Californiu

El californiu ye un metal actínido^[11] de color blancu platiáu con un puntu de fusión de 900 ± 30 °C y un puntu de bullidura envaloráu de 1745 °C.^[12] 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.^[13] 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.^[14] Forma aleaciones con metales lantánidos, anque se tienen poques conocencies sobre ello.^[13]

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.^[16] 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.^{[17][nota 3]}

El módulu de compresibilidad del californiu ye de 50 ± 5 GPa, que ye similar al de los metales lantánidos trivalentes pero menor que'l de la mayoría de los metales comunes, como'l del aluminiu (70 GPa).^[17]

El californiu puede tener valencia 2, 3 o 4.^[16] Créese que les sos propiedaes químiques son similares a les d'otros elementos actínidos de valencia 3+^[19] y a les del disprosiu, que ye'l lantánido asitiáu enriba del californiu na tabla periódica.^[20] L'elementu pierde rellumu amodo en contautu col aire a temperatura ambiente, tantu más rápidu cuanto más s'amonta'l mugor.^[16] 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.^{[16][nota 5]}

El californiu namái ye soluble n'agua na so forma de catión californiu (III). Los intentos d'amenorgamientu-oxidación del ion +3 en solución fracasaron.^[20] 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.^[19]

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.^[20] A pesar de que'l 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 seición tresversal de neutrones—.^[22]

El californiu-252 ye un fuerte emisor de neutrones, lo que lo convierte en desaxeradamente radiactivu y peligrosu.^[23][24][25] El 96,9% de les vegaes, el californiu-252 vese sometíu a desintegración alfa —que supón 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 permediu de 3,7 neutrones por cada fisión bonal.^[26] La mayor parte de los restantes isótopos se desintegran en curiu —con númberu atómicu 96— por aciu desintegración alfa.^[9]

 

Los 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.^[27] Foi'l sestu elementu transuránico en ser descubiertu; l'equipu anunció'l so descubrimientu'l 17 de marzu de 1950.^[28][29][30]

Pa producir californiu bombardiaron con partícules alfa de 35 MeV una muestra de curiu-242 del orde de los microgramos, nun ciclotrón de 1500 mm de diámetru en Berkeley, lo que produció como resultáu californiu-245 y un neutrón llibre (n).^[27]

242
96Cm + 4
2He → 245
98Cf + 1
0n

Nesti esperimentu solo produciéronse unos 5000 átomos de californiu^[31] que tuvieron una vida media de 44 minutos.^[27]

El descubridores punxeron nome al nuevu elementu por California y la 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 direutamente enriba d'ellos na tabla periódica.^{[32][nota 6]} Sicasí, l'elementu direutamente enriba del elementu 98 na tabla periódica, disprosiu, tien un nome que significa «malo de consiguir en» polo que los investigadores decidieron dexar a un llau el conveniu.^[34] Amestaron que «lo meyor que podemos faer ye señalar [que] ... los buscadores de va un sieglu atopaben difícil llegar a California».^[33]

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; estos resultaos fueron publicaos en 1954.^[35] Nestes muestres reparó l'alta tasa de fisión bonal del californiu-252. El primer esperimentu con californiu en forma concentrada tuvo llugar en 1958.^[27] Los isótopos de californiu ente 249 y 252 fueron aisllaos el mesmu añu a partir d'una muestra de plutoniu-239 que fuera irradiada con neutrones nun reactor nuclear mientres cinco años.^[11] 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.^[36]

El Reactor d'Isótopos d'Altu Fluxu (HFIR) del Llaboratoriu Nacional Oak Ridge empezó a producir pequeños llotes de californiu na década de 1960.^[37] En 1995, el HFIR producía 500 mg de californiu al añu.^[38] Pa la producción de californiu utilizóse plutoniu suministráu per Reinu Xuníu a los Estaos Xuníos sol Alcuerdu de defensa mutua ente los Estaos Xuníos y el Reinu Xuníu de 1958.^[39]

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^[26] y unviaron una media de 150 mg de californiu-252 cada añu dende 1970 hasta 1990.^{[40][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.^{[41][42][nota 8]}

 

