基本介紹
- 中文名：鐦
- 英文名：Californium
- 分子量：251.08
- 熔點：900℃
- 沸點：1745
- 密度：15.1(g/cc，300K)
- 外觀：銀白色
- 電負性：1.3
- 相對原子質量：162.599
- 拼音：[kāi]
- 晶體結構：晶胞為六方晶胞
- 外圍電子排布：5f10 7s2
- 核外電子排布：2,8,18,32,28,8,2
- 離子半徑：0.934/Å
- 氧化態：3
- 所屬系：錒系
- 元素符號：Cf
發現簡史,礦藏分布,物理性質,化學性質,製備方法,套用領域,中子源,套用發展,危害,
發現簡史
1950年2月9日前後，物理學家Stanley G. Thompson、Kenneth Street, Jr.、阿伯特·吉奧索及格倫·西奧多·西博格在伯克利加州大學首次發現了鐦元素。鐦是第六個被發現的超鈾元素。研究小組在1950年3月17日發布了該項發現。鐦的拼音名稱是以美國的加利福尼亞州命名。該地是加利福尼亞大學柏克萊分校的所在州份
鐦（銀白色）
鐦（銀白色）此次實驗只產生了大約5千顆鐦原子，半衰期為44分鐘。
該新元素以加州和加州大學命名。這和95至97號元素的命名方式有所不同。第95至97號元素是利用類似於對上的元素之命名方式而命名的。但是，98號元素以上的鏑（Dysprosium）的意思是“難取得”，所以研究人員決定打破此前的非正式命名常規。
愛達荷國家實驗室通過對鈽目標體進行輻射，首次產生了重量可觀的鐦元素，並於1954年發布了研究結果。產生的樣本中能夠觀察到鐦-252的高自發裂變率。1958年，科學家首次對濃縮鐦進行了實驗。在對鈽-239進行中子輻射連續5年之後，科學家在樣本中發現了從鐦-249到鐦-252的各個同位素。兩年後的1960年，勞倫斯伯克利國家實驗室的Burris Cunningham和James Wallman把鐦置於蒸汽與鹽酸中，第一次製成了鐦的化合物——三氯化鐦、氯氧化鐦及氧化鐦。
1960年代，位於美國田納西州橡樹嶺的橡樹嶺國家實驗室利用其高通率同位素反應爐（HFIR）產生了少量的鐦。到1995年為止，HFIR的實際鐦年產量為500毫克。在《英美共同防禦協約》下英國向美國提供的鈽元素曾用於製造鐦。
美國原子能協會在1970年代初起向工業及學術機構銷售鐦-252同位素，每微克價格為10美元，從1970至1990年每年一共售出150微克鐦-252。Haire和Baybarz於1974年用鑭金屬還原了氧化鐦(III)，首次製成數微克重、厚度小於1微米的鐦金屬薄片。
礦藏分布
進行β衰變，從而形成鐦。在使用鐦進行探礦或醫學治療的設施附近也可以發現鐦。鐦不易溶於水，但會黏附在泥土上，所以泥土中鐦的濃度可以比泥土粒子周圍的水高出500倍。
含鐦礦石
含鐦礦石物理性質
發現：1950年3月17日，美國的湯普森（S.G.Thompson）、小斯特里特（K.Street Jr.）、喬索（A.Chiorso）和西博格（G.T.Seaporg）發現了鐦。用回旋加速器加速的氦離子轟擊242Cm，幾乎和錇同時發現。
性質：熔點900℃。金屬鐦十分容易揮發，在1100~1200℃範圍中能蒸餾出來。化學性質活潑，與其他+3價錒系元素相似。有水溶性的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物和過氯酸鹽；它的氟化物、草酸鹽、氫氧化物在水溶液中沉澱。利用耙子同位素和轟擊粒子的種種組合，已發現了幾種鐦的同位素：246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等。251Cf半衰期為900年；249Cf半衰期為360年；252Cf半衰期為2.64年；254Cf半衰期為64天。
鐦的電子模型
鐦的電子模型雖然鐦-251是最穩定的同位素，但是最有商業價值的卻是鐦-252。鐦-252大部分都是用來檢測飛機行李內是否有爆裂物存在。
鐦是一種銀白色的錒系金屬，熔點為900 ± 30 °C，估計的沸點為1745 °C。處於純金屬態時，鐦是具延展性的，可以用刀片輕易切開。在真空狀態下的鐦金屬到了300 °C以上時便會氣化。在51K（三20 °C）以下的鐦金屬具鐵磁性或亞鐵磁性，在48至66 K時具反鐵磁性，而在160 K（ㄢ10 °C）以上時具順磁性。它與鑭系元素能夠形成合金，但人們對其所知甚少。
