CALIFORNIUM

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

H

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

14

15

16

17

He

Li

Be

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

?

?

?

 

?

 

 ?

 

 

 

 

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

 

 

 

 

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

 

Cf, atomnr. 98, molvekt for den stabileste isotopen 251,074 g, for den viktigste 252,076, elektronkonfigurasjon (Rn)+5f10-7s2, smeltepunkt ca. 900 C, kokepunktet er estimert til 1745 C, tetthet trolig 8,7 g/cm3 for kubisk californium, hele 15,1 g/cm3 for heksagonalt. Californium har høy magnetiserbarhet, og viser under -222 C ferromagnetiske (eller kanskje ferrimagnetiske) egenskaper. Noen målinger tyder på at metallet er antiferromagnetisk mellom -225 C og -207 C. Som de andre actinidene har californium et komplisert spektrum, særlig er det tett med linjer i fiolett rundt 4300 Å, i grønt rundt 5300 Å og i dypt rødt rundt 6700 Å, men ganske sparsomt mellom disse områdene.

Californium hører til gruppe 3, også kalt bi- eller sidegruppe 3, 3b, IIIb og benevnt de sjeldne jord(arts)metallene. Det har (1986) 18 kjente isotoper, alle radioaktive. De betastabile (d.v.s. som hadde vært stabile hvis calfornium ikke hadde ligget i alfa-ustabilitetsområdet) er 246, med halveringstid 35,7 timer, 248 med 333,5 dager, 249 med 350,6 år, 250 med 13,08 år, 251 med 898 år, 252 med 2,64 år og kanskje 254 med 60,5 dager. Isotopen 253, som for det meste er en beta-emitter, har også rimelig lang halveringstid med 17,81 dager, de andre har noen få timer eller kortere.

Oppe i dette området begynner spontanfisjonen å gjøre seg gjeldende, d.v.s. at kjernene desintegrerer radioaktivt ved at de kløves i to spontant uten ytre påvirkning, som med nøytroner og liknende. Californium 252 desintegrerer på denne måten i 3,09 % av tilfellene, Cf 254 i hele 99,69 %, og 256 desintegrerer tilsynelatende bare på denne måten.

HISTORIE
"If you're goin' to San Francisco
be sure to wear some flowers in your hair."

Et varmt pust av en mektig sommervind bar denne strofen, bar den langt, langt. Mange, mange hørte den. Vinden lekte med håret til de som hørte, det var blomster der, og det var sang.

Johann August Sutter hørte den en gang. Han kom til San Francisco, og det var sommer og høy himmel og vind, men han hadde ikke blomster i håret.

Garcia Ordóñez de Montalvo hørte den, den sang i hodet hans mens han satt i sitt elskede Quito og førte gåsefjæren som et sverd over arkene som fyltes ett og ett av hans roman Las Sergas de Esplandián (Esplandians heltegjerninger), hvor han unådig refset Ecuadors spanske herrers udugelige og korrupte maktelite og drømte om et velsignet sted med fred, rettferd og varme, Caliente Fornalla.

Og munken hørte sangen, for han hadde funnet landet, det milde, gaverike, velsignede, med høy himmel og evig blå sommer, og ville derfor ære sin berømte trosfader, helgenen som talte med dyrene, ved å kalle opp misjonsstasjonen sin etter ham, den hellige Franciscus.

Aleksandr Vladimirov hørte sangen og løftet blikket mot den høye blå himmelen. Det var varmt og sommer, tsaren var langt borte, oterskinnene prektige og vinden blåste i håret, pyntet med blomster.

Jack O'Hanlon hørte også en sang, men vannet skylte og skylte over elvegrusen, rundt og rundt og rundt, det overdøvet den.

Men en annen Jack hørte den, og han sang den videre mens han levde slik det skulle leves på et sted som var slik steder skulle være, med sol, høy himmel, sommer, lange, øde strender og mektige villmarker.

Og Holoansi, han hørte ikke bare sangen, han var den, sang den. Han ga dem landet, det var rikt, varmt, velsignet, slik ga han det fra seg, slik tok de imot det.

"If you're goin' to San Francisco
you're gonna meet some gentle people there."

Han hadde den på bilradioen, Albert Ghiorso, mens han kjørte på Caminoen inn til byen, han flirte litt og nynnet over melodien:
- If you're going to San Francisco,
you're going to meet some funny people there...

Folkevognen som han nettopp passerte to kjørefelt til venstre for seg var et underlig syn, dekorert i flammer og striper og girlandere i alle umulige slags farger. Folkene inne i den var heller ikke av det mest konservativt utstyrte slaget. Folk fra hans sosiale lag holdt seg mest unna slike, selv måtte han omgås dem av erhvervsmessige grunner. Han ristet på hodet, livet på Berkeley hadde ikke vært hva han hadde vært vant til de siste par årene. Opptøyer, streiker, studentene syntes ikke å interessere seg for fag lenger. Og de så ut til helt å mangle den rette patriotiske innstillingen.

"For those who come to San Francisco
summertime will be a-lovin' there.
In the streets of San Francisco,
gentle people with flowers in their hair."

