de Cf-245, juste assez pour former un cube dont les côtés ne mesurent que 27 nanomètres, selon Chemicool. Après une analyse chimique, les scientifiques ont confirmé qu'un nouvel élément avait été découvert.

En 1958, le californium a été isolé en plus grande quantité (1,2 microgramme) pour la première fois par Thompson et le chercheur Burris Cunningham au réacteur d'essai de matériaux dans l'Idaho via une irradiation neutronique prolongée (cinq ans) du plutonium-239.

Les usages

Cf-252, un isotope du californium avec une demi-vie de 2,645 ans, est une source de neutrons très puissante. Un microgramme (0,000001 gramme) de Cf-252 produit 170 millions de neutrons par minute, selon Jefferson Lab. Cet isotope a une variété d'utilisations, notamment en tant qu'émetteur de neutrons, fournissant des neutrons pour le démarrage de réacteurs nucléaires. Il est également utilisé comme source de neutrons pour détecter les minerais d'or et d'argent grâce à une technique connue sous le nom d'activation neutronique. Il est utilisé dans les jauges d'humidité à neutrons, des appareils capables de détecter les couches d'eau et de pétrole dans les puits de pétrole, selon Jefferson Lab.

L'isotope Cf-252 est un matériau cible pour la production d'éléments transcaliforniens. Par exemple, l'élément 118, oganesson, l'élément le plus lourd, a été produit lorsque des scientifiques ont bombardé le californium avec des ions calcium, selon Chemicool. Le Cf-252 est également utilisé pour traiter le cancer du col de l'utérus et peut aider à analyser la teneur en soufre du pétrole.

Nouvelle recherche

Il y a encore tant à apprendre sur les éléments les plus lourds du tableau périodique, tels que le californium, le berkelium et l'einsteinium. Thomas E. Albrecht-Schmitt, professeur de chimie à la Florida State University et son groupe de recherche étudient les propriétés chimiques et physiques de ces éléments. Leur recherche sur la façon dont ils se lient avec d'autres éléments consiste à réécrire des manuels.

L'un des premiers problèmes de l'étude du californium, cependant, est d'en obtenir un morceau. Après des années de négociations avec le département américain de l'énergie, Albrecht-Schmitt a reçu 5 milligrammes de californium grâce à une dotation à l'université. Ces 5 mg se sont étendus à travers plusieurs expériences, menant à la découverte que le californium a la capacité de se lier et de séparer d'autres matériaux, selon un communiqué de presse de l'étude dans Science Daily..

Une des études d'Albrecht-Schmitt, publiée dans la revue Nature Communications, a révélé que le californium est un élément de transition, ce qui signifie qu'il permet de relier une partie du tableau périodique à la suivante. Plus précisément, le californium partage des propriétés avec les trois éléments actinides précédents du tableau - l'américium, le curium et le berkelium - ainsi que les trois actinides qui viennent après - einsteinium, fermium et mendelevium.

Les actinides sont constitués de 15 éléments métalliques radioactifs, de l'actinium (Ac, numéro atomique 89) au lawrencium (Lr, numéro atomique 103) dans le tableau périodique. Les membres les plus lourds sont extrêmement instables et ne se produisent pas naturellement.

"Nous avons découvert que le californium représente un endroit dans [la] série d'éléments actinides (Ac à Lr) où la chimie change fondamentalement par rapport aux actinides antérieurs", a déclaré Albrecht-Schmitt .

"En commençant au californium et en se renforçant par l'einsteinium, le fermium et le mendelevium, et finalement en maximisant au nobelium, l'état d'oxydation 2+ commence à dominer la chimie de ces éléments", a-t-il expliqué. "Pour le californium par le mendélévium, l'état 2+ est métastable, et cela crée des propriétés chimiques et physiques qui sont significativement affectées par le transfert de charge des ligands vers les métaux."

«Les physiciens appellent cela« instabilité de valence », et cela donne lieu à une foule de caractéristiques électroniques imprévues telles que des changements de liaison qui sont plus similaires aux métaux de transition qu’aux lanthanides.

Albrecht-Schmitt a noté que cette recherche est importante pour deux raisons: «Premièrement, le californium est l'élément le plus lourd pour lequel les propriétés chimiques et physiques en vrac peuvent être mesurées», explique-t-il. «Ses propriétés électroniques sont considérablement affectées par ses électrons internes se déplaçant à des facteurs significatifs de la vitesse de la lumière. Ainsi, le californium est un banc d'essai pour mesurer comment les effets relativistes modifient la chimie.

"Deuxièmement, si ces propriétés sont moins prononcées dans les actinides plus légers comme le plutonium, elles sont toujours présentes et peuvent être capitalisées dans les processus de séparation qui sont utilisés pour recycler le combustible nucléaire irradié et aider à atténuer l'héritage environnemental de la guerre froide", a-t-il déclaré..

Qui savait?

• Le californium est l'élément le plus lourd qui a été produit en quantités pesables.
• Le spectre de Cf-254 a été observé dans les supernovae.
• Le laboratoire national d'Oak Ridge au Tennessee est le seul producteur de Cf-252 pour le gouvernement américain.
• Le californium est considéré comme un élément transuranium, signifiant «au-delà de l'uranium», dans le tableau périodique. L'uranium est le numéro d'élément 92, donc les éléments avec un numéro atomique supérieur à 92 sont des éléments transuraniens.
• Le Cf-252 est utilisé pour traiter certains cancers du col de l'utérus et du cerveau lorsque les radiations sont inefficaces.
• Seuls quelques composés du californium ont été produits et étudiés, notamment l'oxyde de californium (CfO3), le trichlorure de californium (CfCl3) et l'oxychlorure de californium (CfOCl).