在一個大氣壓力下，鐦有兩種晶體結構：在900 °C以下為雙層六方密排結構（稱α型），此時密度為15.10 g/cm；而另一種面心立方結構（β型）則在900 °C以上出現，密度為8.74 g/cm。在48GPa的壓力下，鐦的晶體結構會由β型轉變為第三種正交晶系結構。這是由於鐦原子中的5f電子在此壓力下會變成離域電子，這些自由電子夠參與鍵結的形成。
參數
電子構型:1s2 2s2p6 3s23p63d10 4s24p64d104f14 5s25p65d105f10 6s26p6 7s2
同位素及放射線： Cf-245[44m] Cf-246[1.5d] Cf-247[3.1h] Cf-248[334d] Cf-249[351y] Cf-250[13y] Cf-251(放 α[900y]) Cf-252[2.6y] Cf-253[17.8d] Cf-254[60.5d]
外圍電子層排布：5f10 7s2
晶體數據：
晶胞為六方晶胞。
晶胞參數：
a = 338 pm
b = 338 pm
c = 1102.5 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
地質數據：
滯留時間/年：
豐 度
太陽(相對於 H=1×1012): 未知
海水中/p.p.m.：零
地殼/p.p.m.: 零
大氣/p.p.m.（體積）:
大西洋表面:
太平洋表面:
大西洋深處:
太平洋深處:
化學性質
生物數據人體中含量
肝/p.p.m.:
器官中: 零
肌肉/p.p.m.:
血/mg dm-3 :
日攝入量/mg: 零
骨/p.p.m.:
人(70Kg)均體內總量/mg: 零
| 氧化態 | 化合物 | 公式 | 顏色 |
|---|---|---|---|
+2 | 二溴化鐦 | CfBr2 | 黃色 |
+2 | 二碘化鐦 | CfI2 | 深紫色 |
+3 | 三氧化二鐦 | Cf2O3 | 黃綠色 |
+3 | 三氟化鐦 | CfF3 | 鮮綠色 |
+3 | 三氯化鐦 | CfCl3 | 翠綠色 |
+3 | 三碘化鐦 | CfI3 | 檸檬色 |
+4 | 二氧化鐦 | CfO2 | 棕黑色 |
+4 | 四氟化鐦 | CfF4 | 綠色 |
鐦的化合價
可以是4、3或2，也就是說一個鐦原子能夠形成2至4個化學鍵。其化學屬性預計將會類似於別的三價錒系元素，以及在元素周期表中位於鐦以上的鏑。鐦在室溫下會在空氣中緩慢地失去光澤，速度隨著濕度的提高而加快。鐦可以和氫、氮和任何氧族元素加熱進行反應，其中與不含濕氣的氫或與水溶無機酸反應的速度極快。
鐦水溶時
同位素
已知的鐦同位素共有20個，有246Cf、249Cf、251Cf、252Cf、254Cf等，都是放射性同位素。其中最穩定的有鐦-251（半衰期為900年）、鐦-249（360年）、鐦-250（13.08年）及鐦-252（2.645年）。其餘的同位素半衰期都在一年以下，如鐦-254半衰期為64天，大部分甚至少於20分鐘。鐦同位素的質量數從237到256不等。
鐦-249是在錇-249進行β衰變後形成的。大部分其他的鐦同位素是在核反應爐中對錇進行強烈的中子輻射後產生的。雖然鐦-251的半衰期最長，但是由於容易吸收中子（高中子捕獲率）以及會與其他粒子產生反應（高中子截面），所以其產量只有10%。
鐦-252是個強中子射源，因此其放射性極高，非常危險。鐦-252有96.9%的機率進行α衰變（損失兩顆質子和兩顆中子），並形成鋦-248，剩餘的3.1%機率進行自發裂變。一微克（最）的鐦-252每秒釋放230萬顆中子，平均每次自發裂變釋放3.7顆中子。其他大部分的鐦同位素都以α衰變形成鋦的同位素（原子序為96）。
製備方法
用氦離子轟擊鋦而得。
鐦-250在受中子撞擊後會產生鐦-251和鐦-252。
對鎇、鋦和鈽元素進行中子輻射可以製成數毫克的鐦-252和數微克的鐦-249。直到2006年，科學家利用特殊的反應爐對鋦-244至248進行中子輻射，主要產生出鐦-252，另有較少的鐦-249至255。
經過美國核能管理委員會可以購得微克量的鐦-252作商業用途。世界上僅有兩處生產鐦的設施：位於美國的橡樹嶺國家實驗室以及位於俄羅斯的核反應器研究所。到2003年為止，兩座設施分別每年生產0.25克和0.025克的鐦-252。
設施還生產三個半衰期頗長的鐦同位素，這需要鈾-238捕獲中子15次，期間不進行核裂變或α衰變。從鈾-238開始的核反應鏈經過幾個鈽同位素、鎇同位素、鋦同位素、錇同位素以及鐦-249至253。
套用領域
中子源
可用作高通量的中子源。
能夠利用的鐦的數量非常少，使其套用受到了限制，可是，它作為裂解碎片源，被用於核研究。
該元素是世界上最昂貴的元素，1克價值2700萬美元， 是金子的65萬倍。