Det var sommer, høy himmel og vind, og Johann August Sutter hamret spikre i trefjelene. Han var kommet til sitt lovede land, og det han visste var at det flommet, og skulle flomme over av melk, grøde og gode gaver. Han hadde fått i foræring 20000 mål av guvernøren i Mexico for å hjelpe spanskekongen med å stå imot den uheldige innflytelsen fra Aleksandr Vladimirov og hans oterjegervenner. Her, i Paradiset på Jord, ville han grunnlegge Nova Helvetia, oppkalt etter det romerske navnet på hans kjære hjemland.

Johann August Sutter bygde sitt fort, og leide indianerne til å passe kveg og dyrke hvete mens han innrettet et brenneri, et garveri og et ullspinneri og en sag lenger nord for å få bra materialer til byggingen. Og Nova Helvetia (idag bedre kjent som Sacramento) ble snart et storslagent møtested for de sporadiske sjøfolkene og pelsjegerne som fra tid til annen besøkte dette fjerne landet.

Albert Ghiorso kjørte inn på Berkeleycampuset og parkerte bilen foran kjernekjemiavdelingen. Lengre borte drev en bøling hårete individer og vaiet med blomster og bannere og ropte "hell, no, we won't go!" Albert Ghiorso bannet svart og steg inn i bygningen.

"All across the nation,
such a strange vibration,
nnn, people in motion.

There's a whole generation
with a new explanation,
aah, people in motion,
people in motion!"

- Get here Jack!!
Jack O'Hanlon slapp det han hadde i hendene og styrtet bort til kameraten sin, Feargus McAfferty. Kort etter vibrerte luften av gledesrop og gloser som ingen kunne tolke herfra til Long Island. Fra det høye blå skinte den varme sommersolen og lot det glinse i de svette, nakne, brune ryggene.

Over Johann August Sutters panne skinte en like varm sol og speilte seg i like blanke svettedråper. Men pannen var furet av rynker, han løftet hånden vergende mot den skarpe solen, munnen var halvt åpen, han hadde tungt for å puste. Han var vestens første keiser, og se hvor de hadde satt ham!

Allerede i 1846, da yankee'ene i nord-California gjorde opprør mot meksikanerstyret, hadde de 20000 målene jord han hadde fått i foræring begynt å brenne under føttene på ham. Det var derfor han hadde tatt den ulykksalige beslutningen å satse på sagbruket lengst nord på eiendommen. Søm ærlig trelasthandler kunne han skaffe seg et skalkeskjul for å fungere i yankeesamfunnet hvis landskjenkeren hans skulle komme til å miste makten over landet.

Hadde det bare ikke vært for det funnet hans skotske forvalter James Marshall gjorde i sagmøllas avløpsrenne en øsende, øsende regnværsdag i 1848! Utpoststaten var brått blitt vestens folkerikeste stat. Folkemylderet kravlet overalt på Johann Sutters eiendommer og alt han trodde han kunne gjøre krav på gikk tapt. Snart skulle staten komme til å bli hele unionens folkerikeste. Men Johann August Sutter døde bitter, som en fattig mann.

"All those who come to San Francisco
be sure to wear some flowers in your hair.
If you come to San Francisco
summertime will be a-lovin' there."

- Hva tenker du på, Darleane?
- Jeg tenker på bøndene i Nam Dinh og Lang Vei. De er små og fattige og vi, en supermakt, voldtar dem.
- Du er den beste eleven min, tenker du ikke også på din egen fremtid?
- Nei, da tenker jeg heller på Bomben, du og Glenn og de andre her på instituttet førte an i utviklingen av den.
- Det var nødvendig. Tenk om Hitler hadde fått den!
- Hitler, Schmitler, hva er forskjellen? Den ene massemorderen er ikke bedre enn den andre.
- Det der var et ekstremt utsagn, Darleane. Roosevelt og Truman var ikke...
- OK, så hva med Hiroshima og Nagasaki?

Albert Ghiorso tenkte. Darleane Hoffman, en av de mest lovende studentene ved kjernekjemiavdelingen, hadde åpenbart blitt grepet av den samme feberen. Han visste ikke hva han skulle si, hva han skulle gjøre for å få henne over på det rette sporet igjen. Avdelingen hadde ikke råd til å miste et slikt emne.

- Darleane, jeg og Harris og finnlenderne skal snart montere det californiumtargetet nede i Stanford for å begynne å lete etter nummer 105. Du kan være med på dette arbeidet hvis du vil, som en hovedfagsoppgave.

