عنصر الكاليفورنيوم هو أحد العناصر الكيميائية برمز Cf والرقم الذري 98 ويتواجد في الجدول الدوري، كما ويُصنف الكاليفورنيوم باعتباره أكتينيد، وهو على صورة مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
اكتشاف عنصر الكاليفورنيوم
لقد تم إنتاج عنصر الكاليفورنيوم لأول مرة بواسطة ستانلي جي طومسون وجلين تي سيبورج وكينيث ستريت جونيور وألبرت غيورسو في جامعة كاليفورنيا في بيركلي في عام 1950 ميلادي، وقد قاموا بقصف ذرات نظير الكوريوم 242 بأيونات الهيليوم باستخدام جهاز يعرف باسم سيكلوترون، وأنتجت هذه العملية ذرات من نظير الكاليفورنيوم 245 وهو نظير بعمر نصف يبلغ حوالي 45 دقيقة ونيوترون حر.
لقد تم إنتاج عنصر الكاليفورنيوم وهو سادس عنصر عبر اليورانيوم يتم اكتشافه، عن طريق عملية قذف كميات ميكروغرام من نظير الكوريوم 242 مع 35 ميغا إلكترون فولت من أيونات الهليوم في بيركلي 60 بوصة تسعير السيكلوترون، مما أدى إلى إنتاج نظير (244Cf).
نظرًا لأن متماثل اللانثانيد في الكاليفورنيوم (المقصود عنصر الديسبروسيوم) له حالة ثلاثية التكافؤ مستقرة في محلول مائي، كان من المتوقع أن يظهر الكاليفورنيوم حالة ثلاثية التكافؤ مستقرة أيضًا، وسمح هذا التنبؤ الدقيق بعملية الفصل الكروماتوغرافي الناجح للكاليفورنيوم عن عناصر الأكتينيدات الأخرى ولتحديده القاطع.
لا يوجد الكاليفورنيوم بشكل طبيعي في القشرة الأرضية، حيث أنه تم تصنيعه لأول مرة في عام 1950 ميلادي، بواسطة جلين تي سيبورج وفريقه في جامعة كاليفورنيا باستخدام تفاعل نظير الكوريوم 242 (4He، n) 245Cf، ولقد تم تسمية العنصر بالمنظقة التي تم تصنيعها فيها لأول مرة.
الكاليفورنيوم هو النصف الثاني من سلسلة الأكتينيد، حيث تتم عملية إزالة إلكتروناتها أو حجبها عن إلكترونات التكافؤ التي من الأكتينيدات الأخف، وهكذا يشبه الكاليفورنيوم سلوك عناصر اللانثانيد التي تظهر حالات أكسدة ثنائية التكافؤ وثلاثية التكافؤ ورباعية التكافؤ في مركبات الحالة الصلبة، وفي المحلول تكون الحالة ثلاثية التكافؤ هي الأكثر استقرارًا، ولكن تم الإبلاغ عن حالة ثنائية التكافؤ ورباعية التكافؤ وحالة خماسية التكافؤ المحتملة، إن وجود Cf (V) هو أمر مشكوك فيه.
معدن الكاليفورنيوم متفاعل إلى حد ما، وعند الوقوف في الهواء أو الرطوبة تشكل القطع الصغيرة أو رقائق المعدن Cf أكسيدًا بسرعة، ولكن ليس في تفاعل عنيف، وقد نجحت طريقتان في تحضير معدن الكاليفورنيوم وهما طريقة اختزال الكاليفورنيوم ثلاثي فلوريد بمعدن الليثيوم عند درجة حرارة مرتفعة واستخدام معدن الثوريوم أو اللانثانوم لاختزال أكسيد الكاليفورنيوم.
كانت أكبر كمية من المعدن المحضر في وقت واحد حوالي 10 ملليغرام، حيث تم تحديد المعدن في النهاية على أنه ثلاثي التكافؤ بهيكل سداسي مزدوج محكم في درجة حرارة الغرفة، كما لوحظ وجود هيكل مكعب محوره الوجه لمعدن الكاليفورنيوم عند درجة حرارة عالية.
معلومات عامة عن الكاليفورنيوم
- لقد تم تحضير بعض السبائك والعديد من مركبات الحالة الصلبة باستخدام الكاليفورنيوم على الرغم من حقيقة أن كميات صغيرة فقط من العنصر متوفرة في أي وقت، تشتمل مركبات الكاليفورنيوم على أكاسيد وهاليدات وأوكسي هاليدات وبنتيكتيدات وتيلورايد وأوكسي سلفيت وكبريتيد أوكسيد على سبيل المثال لا الحصر، كما وتم تحضير بعض مركبات الكاليفورنيوم العضوية.
- نظرًا لأن الكاليفورنيوم مصدر فعال للغاية للنيوترونات فمن المتوقع استخدامات جديدة عديدة له، ولقد وجد بالفعل استخدامه في مقاييس الرطوبة النيوترونية وفي تسجيل الآبار (تحديد طبقات الماء والزيت)، حيث يتم استخدامه أيضًا كمصدر نيوتروني محمول لاكتشاف المعادن مثل الذهب أو الفضة عن طريق تحليل التنشيط الفوري.