可用作高通量的中子源。 在核醫學領域可用來治療惡性腫瘤。由於鐦-252中子源可以做得很小很細，這是其它中子源所做不到的，所以把中子源經過軟管送到人體腔內器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內進行治療。特別是對子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，鐦-252中子治療都有相當好的療效。
套用發展
中國生產和套用鐦-252中子源始於20世紀90年代。鐦是一種人造元素，其同位素鐦－252被用於近距離治療。這種同位素首次發現於氫彈爆炸後的塵埃，是能夠產生豐富中子的唯一核素。1968年醫用鐦源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進的癌症治療方法之一，治療效果優於當前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特製的施源器將中子源送入人體或腫瘤內進行腔內、管內或組織間照射，放射反應輕且能夠徹底殺死癌細胞。
中子刀是鐦-252中子源自動遙控式後裝治療系統，是一种放射治療，融核物理學、放射生物學、自動控制、計算機等多門學科為一體的先進醫療設備、以治療人體腔道或管道內腫瘤為主的大型現代化高科技放射治療設備。具有世界領先水平，中子刀填補了中國乃至世界治癌領域的一項空白。
橡樹嶺國家實驗室建造的50噸重運輸桶，可用於運載最多1克的Cf。運輸此類高放射性物質必須用到重型容器，以避免可能的意外。
由於中子能夠穿透物質，所以鐦也可以被用在探測器中，如燃料棒掃瞄器，使用中子射線照相術來探測飛機和武器部件的腐蝕、問題焊接點、破裂及內部濕氣，以及攜帶型金屬探測器等。中子濕度計利用鐦-252來尋找油井中的水和石油，為金銀礦的實地探測提供中子源，以及探測地下水的流動。1982年鐦-252的主要用途按用量比例分別為：反應爐啟動源（48.3%）、燃料棒掃瞄器（25.3%）及活化分析（19.4%）。到了1994年，大部分的鐦-252都用於中子射線照相（77.4%），而燃料棒掃瞄器（12.1%）和反應爐啟動源（6.9%）則成了次要的套用範圍。
鐦-251的臨界質量很低（約為5 kg）。人們曾誇大其低臨界質量的可能用途。
2006年10月，位於俄羅斯杜布納聯合核研究所的研究人員宣布成功合成3顆Uuo（118號元素）原子。他們利用鈣-48撞擊鐦-249，產生了這個目前最重的元素。該次實驗的目標體是一片面積為32 cm、含有10 mg鐦-249的鈦薄片。 其他用到鐦來合成的超鈾元素還包括1961年以硼原子核撞擊鐦所形成的鐒元素。
鐦在核醫學領域可用來治療惡性腫瘤。由於鐦-252中子源可以做得很小很細，這是其它中子源所做不到的，所以把中子源經過軟管送到人體腔內器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內進行治療。特別是對子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，鐦-252中子治療都有相當好的療效。
我國生產和套用鐦-252中子源始於20世紀90年代。1992年中國已建立了鐦-252中子源生產線。由俄羅斯提供鐦-252原料和工藝設備，在中國生產鐦-252中子源。
中國已有公司從事鐦-252中子治療儀的開發，於1999年起，經過幾年的臨床套用，顯示出非常好的療效。
鐦是一種人造元素，其同位素鐦－252被用於近距離治療。這種同位素首次發現於氫彈爆炸後的塵埃，是能夠產生豐富中子的唯一核素。1968年醫用鐦源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進的癌症治療方法之一，治療效果優於當前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特製的施源器將中子源送入人體或腫瘤內進行腔內、管內或組織間照射，放射反應輕且能夠徹底殺死癌細胞。
危害
鐦累積在骨骼組織里的鐦會釋放輻射，破壞身體製造紅血球的能力。由於放射性極強，在環境中的存量極低，所以鐦在生物體中沒有任何自然的用途。
在進食受鐦污染的食物或飲料，或吸入含有鐦的懸浮顆粒之後，鐦就會進入體內。在身體裡，只有0.05%的鐦會進入血液里，其中的65%會積累在骨骼中，肝臟25%，其餘的主要通過排尿排出身體。骨骼和肝臟中積累的鐦分別會在50年和20年後消失。鐦會首先附在骨骼的表面，之後會慢慢蔓延到骨骼的各個部分。
