Californio

El californio es un elemento químico radiactivo con sím-bolo Cf y número atómico 98. Este elemento fue obteni-do por primera vez en la Universidad de California enBerkeley en 1950 bombardeando curio con partículas al-fa —iones de helio-4—. Es un elemento actínido, el sex-to de los elementos transuránicos en ser sintetizado, ytiene la segunda mayor masa atómica de todos los ele-mentos que han sido producidos en cantidades suficien-temente grandes para ser visto a simple vista, después deleinstenio. El nombre del elemento se debe a California yla Universidad de California. Es el elemento más pesadoque se produce en la Tierra de forma natural; los elemen-tos de mayor masa atómica solo pueden ser producidosmediante síntesis.Existen dos estructuras cristalinas para el californio a pre-sión normal: una por encima y otra por debajo de los 900°C. A altas presiones aparece una tercera forma. El cali-fornio pierde su brillo lentamente en contacto con el airea temperatura ambiente. Los compuestos del californiotienen en su mayoría una forma química del elemento,denominada californio (III), la cual puede participar entres enlaces químicos. De los veinte isótopos conocidosdel californio, el más estable es el californio-251, que tie-ne una vida media de 898 años. Esta vida media tan cortaimplica que no se encuentren cantidades significativas deeste elemento en la corteza terrestre.[nota 1] El californio-252, con una vida media de 2,64 años, es el isótopo usa-do más común y es producido en el Laboratorio NacionalOak Ridge en los Estados Unidos y en el Instituto de In-vestigación de Reactores Atómicos en Rusia.El californio es uno de los pocos elementos transuráni-cos que tiene aplicaciones prácticas. La mayor parte deestas usan las propiedades de ciertos isótopos del cali-fornio para emitir neutrones. Por ejemplo, se puede usarpara ayudar a encender reactores nucleares y como fuen-te de neutrones en el estudio de materiales mediante ladifracción de neutrones y espectroscopía de neutrones.También se puede usar en la síntesis nuclear de elemen-tos de mayor masa; el ununoctio —elemento 118— fuesintetizado bombardeando átomos de californio-249 coniones de calcio-48. Cuando se trabaja con californio hayque tener en cuenta consideraciones radiológicas así co-mo la capacidad de este elemento para interrumpir la pro-ducción de glóbulos rojos por bioacumulación en el tejidoóseo.

1 Características

1.1 Propiedades físicas

El californio es un metal actínido[10] de color blanco pla-teado con un punto de fusión de 900 ± 30 °C y un puntode ebullición estimado de 1745 °C.[11] El metal puro esmaleable y puede ser cortado fácilmente con una cuchillade afeitar. El californio metálico empieza a evaporarsepor encima de los 300 °C en el vacío.[12] Por debajo de 51K (−220 °C) es ferromagnético o ferrimagnético —actúacomo un imán—, entre 48 y 66 K es antiferromagnético—un estado intermedio— y por encima de los 160 K(−110 °C) es paramagnético, por lo que puede convertirseen magnético gracias a campos magnéticos externos.[13]Forma aleaciones con metales lantánidos, aunque se tie-nen pocos conocimientos sobre ello.[12]

El elemento posee dos formas cristalinas a presión atmos-férica: una forma doble-hexagonal compacta llamada alfa(α) y una forma cúbica centrada en las caras llamada beta(β).[nota 2] La forma α tiene lugar por debajo de los 900 °Ccon una densidad de 15,10 g/cm3 y la β se da por encimade los 900 °C con una densidad de 8,74 g/cm3.[15] A 48GPa de presión, la forma β cambia a un sistema cristalinoortorrómbico debido a la deslocalización de los electrones5f de los átomos, que rompe los enlaces.[16][nota 3]

El módulo de compresibilidad del californio es de 50 ± 5GPa, que es similar al de losmetales lantánidos trivalentespero menor que el de la mayoría de los metales comunes,como el del aluminio (70 GPa).[16]