- Mm, californium, ja, hmm hmm. Hva var det som fikk dere til å bruke de idiotiske navnene egentlig?
- Åh, et utslag av patriotisme, du vet, gallium, germanium, ruthenium, det har vært gjort før.
- Jo, men dere burde visst bedre. Med den nasjonalistkrigen rett bak dere og...
- Ja, du har rett, det var en feil. Idag kaller vi opp grunnstoffene etter vitenskapsmenn. Vi etter våre, russerne etter sine...
- Ha!
- Det er slik det er. Se på svenskene, de er ikke bedre! Du skulle sett hvordan det var her i 1950, Darleane. Det var en pionértid, begeistringens år. Vi hadde nettopp identifisert berkelium...
- Enda verre!
- Kanskje det. Men berkeliumnavnet er faktisk en analog til terbium som ligger på berkeliums plass blant lantanidene, og også er oppkalt etter funnstedet. På samme måte er både curium og gadolinium oppkalt etter forskere og både americium og europium er oppkalt etter verdensdeler. Men for dysprosium fant vi ikke noen analogi. Det kommer av et gresk ord som betyr 'vanskelig tilgjengelig.' Derfor falt vi for fristen til å ta med staten når vi allerede hadde verdensdelen og byen.
- Kunne dere ikke brukt noe gresk for 'lagd kunstig' eller 'vanskelig å lage' eller noe sånt?
- Hvorfor ikke? Men tiden var forbi da greskkunnskaper var en forutsetning for å kunne drive vitenskap. Ingen av oss ville klart å finne på noe. Glenn sa selv at det beste vi kunne si til vårt forsvar var at pionérene som kom til California i det forrige århundret også erfarte at det var 'vanskelig tilgjengelig.' Litt tynn den, kanskje.
- Enig!
- Forresten var det mye vitser om det den gangen også. Bladet "New Yorker" sa at vi sikkert ville finne noen flere nye atomer om ikke lenge, og nå hadde vi for alltid mistet sjansen til å udødeliggjøre oss ved å kalle nr. 97 universitium, 98 ofium, 99 californium og 100 berkelium. Skjønner du? University of California at Berkeley.
- Haa haa.
- Men Glenn svarte i et leserbrev at navngivingen ikke viste mangel på forutseenhet, men kanskje på selvtillit, for ved å bruke berkelium og californium først hadde vi forhindret den skrekkelige muligheten av at vi etter å ha oppdaget de to første og kalt dem universitium og ofium, måtte finne oss i at en New York'er oppdaget de to neste og kalte dem newium og yorkium!
- Du tuller vel?
- Neida, det er helt sant. Og staben i New Yorker svarte at de allerede var i arbeid på kontorlaboratoriet med newium og yorkium, men foreløpig hadde de bare navnene, ikke stoffene.
- He he he, helt sprøtt!
- Joda, joda. Men vi, det vil si Glenn, Stanley Thompson, Kenneth Street og jeg, vi hadde nettopp identifisert berkelium ved hjelp av alfa-pulshøydeanalysatoren, som kunne registrere og måle energien til alfapartiklene en og en. Men berkelium 244 viste seg å ha bare 0,1 % av desintegrasjonene sine som alfa, slik at hvis nr. 98 var en mer ren alfaemitter - og det var sannsynlig, tatt i betraktning at 98 er et partall - ville vi ikke trenge mer enn en tusendel så mye targetmateriale som ved berkeliumsyntesen. Den gangen eksisterte ikke den svære lineære tungionakseleratoren i Stanford, vi greide oss med den gamle 60-tommers syklotronen fra før krigen. Heliumkjerner var alt vi hadde å skyte med, så vi måtte bruke curium som target. Vi hadde ikke mer enn noen mikrogram curium 242, vi hadde fått det fra den nye høyfluksreaktoren i Ottawa. Likevel kunne vi altså sette igang uten å nøle. Vi akselererte heliumionene til 35 MeV, og da kan du kanskje stille opp reaksjonslikningen, Darleane?
- Jaha, ved slike energier mister dere vel bare ett nøytron, så da blir det 242Cm + 4He = 245Cf + 1n.
- Korrekt. Og californium 245 har en halveringstid på hvor mye?
- Tja, æh, det er vel bare noen minutter?
- Det er bare en trekvart time, og vi visste det selvsagt ikke da, men vi visste at det ville bli kort tid å gjøre på. Hvordan tror du vi utførte separasjonen?
- Det er da en kjent sak. Ionebytting hadde vært i bruk i over ti år den gangen, og siden de tunge actinidene er så lantanideaktige...
- Det stemmer. Ionebytterkromatografien hadde nettopp revolusjonert lantanideseparasjonskjemien, og derfor også den til actinidene. Men vi måtte handle raskt. Vi regnet ut siden at utbyttet av reaksjonen ikke hadde vært mer enn 5000 atomer, mindre enn ett for hver student ved universitetet den gangen, og de ble stadig færre.
- Studentene eller atomene?
- Atomene vel, tosk! De 5000 som stadig ble færre pitlet sakte gjennom Dowex-gelen vår, bandt seg og løsgjorde seg og bandt seg igjen, bare litegrann fortere enn de andre actinidene som var tilstede. Kan du forestille deg gleden når vi satte elusjonsbåndet med den antatte californiumfraksjonen i pulshøydeanalysatoren og straks fant alfapartikler med energi på 7,1 MeV, sakte synkende i antall med en halveringstid på 44 minutter?
- Nei, det må ha vært en opplevelse, hm...
- Ubetinget. Berusende.
- Ha, det skjønner jeg. Dere bare driver på og driver på og lager nye grunnstoffer, og dyrere og dyrere blir utstyret. Blir det aldri nok for dere?
- Jo jo, vi holder ut. Men en gang må noen komme etter oss. Kanskje det blir deg, Darleane?
- Nei, jeg tenker...
- På hva, Darleane?
- Jeg... jeg vet ikke. Vent litt...
- Darleane? Hva vil du...?
- Al, det var hyggelig å prate med deg. Takk for tilbudet, det er en ære. Jeg skal tenke over det, ærlig. Men det er et møte snart. Jeg skal gå på det. Du burde gå du også. Jeg har hørt hva du har å si. Nå burde du også høre på oss. Det har vært gjort mange feil. Nå er det tid for å tenke, og lytte. Ting kan bli slik de bør være en gang, Al, hvorfor skulle det ikke bli *vår* gang? Det vil bli gøy, rop, taler, jubel, sang. Lytt til dem, Al! Hør hva Holoansi forteller...