Na Tierra esisten cantidaes bien pequeñes de californiu por cuenta de les reacciones de captura neutrónica y desintegración beta en depósitos uraníferos altamente concentraos.^[44][45] Pueden atopase traces de californiu cerca de les instalaciones qu'usen l'elementu en prospecciones minerales y en tratamientos médicos.^[46] 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.^[44]

Les pruebes nucleares atmosfériques anteriores a 1980 contribuyeron con pequeñes cantidaes de californiu al mediu ambiente.^[44] Reparáronse isótopos de californiu con númberos másicos 249, 252, 253 y 254 nel polvu radiactivo recoyíu del aire dempués d'una esplosión nuclear.^[47] 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.^[44]

Una vegada informóse de que s'había atopáu californiu nel espectro d'una supernova, pero darréu consideróse que la identificación foi incorreuta.^[48]

El californiu ye producíu en reactores nucleares y n'aceleradores de partícules.^[49] El californiu-250 produzse bombardiando 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 (β⁻) por aciu la siguiente reacción:^[50]

249
97Bk(n,γ)250
97Bk → 250
98Cf + β⁻

El bombardéu de californiu-250 con neutrones produz californiu-251 y californiu-252.^[50]

La irradiación enllargada d'americiu, curiu y plutoniu con neutrones produz miligramos de californiu-252 y microgramos de californiu-249.^[51] 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.^[52]

El californiu-252 alcuéntrase disponible pa usu comercial en cantidaes de miligramos al traviés de la Comisión Reguladora Nuclear d'Estaos Xuníos.^[49] Solu dos instalaciones producen californiu-252, el Llaboratoriu Nacional Oak Ridge n'Estaos Xuníos y l'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, respeutivamente.^[53]

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.^[53] 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—.

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

 

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.^[26] Esta propiedá fai que'l californiu seya útil como fonte inicial de neutrones pa dellos reactores nucleares^[16] y como fonte de neutrones portátil —non basada en reactor— nel analís per activación neutrónica pa detectar pequeñes cantidaes d'elementos en muestres.^{[56][nota 9]} Los neutrones del californiu son emplegaos pa tratar ciertos tipos de cáncer cervical y tumores cerebrales cuando otres téuniques de radioterapia nun resulten efectives.^[16] Foi usáu n'aplicaciones educatives dende 1969 cuando'l Institutu de Teunoloxía de Georgia recibió un préstamu de 119 µg de californiu-252 de la Savannah River Plant.^[58] 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 que'l californiu seya útil en preseos de detección como los escáneres de barres de combustible nuclear;^[16] radiografía neutrónica d'aeronaves y componentes d'armes pa detectar la escomiu, males soldadures, resquiebros y mugor acumulao;^[59] y en detectores de metales portátiles.^[60] 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^[20] y pa detectar el movimientu d'agua soterraño.^[61] 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%).^[62] 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.^[62]

El californiu-251 tien una masa crítico bien pequeña —unos 5 kg—,^[63] 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 bombardiando californiu con nucleos de boru.^[65] N'ochobre de 2006, investigadores del Institutu Central d'Investigaciones Nucleares en Dubná, Rusia anunciaron qu'identificaren tres átomos d'ununoctio —elementu 118— como resultáu de bombardiar 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.^[66][67][68]

El californiu se bioacumula nel texíu óseo y llibera radiación qu'ataya la capacidá del cuerpu pa producir glóbulos coloraos.^[69] L'elementu nun tien un rol biolóxicu en nengún organismu por cuenta del so radioactividá intensa y la baxa concentración nel mediu ambiente.^[46]

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. Aproximao'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 respeutivamente. El californiu na cadarma xuntar a la superficie del güesu enantes de migrar amodo a tol güesu.^[44]

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 rayu gamma. La radiación ionizante emitida pol californiu acumuláu nos güesos y el fégadu puede provocar cáncer.^[44]

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• NuclearWeaponArchive.org – Californium (n'inglés)
• Hazardous Substances Databank – Californium, Radioactive (n'inglés)
• WebElements.com – Californium (n'inglés)
• EnvironmentalChemistry.com – Californium (n'inglés)
• Los Alamos National Laboratory – Californium (n'inglés)