عنصر کالیفرنیوم چیست ؟ کاربرد عنصر کالیفرنیوم

عنصر کالیفرنیوم یک فلز رادیواکتیو است که عضوی از گروه اکتینیدهای جدول تناوبی است. نمونه ای از خود فلز هنوز تولید نشده است.

انتظار می رود که به راحتی توسط هوا ، بخار و اسیدها مورد آسیب قرار گیرد. کالیفرنیوم ، ششمین عنصر ترانس اورانیومی در سال 1950 تولید شد. برای کسب آگاهی و اطلاعات بیشتر در مورد کالیفرنیوم این مطلب را در نشریه جهان شیمی فیزیک دنبال کنید.

کالیفرنیوم چیست و کجا یافت می شود؟

عنصر کالیفرنیوم یک عنصر مصنوعی و رادیواکتیو است که در طبیعت یافت نمی شود. یک اکتینید و یکی از 15 عنصر رادیواکتیو و فلزی در انتهای جدول تناوبی می باشد. فلز خالص، سفید نقره ای ، چکش خوار و بسیار نرم است که می توان آن را به راحتی با تیغ برش داد. کالیفرنیوم از نظر شیمیایی نسبتاً واکنش پذیر است. در دمای اتاق به آرامی در هوا تغییر رنگ می دهد. ورقه های فلز شروع به اکسید شدن می کنند ، اما شدت آن زیاد نیست.

عدد اتمی (تعداد پروتون های هسته): 98

نماد اتمی (در جدول تناوبی عناصر): Cf

وزن اتمی (میانگین جرم اتم): 251

در دمای اتاق: جامد

نقطه ذوب:  900  درجه سانتیگراد

نقطه جوش: نامشخص است

تعداد ایزوتوپها (اتمهای یک عنصر با تعداد نوترونهای متفاوت): 20 ایزوتوپ که نیمه عمر آنها با عدد جرمی 237 تا 256 مشخص است.

رایج ترین ایزوتوپها: ایزوتوپهای طبیعی وجود ندارد.

 ایزوتوپ های کالیفرنیوم عبارت اند از :

• Cf 245
• Cf 246
• Cf 247
• Cf 248
• Cf 249
• Cf 250
• Cf 251
• Cf 252
• Cf 253

تاریخچه کشف عنصر کالیفرنیوم 

عنصر کالیفرنیوم اولین بار در سال 1950 در برکلی ، کالیفرنیا با شلیک هسته های هلیوم (ذرات آلفا) به سمت کوریوم 242 موفق به ساخت آن شدند. در این فرآیند ایزوتوپ californium-245 به دست آمد که نیمه عمر آن 44 دقیقه است. کوریوم به شدت رادیواکتیو است و سه سال طول کشید تا چند میلی گرم مورد نیاز برای آزمایش را جمع آوری کند.

این ششمین عنصر ترانس اورانیوم مصنوعی (فراتر از اورانیوم) در گروه اکتینیدها بود که کشف شد. این کشف زمانی رخ داد که شیمی دانان کوریوم 242 را با ذرات آلفا (اتم های هلیوم بدون الکترون) در شتاب دهنده ذرات سیکلوترون 60 اینچی بمباران کردند.

هر واکنش هسته ای Cf-245ایزوتوپی با نیمه عمر حدود 45 دقیقه است و نوترون آزاد ایجاد کرد. دانشمندان حدود 700000 اتم Cf-245 را تولید کردند که مکعبی با 27 نانومتر بود. پس از تجزیه و تحلیل شیمیایی ، دانشمندان تایید کردند که یک عنصر جدید کشف شده است.

در سال 1958 ، کالیفرنیوم در مقادیر بیشتر (1.2 میکروگرم) برای اولین بار توسط تامپسون و محقق بوریس کانینگهام در راکتور آزمایش مواد در آیداهو در مدت پنج سال تابش نوترونی پلوتونیوم 239 جدا شد. 252-Cf در حال حاضر بیش از 63 میلی گرم تولید و به فروش رسیده است.