"If you come to San Francisco
summertime will be a-lovin' there."

egentlig er den skrevet av John Phillips, fremført av Scott McKenzie.

---

Californium har navnet etter staten California, der arbeidet med oppdagelsen skjedde. Det er som antydet en sammentrekning av spansk caliente fornalla, som betyr 'varm ovn', og er hentet fra Montalvos roman av en ukjent leser som må ha vært en av de første som besøkte landet og sammenliknet det med paradiset i romanen.

Caliente er en form av cálido, begge betyr 'varm' og stammer fra latin calere 'være varm, gløde', fra indoeuropeisk kel- som faktisk kan bety både 'fryse, kald', og 'varm'.

Kel- opptrer i norrønt héla 'rim' og háll 'glatt', som foreligger i moderne svensk hal og i formen hål i noen norske dialekter, mens utvidelsen hålke er i vanlig bruk i riksspråket.

Fra en utvidelse av kel- til kleu- stammer germansk hleuja- og norrønt hlyy 'varme', moderne norsk ly.

Av det latinske calere er flere fremmedord avledet, oftest gjennom fransk, som f.eks. kalori og nonchalant.

Fornalla 'ovn' stammer fra latin fornax 'smelteovn' av formus 'varm', fra indoeuropeisk uor-mo-, som også er opprinnelsen til germansk warma-, norrønt varmr og norsk varm. Uor-mo- er en utvidelse av verbet uer- 'brenne, forbrenne, sverte'.

GEOLOGI
Californium produseres jevnlig i stjerneeksplosjoner og andre grunnstoffdannende prosesser i universet, i mengder som i forhold til en jordisk geologi antakelig tilsvarer slike velkjente stoffer som kvikksølv og antimon. Men den lengst levende isotopen har halveringstid på under 900 år, og derfor vil alt være borte lenge før noen planetdannelse er aktuelt.

Slike grunnstoffdannende prosesser skjer i supernovaer og andre katastrofale energiutladninger i universet. Her blir temperaturen så høy at atomkjernene smadres når de kolliderer med hverandre, men det fører til at det vil opptre svære mengder med frie nøytroner, som på grunn av manglende elektrisk ladning har fri adgang til å trenge inn i de overlevende atomkjernene når eksplosjonen er over sin mest intense fase. Dette fører til at det raskt oppstår en mengde svært nøytronrike kjerner, som dermed blir radioaktivt ustabile og søker å gjenvinne balansen ved å avgi en negativt ladet betapartikkel (=et elektron) slik at et av nøytronene blir til et proton og den positive kjerneladningen og dermed atomnummeret øker med 1. Slik får vi atomer av nye grunnstoffer som ligger lengre og lengre ute i det periodiske systemet.

Slik beta-radioaktivitet skjer med forskjellig hastighet (halveringstid), og nøytronintensiteten varierer også fra den ene kosmiske begivenheten til den andre og synker også underveis i hver enkelt begivenhet, slik at noen ganger rekker en kjerne å forandre atomnummer før et nytt nøytron opptas, og noen ganger ikke. Tendensen til å oppta nøytroner er også forskjellig fra kjerne til kjerne og varierer mye med hvor raske nøytronene er. Særlig for de tunge kjernene, som californiumkjernene, gjelder det at det ofte skjer spalting i stedet for oppbygging når det opptas et nøytron. Så det finnes grenser for hvor tunge kjerner man kan få på denne måten.

Alle disse tunge grunnstoffene er radioaktive også hvis proton/nøytronforholdet er i balanse, fordi det er energimessig gunstig å sende ut en alfapartikkel, et lite bruddstykke av kjernen som er identisk med en heliumkjerne. Men oppe ved californium begynner det å gjøre seg gjeldende en tendens til å spalte av atskillig større stykker, en spontan fisjon uten påvirkning av nøytroner. Dette er en ny radioaktivitetsform med egne halveringstider og energier, og fører til at det oppstår flaskehalser for den videre grunnstoffoppbyggingen.