- يتم الآن عرض النظير (252-Cf) للبيع من قبل مختبر أوك ريدج الوطني بتكلفة 10 دولارات لكل ملغ، واعتبارًا من مايو 1975 ميلادي تم إنتاج وبيع أكثر من 63 مجم، ولقد تم اقتراح أن الكاليفورنيوم يمكن إنتاجه في انفجارات نجمية معينة وتسمى المستعرات الأعظمية؛ لأن الانحلال الإشعاعي للنظير (254-Cf) (نصف عمر 55 يومًا) يتوافق مع خصائص منحنيات الضوء لمثل هذه الانفجارات التي لوحظت من خلال التلسكوبات.
- تم إنتاج ودراسة عدد قليل من مركبات الكاليفورنيوم، وهي تشمل: أكسيد الكاليفورنيوم (CfO3) وكاليفورنيوم ثلاثي كلوريد (CfCl3) وأوكسيد كلوريد الكاليفورنيوم (CfOCl).
- إن من أكثر نظائر الكاليفورنيوم ثباتًا هو نظير الكاليفورنيوم 251 وله عمر نصف يبلغ حوالي 898 عامًا، يتحلل إلى نظير الكوريوم 247 من خلال عملية اضمحلال ألفا أو يتحلل من خلال عملية الانشطار التلقائي.
- النظير (252-Cf) هو مصدر نشط للغاية للنيوترونات (2.3 × 106 نيوترون في الثانية لكل ميكروغرام) بعمر نصف يبلغ 2.65 سنة، إن طيف طاقة النيوترونات مشابه جدًا لطيف مفاعل الانشطار وتوفر الكميات الصغيرة من النظير (252-Cf) يعد مصدرًا محمولًا مثاليًا لتطبيقات التدفق المنخفض للنيوترونات.
- يستخدم هذا النظير أيضا في PGNAA (وهي تحليل تنشيط نيوترون جاما الفوري وهي طريقة للكشف عن العديد من العناصر الكيميائية في العينات في وقت واحد) في تحليل الفحم والأسمنت والمعادن ومكونات الأسلحة والذخائر الكيميائية، كما وتوفر هذه الطريقة تحليلاً عنصريًا سريعًا وغير مدمر للعينة، وعلى سبيل المثال يستخدم النظير كمصدر نيوتروني لـ PGNAA للكشف عن وجود ألغام مضادة للدبابات.
- تستخدم عملية تحليل التنشيط النيوتروني (NAA) للنظير (252-Cf) كمصدر نيوتروني محمول لقصف عينة صغيرة من منطقة الاهتمام بالنيوترونات وتحليل الانبعاثات المشعة من هذا القصف للمساعدة في تحديد الفضة أو الذهب الخام، كما وقد تم استخدام النظير (252-Cf) في مقاييس الرطوبة النيوترونية لتحديد موقع الماء، ويستخدم أيضا في التسجيل الجيوفيزيائي للبئر لفحص PGNAA تحت السطح للنفايات.
- يستخدم تحديد مائع التكوين للنظير (252-Cf) كمصدر نيوتروني كيميائي من أجل التشتت الخلفي المرن / غير المرن للنيوترونات و / أو طرق التنشيط النيوتروني في تسجيل الآبار لتحديد الطبقات الحاملة للماء والزيت وخصائص أخرى في قاع البئر.
- يستخدم النظير (252-Cf) أحيانًا في علاج التقاط البورون النيوتروني (BNCT) كمصدر للنيوترونات التي يمكن توصيلها بالقرب من منطقة الورم، كما ويمكن للمعالجة الكثبية استخدام النظير (252-Cf) علاج العديد من أنواع السرطان المختلفة.
- الآثار الصحية لكاليفورنيوم: نظير الكاليفورنيوم 252 هو باعث نيوتروني قوي للغاية، ومن المعروف أنها شديدة النشاط الإشعاعي، وهذه بعض المخاطر الصحية للنشاط الإشعاعي التي يجب أخذها في الاعتبار: إن أهم وأعظم تهديد للنشاط الإشعاعي في البشرية كما نعرفه هو ضرر وخطر أن يتم تلف الجينات والتركيب الجينية لمختلف الأنواع الحية، علما الضرر الجيني من التعرض للإشعاع تراكمي على مدى العمر والأجيال.
- الآثار البيئية لكاليفورنيوم: يعد نظير الكاليفورنيوم 252 عبارة عن باعث نيوتروني قوي للغاية، ومن المعروف أنها شديدة النشاط الإشعاعي.
- يضر النشاط الإشعاعي بالمجموعة الجينية ليس فقط للبشر، ولكن لجميع الكائنات الحية مما يتسبب في الإصابة بالسرطان وتلف الجهاز المناعي وسرطان الدم والإجهاض والإملاص والتشوهات ومشاكل في الخصوبة.