معرفی ایزوتوپ عنصر کالیفرنیوم-252 

عنصر کالیفرنیوم-252 با نیمه عمر 2.645 سال ، منبع نوترونی بسیار قوی است. به گفته جفرسون ، یک میکروگرم (0.000001 گرم) Cf-252  ، 170 میلیون نوترون در دقیقه تولید می کند. این ایزوتوپ کاربردهای گوناگونی دارد ، از جمله اینکه به عنوان نشر دهنده نوترون عمل می کند و نوترون هایی را برای راه اندازی راکتورهای هسته ای فراهم می کند. همچنین به عنوان منبع نوترونی برای تشخیص سنگ معدن طلا و نقره از طریق تکنیکی که به نام فعال سازی نوترون شناخته می شود.

ایزوتوپ Cf-252 یک ماده هدف برای تولید عناصر ترانس کالیفرنیوم است. به عنوان مثال ، عنصر 118 ، oganesson ، سنگین ترین عنصر ، هنگامی ایجاد شد که دانشمندان یون های کلسیم را با بمباران کالیفرنیوم تولید کردند.

ایزوتوپ 249Cf از تجزیه بتا 249Bk حاصل می شود در حالی که ایزوتوپ های سنگین تر از تابش شدید نوترون توسط واکنش ها تولید می شوند. وجود ایزوتوپهای 249Cf ، 250Cf ، 251Cf و 252Cf امکان جداسازی کالیفرنیوم را فراهم می کند تا بتوان خواص آن را با مقادیر ماکروسکوپی بررسی کرد.

Californium-252 یک ساطع کننده نوترون بسیار قوی است. یک میکروگرم 170 میلیون نوترون در دقیقه آزاد می کند که خطرات بیولوژیکی را ایجاد می کند. در برخورد با کالیفرنیوم باید از اقدامات حفاظتی مناسب استفاده شود.

نیمه عمر ایزوتوپ های عنصر کالیفرنیوم

همه ایزوتوپهای کالیفرنیوم رادیواکتیو هستند. ایزوتوپهای با عمر طولانی از برکلیوم 249 یا کالیفرنیوم 249 تولید می شوند. آنها کالیفرنیوم -249 (نیمه عمر 351 ساله) ، کالیفرنیوم -250 (نیمه عمر 13 ساله) ، کالیفرنیوم -251 (نیمه عمر 898 ساله) و کالیفرنیوم -252 (نیمه عمر 2.645 ساله) هستند.

کالیفرنیوم خاموش

کالفرنیومی که تحقیقاتی بوده و به عبارتی اکتیو نشده است به عنوان کالیفرنیوم خاموش است. کالیفرنیوم به عنوان ششمین عنصر فرااورانیوم، در دسته ی آکتنیدها بوده و بعد از اینشتینیم، بالاترین جرم اتمی را در میان تمام عنصرهایی دارد که به مقدار کافی و به طور مصنوعی ساخته شده اند. از کالیفرنیوم در پیمایش رطوبت نوترونی و لاگینک استفاده می شود. همچنین در کشف طلا و نقره نیز، از این عنصر به کار برده می شود.

قیمت کالیفرنیوم خاموش

شرکت های مختلفی با قیمت های متفاوت خریدار و فروشنده این عنصر کمیاب و رادیواکتیو هستند. قیمت آن ها نیز متناسب با نوسانات به روز قیمت دلار در ایران متفاوت خواهد بود.