Den verste av alle slike flaskehalser er fermium 258, som spontanfisjonerer med en halveringstid på bare 380 mikrosekunder, og fører til at det så godt som ikke blir dannet noe av mendelevium og de etterfølgende grunnstoffene. Men også californium 254 er en slik spontanfisjonerende isotop, med en halveringstid på 60,5 dager, og det legger begrensninger på hvor mye einsteinium og fermium som dannes. I likhet med den fisjonen som utnyttes i atomkraftverk og den 'militære nukleærteknologien' avgir spontanfisjon en god del mer energi enn de andre radioaktivitetsformene, og Cf 254, som tross alt dannes i ganske små mengder, er likevel i stand til å dominere en supernovarest slik at lyskurven til noen av novatypene ganske nøye følger en halveringskurve på 60 dager i en periode etter eksplosjonen.

Selv om det er umulig å oppdrive noe californium i vår egen Jords skorpe idag, er det jo i dette århundret blitt vekket til live igjen, og produseres daglig i alle verdens atomreaktorer, ved at det berkelium 249 som ved suksessiv nøytroninnfanging er produsert der enten går over til californium 249 ved naturlig betadesintegrasjon eller tar opp et nøytron til og blir til det kortlivede berkelium 250 som raskt går over til Cf 250 ved betapartikkelutsendelse. Så mange nøytroner som skal til for å få noe særlig utbytte av dette produseres bare i spesielle høyfluksreaktorer, og den californiumisotopen det fås mest av der er faktisk 252, siden de tre foranliggende, 249, 250 og 251 alle har en meget sterk tendens til å oppta nye nøytroner og derfor har kort levetid i høyfluksreaktorer før de går over til den neste. Anslått mengde californium som eksisterer idag er bare ca. 2 kg. Regner man menneskenes virkefelt, som vi kanskje kan kalle teknosfæren, for å høre med til jordskorpen, blir hyppigheten for californium 8x10-21 %, og dette plasserer grunnstoffet på 95.-plass, etter curium, men foran berkelium, francium og astat.

KJEMI
Californium er et sølvhvitt, glinsende metall. Røntgendiffraksjonsstudier har vist at krystallstrukturen er heksagonal under normale forhold, men ved høyt trykk opptrer en kubisk modifikasjon som kan bestå av californium med en toverdig metallisk valens, antakelig tilsvarende det toverdige metalliske samarium som kan opptre i tynne overflateskikt.

Californium er et reaktivt metall, mer reaktivt enn de foranliggende transuranene, men ikke så reaktivt som f.eks. europium. Det oksyderes sakte i luft ved romtemperatur, raskere i nærvær av fuktighet, og ved moderat oppvarming går oksydasjonen raskt. Ved sterkere oppvarming reagerer det også raskt med hydrogen, nitrogen, svovel, fosfor, selen, arsen, tellur, antimon og vismut. Californiumfolie i en tørr nitrogenatmosfære forandrer seg også ved romtemperatur sakte fra en sølvhvit farge til en rik gulltone. Forandringen skjer bare i overflaten og kan skyldes et nitridbelegg. Californiumprøver som oppvarmes i vakuum i kvartsampuller over 300 C reagerer med kvartsen og danner oksyder eller silikater. Metallet er også så flyktig at det begynner å sublimere allerede ved 2-300 C. Det reagerer hurtig med tørre hydrogenhalogenider og vannløsninger av de sterke mineralsyrene.

Californiumforbindelser er for det meste treverdige, men det finnes også toverdige og fireverdige forbindelser. Californium er omtrent like vanskelig å oksydere fra tre- til fireverdig som terbium. Californium er også den første av actinidene utenom americium som kan reduseres til toverdig, noe som er karakteristisk for de senere actinidene, og skjer lettere for dem. Et femverdig oksydasjonstrinn ville kunne stabiliseres av det halvfylte 5f-skallet, og leting etter en måte å trylle det fram på foregår, men har ikke vært kronet med hell. Siden actinideionene er større enn de tilsvarende lantanideionene, mens ioneradien minker med atomnummeret i begge seriene, likner californiumforbindelsene mer gadoliniumforbindelsene enn de til dysprosium, som ligger rett over i lantanideserien.

Cf(III)forbindelsene er for det meste klart grønne i fargen. De toverdige er generelt mørkt oransjegule mens californium(IV)fluoridet er lysegrønt og (IV)oksydet svart.

Californiumkjemien i vannløsning dreier seg for det meste om de treverdige ionene. Toverdig californium er ennå ikke registrert i vannløsning og det fireverdige observeres bare når det er stabilisert av visse, svært sterke kompleksdannere, som fosfowolframat. Treverdig californium oppfører seg ganske likt lantanideionene, og hydrolyserer hvis løsningene ikke er nokså sure, men de har en sterkere tendens til å danne komplekser. I forholdsvis svakt sure løsninger (0,1 M HCl) foreligger Cf som hydratiserte ioner, men i sterkere syrekonsentrasjoner (f.eks. 6 M HCl) komplekseres det så mye at det ikke holdes tilbake i et ionebyttermedium. (Ionebytting brukes mye i lantanide- og actinidekjemi, og baserer seg på at de enkelte ionene komplekseres i forskjellig grad til mediet og holdes tilbake, slik at de forskjellige ionene passerer med forskjellig hastighet når løsningen skylles igjennom. Både i lantanide- og actinideseriene skjer en gradvis reduksjon i ionestørrelsen fra La til Lu og Ac til Lr, den såkalte lantanide- og actinidekontraksjonen. Siden de større ionene komplekseres sterkere enn de mindre holdes de mer tilbake og lantanidene og actinidene kommer ut av ionebytterkolonner på en pyntelig rekke, som kan forhåndsberegnes.) Det er funnet eksperimentelle verdier for stabililtet og dannelsesentalpi for en rekke forskjellige komplekser med californium, deriblant fluorid, hydroksyd, sulfat, tiocyanat, acetat, oksalat, laktat, tartrat, malat, sitrat og en rekke andre organiske syreanioner og andre organiske kompleks- og chelatdannere.

Et californiumhydrid kan dannes ved å varme opp metallet med gassen. Produktet er et slags 'utvidet' ikkestøkiometrisk dihydrid, CfH2+x, som er ganske vanlig blant lantanidene og actinidene. I likhet med europium og ytterbium, de to mest utpreget toverdige av lantanidene, danner tilsynelatende ikke californium noe trihydrid.

Californium danner legeringer med lantanidene, men ingen støkiometriske intermetalliske forbindelser. Det danner en forbindelse med tantal, som derfor ikke kan brukes som digelmateriale for californiumeksperimenter, i stedet brukes wolfram.

Californiumoksalat, Cf2(C2O4)3, er som de andre actinideoksalatene ikke løselig i vann og fås som bunnfall når det settes oksalat til en Cf(III)-løsning.

Californiumnitrid, CfN, -arsenid, CfAs og -antimonid, CfSb, har alle vært laget ved å opphete bestanddelene i nærvær av hverandre. De har en kubisk NaCl-struktur, en anelse tettere enn de tilsvarende berkeliumforbindelsene.

Som de andre medlemmene i gruppen lar californium seg forholdsvis lett antenne i luft og brenner til et blandingsvalensoksyd, Cf7O12. Bare med svært sterke oksydasjonsmidler kan det dannes et rent, svart dioksyd, CfO2, mens et blekgrønt seskvioksyd, Cf2O3, noe lettere kan fås av blandingsoksydet ved reduksjon med hydrogen eller karbonmonoksyd ved 850-1000 C. Det er blandingsoksydet som er mest stabilt i luft ved romtemperatur. Men selv dioksydet må oppvarmes til 200 C for at det skal skje en merkbar dekomponering. Det kan også danne dobbeltoksyder som BaCfO3, som er noe mer stabile. For seskvioksydet er det kjent fire forskjellige krystallformer (allomorfer) som er stabile ved forskjellige temperaturer. Alle oksydene viser strukturforandringer og endringer i sammensetningen ved henstand p.g.a. strålingsvirkninger.

Når man tilsetter en Cf(III)-løsning base, felles en uløselig, gelatinaktig substans som formodentlig er et trihydrokayd, Cf(OH)3.

Californium danner 3 støkiometriske sulfider, CfS, Cf2S3 og CfS2, 3 selenider, CfSe, Cf2Se3 og CfSe2, og 3 tellurider, CfTe, CfTe2 og CfTe3, alle ved oppvarming av bestanddelene.

Et sulfat, Cf2(SO4)3, har også vært framstilt.

Trihalogenidene av californium kan lett fås ved å behandle seskvioksydet med hydrogenhalogenider. Det lysegrønne fluoridet, CfF3, er uløselig i vann og har to forskjellige krystallformer ved forskjellige temperaturer (d.v.s. det er dimorft). Alle de andre er lett vannløselige. Kloridet, CfCl3, er dimorft og grønt, bromidet, CfBr3, er grønt og trimorft (har tre krystallformer) mens jodidet, CfI3, bare har en krystallform og er rødoransje. Dihalogenidene, det rødoransje CfCl2, det ravgule CfBr2 og det fiolette CfI2 kan fremstilles av trihalogenidene ved reduksjon med hydrogen. Kloridet trenger hydrogen ved 700 C for å reduseres. De andre noe lavere. Av trihalogenidene er fluoridet det eneste som kan oksyderes til tetrafluorid, CfF4, fortrinnsvis ved behandling med fluor eller klortrifluorid. Tetrafluoridet er en lysegrønn, krystallinsk substans som er lite stabil mot oppvarming og lett dekomponerer til trifluorid. Alle halogenidene unntatt trifluoridet er sterkt hygroskopiske og må beskyttes mot fuktighet. Dihalogenidene tåler heller ikke luftoksygenet. Oksyhalogenidene CfOF, CfOCl, CfOBr og CfOI kan fås av trihalogenidene ved å varme opp med vanndamp til rundt 700 C.

En del dobbelthalogenider kan dannes mellom californium og andre halogenider, eksempel Cs2NaCfCl6.