موارد استفاده کالیفرنیوم

همه ایزوتوپهای کالیفرنیوم رادیواکتیو هستند. Cf-251 با نیمه عمر حدود 800 سال پایدارترین است. ایزوتوپ Cf-252 یک ساطع کننده نوترون بسیار قوی است ، به این معنی که دارای ویژگی غیرمعمول انتشار نوترون در هنگام تجزیه است. کالیفرنیوم منبع بسیار کارآمدی از نوترون است. به گفته Chemistry Explained ، ایزوتوپ هایی که به این شکل رفتار می کنند بسیار غیر معمول هستند. Cf-252 در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد،:

• کاربردهای نظامی ، فلزیاب و به عنوان راهی برای تشخیص استرس فلزات در هواپیما کاربرد دارد.
• Cf-252 برای درمان سرطان دهانه رحم استفاده می شود
• می تواند به تجزیه و تحلیل محتوای گوگرد نفت کمک کند.
• برای کشف فلزاتی مانند طلا یا نقره با تجزیه و تحلیل فعال سازی در محل مورد استفاده قرار می گیرد.
• کالیفرنیوم ممکن است در انفجارهای ستاره ای خاصی موسوم به ابرنواخترها تولید شود.
• در فلزیاب های قابل حمل ، برای شناسایی سنگ معدن طلا و نقره
• برای شناسایی لایه های آب و روغن در چاه های نفت

کالیفرنیوم قیمت

کالیفرنیوم به عنوان یک عنصر رادیواکتیو و پرتوزا، دارای ایزوتوپ های ناپایداری است. به همین جهت نمی توان این عنصر را به صورت فله ای نگهداری کرد. کالیفرنیوم عنصری به شکل دفینه و زیرخاکی نیست. این عنصر قابل تهیه از شرکت های مختلف داخلی و خارجی بوده و نوسانات قیمتی زیادی به دلیل نوسانات قیمتی ارز دارد. با این که طلا و به عنوان عنصری گران در دنیا شناخته می شود ولی طلا و سنگ های قیمتی دیگر فقط به عنوان گران ترین عناصر نبوده و کالیفرنیوم یکی از عناصری است که در دسته ی عناصر گران در جهان محسوب می شود. قیمت هر کیلوگرم از عنصر کالیفرنیوم در مقایسه با مقداری برابر از عناصر با ارزش دیگر، بسیار گران تر است.

جرم خرید و فروش کالیفرنیوم

کالیفرنیوم عنصری مصنوعی با نقطه ذوب 900 درجه سانتی گراد بوده و در دمای 1470 درجه سانتی گراد می جوشد. وزن اتمی این عنصر 251 است و تا به امروز شکل فلزی آن قابل تهیه نبوده است. تولید ایزوتوپ های سنگین این عنصر در نتیجه ی تابش شدید نوترون با واکنش های هسته ای صورت گرفته می گیرد. مقدار یک میکروگرم از این عنصر، 170 میلیون نوترون از خود منتشر کرده و خطرات بیولوژیکی به دنبال خواهد داشت. چون این عنصر به عنوان منبع نوترونی قابل حمل است، می تواند در مقدارهای گرم تا کیلوگرمی مورد معامله قرار گیرد. ولی تولید این ماده در مقیاس های بسیار پایین انجام می شود.

کالیفرنیوم تقلبی

کالیفرنیوم با توجه به ویژگی هایی که در بالا بیان شد، فلزی است که در حالت خالص، نرم و چکش خوار است. این فلز را به راحتی می توان با چاقو برش داد. به طور نسبی می توان گفت کالیفرنیوم دارای خاصیت واکنش پذیری بوده و با قرارگیری در برابر هوا، رنگ آن عوض می شود. اگر با بررسی ویژگی های گفته شده در عنصر مذکور، خلاف آن مشاهده شد، می تواند نوع خالص و اصل این عنصر نباشد. در اندازه گیری رطوبت نوترون و همچنین تشخیص لایه های دارای آب و نفت نیز این عنصر به کار برده می شود.