Som de andre actinidene og også lantanidene danner californium en organometallisk forbindelse med cyklopentadien, Cf(C5H5)3, som er ganske saltaktig og lite kovalent i metall/karbonbindingene. Den kan dannes av en blanding av californium(III)klorid og smeltet cyklopentadienberyllium og isoleres ved å dampes av i vakuum ved 135-200 C. Det er også fremstilt et di-pi-valoyl-metanato-kompleks, som likner de tilsvarende forbindelsene for de andre actinidene og lantanidene.

Analyse:

De fleste californiumisotopene kan identifiseres og kvantifiseres ved hjelp av sin stråling. Riktignok har få av dem særlig karakteristiske gammaenergier og oppdages ikke lett ved gammaspektroskopi. Men den litt mer krevende deteksjonen av karakteristiske alfaenergier er effektiv for alle unntatt de to tyngste, 255 og 256.

Sure løsninger av californiumsalter har karakteristiske absorpsjonsbånd for lys, og disse kan brukes i konsentrasjonsmålinger.

Fremstilling:

Californium er et stykke ut i actiniderekken, og selv om isotopene 249 til 255 produseres daglig i atomreaktorer er mengdene små i de vanlige energiproduserende reaktorene. Makroskopiske mengder kan fås fra spesielle forskningsreaktorer som går lenge med en høy nøytronfluks, og høyfluksisotop-reaktoren (HFIR) ved Oak Ridge National Laboratory i Tennessee i USA produserer idag ca. 500 mg californium i året, det meste som Cf 252. Men siden denne isotopen desintegrerer i 3,09 % av tilfellene ved spontan fisjon, noe som gjør den svært farlig å hanskes med, produseres californium for kjemiske studier ved kjemisk utseparasjon av berkelium 249, som det fås 60 mg av i året fra HFIR. Berkeliumet desintegrerer naturlig til californium 249, og etter en tre års periode er 90 % omdannet. Cf 249 er en forholdsvis behagelig håndterlig isotop med halveringstid 350,6 år, en så godt som ren alfaemitter.

Californium kan forholdsvis lett separeres fra de lettere actinidene, siden det i motsetning til dem ikke lar seg oksydere til fireverdig i vannløsning. De oksyderte actinidene kan så ekstraheres over i et annet medium v.hj.a. en rekke forskjellige spesifikke kompleksdannere. Ionebytting er også aktuelt, og en rekke forskjellige elueringsmidler og byttere har vært prøvd. Di(2-etylheksyl)fosforsyre er brukt i flere, og er for eksempel ypperlig for å separere datterproduktet Cm 248 fra Cf 252 med inert porøst glass som byttermedium. Ionebytting er også den beste måten å fjerne einsteinium og fermium fra et target som er brukt til produksjon av Cf 252.

Californiummetall fremstilles best ved å redusere et oksyd med thorium eller lantan. Californium er relativt flyktig, og når denne reaksjonen utføres i vakuum ved høy temperatur kan californiumdampen destilleres fra og samles opp i en dertil egnet innretning.

Destillasjon er forøvrig også en brukbar måte å separere californium fra en actinideblanding på hvis man har fått redusert den til metallfase, p.g.a. det lavere kokepunktet til californium.

Demonstrasjonsforsøk:

Californium 252 brukes en del som nøytronkilde, og hvis en slik kan anskaffes kan det være interessant å demonstrere indusert radioaktivitet med den. Ta to like gjenstander av gull (de to lettest induserbare av de vanlige bruksgrunnstoffene er faktisk gull og sølv, og gullet gir den reneste og best håndterlige aktiviteten). Utsett den ene for en vanlig strålingskilde og den andre for Cf 252 av samme strålingsstyrke. Bruk en geigerteller og registrer at den ene ikke er påvirket mens den andre er blitt radioaktiv. Hvis telleren gir numeriske avlesninger går det også an å vise at strålingen avtar med en halveringstid på 2,6935 dager. Ved riktig behandling vil ikke gulltingen bli så radioaktiv at den blir farlig å håndtere, og på en måneds tid er aktiviteten helt forsvunnet igjen. Hvis man ikke vil bruke gull går det fint med wolfram, som finnes i kulepennspisser og i glødetråden i noen lyspærer. Halveringstiden er her 23,8 dager. Med wolfram produseres også noen små mengder av andre, mer langtlevende isotoper, men så lite at de normalt ikke vil merkes.

Noen Californiumforbindelser:

Californium(III)oksyd (california??), blekgrønne, kubiske krystaller, sm.p. 1750 C, tetthet 11,39 g/cm3. Overgang til en monoklin krystallform skjer ved 1100 C, og ved 1700 C skjer overgangen til en heksagonal form.

Californiumdibromid, ravgule tetragonale krystaller, tetthet 7,22 g/cm3. Sterkt hygroskopisk, oksyderes til oksybromid av luft.

Californiumtriklorid, grønne, heksagonale krystaller, sm.p. 545 C, tetthet 6,12 g/ml. En rombisk krystallform eksisterer ved høy temperatur. Sterkt hygroskopisk. Løses lett i vann.

Californiumtetrafluorid, lysegrønne, monokline krystaller, tetthet 7,57 g/cm3. Dekomponerer lett til trifluorid. Blandingsforbindelser med alkalifluorider av typen NaCfF5, K2CfF6, Rb3CfF7 og Cs7Cf6F31 stabiliserer oksydasjonstrinnet og burde være mulige å lage, men har ennå ikke blitt rapportert. Lyst til å forsøke?

BIOLOGI
Alle californiumisotopene er nokså sterkt radioaktive og farlige strålingsgifter. De fleste avgir alfapartikler og er derfor særlig farlige ved inntak, mens de spontanfisjonerende 252- og 254-isotopene er ultrafarlige. Anbefalte maksimalverdier for Cf 249 er 1,3 Bq/ml i vann og i luft 0,00000017 Bq/ml. For Cf 250 er tallene 3 og 0,0000007, for Cf 252 2,5 og 0,0000007. Sistnevnte tall tilsvarer bare 58 Cf 252-atomer på den kvadratcentimeteren med luft.

Etter inntak vil californiumet raskt konsentrere seg i leveren hvor det innesluttes i lysosomer og kan finnes assosiert med ferritin, et protein som vanligvis fungerer som jernlager, og med lipofuscin, et gulbrunt pigment som til vanlig samles opp i aldrende celler. Noe av det skilles ut i gallen og kommer ut i avføringen. Forholdsvis mye (ca. 25 %) transporteres til beinsubstansen, hvor det vil finnes lagret på overflaten. Skader på den blodproduserende beinmargen vil forekomme.

UTNYTTELSE
Californium 252 er den eneste isotopen som har noen anvendelse. Siden 3,09 % av de radioaktive desintegrasjonene skjer ved spontanfisjon frigjøres det en del nøytroner, og disse kan utnyttes på forskjellige måter. Et mikrogram Cf 252 frigjør hvert sekund 2400000 nøytroner. Denne isotopen er den eneste kommersielt tilgjengelige som kan bli fabrikkert til små bærbare nøytronkilder som produserer en rimelig høy fluks av nøytroner over en brukbar tidsperiode. Siden de først ble tilgjengelige i 1975 har de funnet overraskende mange anvendelser. Den største er nok til reaktoroppstartoperasjoner og sjekking av brenselstavene før de tas i bruk i reaktoren.

Nytronaktiviseringsanalyse kan gjøres med en Cf-252-kilde uten å frakte prøvene til bestråling i reaktorer, særlig effektivt er det for gull- og sølvleting, siden disse metallene er så mye lettere aktiviserbare enn de fleste andre. Men også renhetskontroll av kull og olje og andre former for malmanalyse gjøres med denne metoden, som er uhyre følsom og velegnet i særdeleshet for sporstoffanalyse. Andre bruksområder for nøytronkildene er i strålingsterapi og i nøytronradiografi hvor nøytronene lager en slags røntgenbilder av forskjellige gjenstander som i noen tilfeller kan fortelle mer enn vanlige røntgenbilder. Dessuten har de vært brukt i fuktighetsdetektorer.

Det er ikke bare nøytronene som kan brukes heller, for kjernefragmentene etter den spontane fisjonen har som andre fisjonsfragmenter meget høy energi, og et utstrakt bruk for Cf 252 har blitt i massespektrometrien, hvor fisjonsfragmentene ioniserer og slår fri molekyler med så høy molekylvekt, f.eks. proteiner, at de ikke kan analyseres ved vanlig massespektrometri. Massespektrometri foregår vanligvis ved at det stoffet som skal analyseres eller separeres fordampes, ioniseres og så akselereres gjennom magnetfelt. Massen bestemmer så hvor mye de blir avbøyd i feltene.

I actinidekjemien utnyttes også Cf 252 som kilde for Cm 248, som er produktet av alfadesintegrasjonen som skjer i 96,91 % av tilfellene. Dette er en langtlevende curiumisotop (h.-tid 339700 år) som er praktisk for curiumstudier. Den er lettere å lage forholdsvis ren på denne måten enn ved å separere den fra de andre curiumisotopene etter en reaktorkjøring. Etter en tiårsperiode er nærmere 95 % av alt Cf 252 naturlig omdannet.

Hovedkilder:

Prof.dr.phil. Haakon Haraldsen (Asch.konv.leks.5.utg.b.3)
CRC Handbook of Chemistry and Physics, 57th ed. 1976-77.
Richard G. Haire i "The Chemistry of the Actinide Elements" Chapman & Hall, London-New York 1986.
"Actinides in Perspective" ed. Norman M. Edelstein, Pergamon Press, Oxford 1981.
W.Seelmann-Eggebert, G.Pfennig, H.Münzel, H.Klewe-Nebenius "Karlsruher Nuklidkarte," 5. Auflage 1981, Institut für Radiochemie, Kernforschungszentrum Karlsruhe.
Glenn T. Seaborg "The Transuranium Elements" Yale University Press, Addison-Wesley Publishing Co., Inc., Reading, Massachusetts, 1958.

:-) LEF

Hei, psst:

"Timothy Leary's dead.

No, no, he's just outside, looking in."