کالیفرنیوم در ایران

کالیفرنیم را نمی توان به صورت طبیعی یافت و به طور سنتزی و مصنوعی تهیه می شود. این عنصر فلزی سفید مایل به نقره ای بوده که به دلیل گران بودن می تواند قاچاق شود. به طوری که در خبرگزاری صدا و سیمای پلیس ترکیه، گزارش کشف بیش از 70 میلیون دلار قاچاق از این عنصر اعلام شده است. چون این عنصر کاربردهای مهمی چون استفاده در راه اندازی و شروع کار رآکتور داشته و عنصری هدف برای تهیه عناصری با عدد اتمی بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

عنصر کالیفرنیوم در محیط زیست

کالیفرنیوم به طور طبیعی در زمین وجود ندارد. آنچه اکنون وجود دارد سنتز شده است ، این عنصر در گذشته در چندین راکتور هسته ای در آفریقا تولید شد.

اثرات عنصر کالیفرنیوم بر سلامتی انسان

Californium-252 یک ساطع کننده نوترون بسیار قوی است. به دلیل رادیواکتیو بودن بسیار مشهور است. برخی از خطرات رادیواکتیویته برای سلامتی هستند که باید در نظر گرفته شوند:

انتشار ناگهانی رادیواکتیویته در جو ، خاک ، اقیانوس ها ، دریاها و سطح آب در حیوانات ، سبزیجات تاثیر میگذارد. تشعشع رادیواکتیویته از حیوانات ، سبزیجات عبور کرده و از طریق زنجیره غذایی روی انسانها آثار مخرب به جا میگذارد.

بزرگترین تهدید رادیواکتیویته برای زندگی همانطور که می دانیم آسیب به ژن است یعنی ترکیب ژنتیکی همه گونه های جاندار در کره زمین. آسیب های ژنتیکی ناشی از تابش در طول عمر و نسل ها تجمعی است.

حتی قرار گرفتن در معرض دوز کم پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت سرطان زا است. نسل فعلی ممکن است از سرطان ، آسیب سیستم ایمنی ، لوسمی ، سقط جنین ، مرده زایی ، بدشکلی و مشکلات باروری رنج ببرند. در حالی که بسیاری از این مشکلات سلامتی رو به افزایش است که علت آن تشعشع رادیواکتیویته است. عدم توانایی در تولید مثل باشد و یکی از علل ناباروری ایت تشعشعات میباشد.

نقش بیولوژیکی عنصر کالیفرنیوم

کالیفرنیوم نقش بیولوژیکی شناخته شده ای ندارد. به دلیل رادیواکتیویته سمی است.

روش تشخیص کالیفرنیوم

کالیفرنیوم به رنگ سفید نقره ای به نظر می رسد و به طور طبیعی وجود ندارد. از این رو، یک عنصر مصنوعی است. نسبتاً در آب نامحلول است و کاربردهای مختلفی دارد. به عنوان مثال، یک ساطع کننده نوترون قوی است و در فلزیاب های مختلف استفاده می شود. کالیفرنیوم یک عنصر رادیواکتیو است و دومین عنصر دارای وزن است که در مقادیر قابل توجهی جدا شده و با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. کالیفرنیوم ششمین عنصر فرااورانیومی است که کشف شده است.

کالیفرنیوم به طور معمول، به دو شکل کریستالی وجود دارد. یکی بالای 900 درجه سانتی گراد و دیگری زیر 900 درجه سانتی گراد. جالب است بدانید که شکل کریستالی دیگری از کالیفرنیوم در فشار بسیار بالا نیز وجود دارد. با این حال، معمولاً یک ساختار دوگانه شش ضلعی اتخاذ می کند.

کالیفرنیوم در هوا یا اتمسفر خارجی کاملاً ناپایدار است، به زودی در معرض هوا شروع به کدر شدن می کند. بخش های کوچکتر آن به آرامی شروع به اکسید شدن می کند.  کالیفرنیوم یک عنصر رادیواکتیو است و منجر به برخی بیماری ‌های مزمن مانند لوسمی، بد شکلی، مرده ‌زایی و مشکلات باروری می ‌شود.

روش های زیادی برای تشخیص کالیفرنیوم در دسترس است که بهترین آنها استفاده از روش‌ های طیف سنجی است. طیف سنجی به عنوان یک روش تحلیلی از طیف نوری برای شناسایی و اندازه گیری ترکیبات شیمیایی مختلف در آزمایشگاه استفاده می ‌کند. در طیف سنجی، نمونه کالیفرنیوم در معرض یک منبع نور قرار گرفته و نور منعکس شده اندازه گیری می‌شود.

از روش ‌های شیمیایی نیز می توان برای شناسایی کالیفرنیوم در مقادیر کم در بررسی های مختلف استفاده کرد. علاوه بر این از روش ‌های فیزیکی نیز می توان برای شناسایی کالیفرنیوم در مقادیر بسیار کم استفاده کرد. برای مقادیر کالیفرنیوم باید از روش‌ های حساس ‌تر استفاده کرد.

قیمت هر گرم کالیفرنیوم

کالیفرنیوم یکی از گرانترین عناصر شیمیایی جهان است زیرا فقط یکبار دانشمندان موفق شده اند آن را به صورت مصنوعی تولید کنند. قیمت این ماده شیمیایی هر گرم حدود ۲۷میلیون دلار است و باید قیمت آن را هر روز چک کنید. عنصر کالیفرنیوم یک عنصر مصنوعی و رادیواکتیو که بطور طبیعی وجود ندارد به همین دلیل قیمت آن بسیار بالا است و فقط در زمینه های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرد. این عنصر ایزوتوپ های مختلفی دارد  فقط در یک صورت به صورت طبیعی ایجاد می شود و آنهم انفجارهای ستاره ای مرسوم به ابر نواخترها است. کاربردهای آن نیز فقط در مراکز نظامی و هوایی و درمان سرطان است.

تفاوت کالیفرنیوم روشن و خاموش

کالیفرنیوم یک عنصر کمیاب و ارزشمند رادیواکتیو است که به عنوان طلای علمی گفته می شود. این عنصر توسط  دانشمندان ساخته شده و در طبیعت یافت نمی شود. رنگ آن در حالت عادی نقره ای – سفید است و در صورت وجود ناخالصی ها ممکن است زرد به نظر برسد. کالیفرنیوم روشن و خاموش دو اصطلاح غلط است که برای این عنصر مورد استفاده قرار می گیرد. کالیفرنیوم روشن و خاموش به کالیفرنیوم رادیواکتیو و غیر رادیواکتیو اشاره دارد که واقعیت علمی ندارد زیرا این عنصر یک رادیواکتیو کاملا شناخته شده است. پس خاموش و روشن به معنای رادیواکتیو از نظر علمی اصلا درست نیست.

کالیفرنیوم کاربردهای مختلفی در صنایع، پزشکی و تحقیقات علمی دارد و یکی از عناصر گرانبهایی است که فقط برای مصرف خاص تولید و استفاده می شود. افراد عادی هرگز به این ترکیب دسترسی نخواهند داشت زیرا به دلیل فرآیند تولید قیمت بسیار بالایی دارد و همین امر باعث کلاهبرداری هایی در این زمینه شده است. اگر جایی با خرید و فروش سنگ کالیفرنیوم مواجه شدید بدانید که این آگهی واقعی نیست زیرا چیزی به عنوان سنگ برای این عنصر وجود ندارد. در واقع این عنصر استخراج نمی شود بلکه تولید می شود بنابراین نمی تواند به شکل سنگ وجود داشته باشد.

سخن آخر

این عنصر از عناصر فرا اورانیومی است و دارای عدد اتمی بالای ۹۲ هست. نیمه عمر متفاوتی دارد هر دقیقه ۱۷۰ میلیون نوترون آزاد می کند. این نوترونها برای بدن انسان مضر است و خطرات جدی برای افراد دارد. در هتگام کار باید از لباس های محافظ استفاده شود. کودکان و زنان باردار را از تشعشع این عناصر سنگین دور کنید زیرا سبب کاهش رشد کودک و جنین شده و آسیب های مغزی به جا میگذارد.