1.2 Propiedades químicas y compuestos

El californio puede tener valencia 2, 3 o 4.[15] Se cree quesus propiedades químicas son similares a las de otros ele-mentos actínidos de valencia 3+[18] y a las del disprosio,que es el lantánido situado encima del californio en la ta-bla periódica.[19] El elemento pierde brillo lentamente encontacto con el aire a temperatura ambiente, tanto másrápido cuanto más se incrementa la humedad.[15] El ca-lifornio reacciona cuando se calienta en una mezcla conhidrógeno, nitrógeno o un calcógeno—elemento de la fa-milia del oxígeno—. Las reacciones con hidrógeno secoy con ácidos minerales acuosos son rápidas.[15][nota 5]

El californio sólo es soluble en agua en su forma de catióncalifornio (III). Los intentos de reducción-oxidación delion +3 en solución han fracasado.[19] El elemento formauna solución soluble en agua en forma de cloruro, nitrato,perclorato y sulfato y se precipita en forma de fluoruro,oxalato o hidróxido.[18]

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2 2 HISTORIA

1.3 Isótopos

Se caracterizaron 20 radioisótopos del californio. Losmás estables son: el californio-251, con una vida mediade 898 años; el californio-249, con una vida media de351 años; el californio-250, con una vida media de 13,08años; y el californio-252, que tiene una vida media de2,645 años.[9] El resto de los isótopos tienen vidas me-dias menores a un año, no llegando la mayoría de ellas a20 minutos.[9] El número másico de los isótopos del cali-fornio se encuentra en un rango entre 237 y 256.[9]

El californio-249 se forma a partir de la desintegraciónbeta del berkelio-249mientras que otros isótopos del cali-fornio son formados sometiendo al berkelio a radiacionesde neutrones intensas en un reactor nuclear.[19] A pesarde que el californio-251 es el isótopo con la mayor vidamedia, su rendimiento de producción es de sólo un 10%debido a su tendencia a recoger neutrones —alta capturaneutrónica— y su tendencia a interactuar con otras partí-culas —elevada sección transversal de neutrones—.[21]

El californio-252 es un fuerte emisor de neutrones,lo que lo convierte en extremadamente radiactivo ypeligroso.[22][23][24] El 96,9% de las veces, el californio-252 se ve sometido a desintegración alfa —que supone lapérdida de dos protones y dos neutrones— para formarcurio−248, mientras que el 3,1% restante de las desin-tegraciones son fisiones espontáneas.[9] Un microgramo(µg) de californio-252 emite 2,3 millones de neutronespor segundo, un promedio de 3,7 neutrones por cada fi-sión espontánea.[25] La mayor parte de los restantes isóto-pos se desintegran en curio —con número atómico 96—mediante desintegración alfa.[9]

2 Historia

El ciclotrón de 1500 mm de diámetro usado para sintetizar cali-fornio por primera vez.

Los investigadores de física Stanley G. Thompson,Kenneth Street, Jr., Albert Ghiorso y Glenn T. Seaborgsintetizaron por primera vez californio en la Universidad

de California, Berkeley alrededor del 9 de febrero de1950.[26] Fue el sexto elemento transuránico en ser des-cubierto; el equipo anunció su descubrimiento el 17 demarzo de 1950.[27][28][29]

Para producir californio bombardearon con partículas al-fa de 35 MeV una muestra de curio-242 del orden de losmicrogramos, en un ciclotrón de 1500 mm de diámetroen Berkeley, California, lo que produjo como resultadocalifornio-245 y un neutrón libre (n).[26]

24296Cm + 42He → 24598Cf + 10n

En este experimento solo se produjeron unos 5000 áto-mos de californio[30] que tuvieron una vida media de 44minutos.[26]

Los descubridores pusieron nombre al nuevo elementopor California y la Universidad de California. Al ponereste nombre rompieron el convenio que se usó para nom-brar los elementos del 95 al 97, que se inspiraron en elnombre de los elementos directamente encima de ellos enla tabla periódica.[31][nota 6] Sin embargo, el elemento di-rectamente encima del elemento 98 en la tabla periódica,disprosio, tiene un nombre que significa «difícil de con-seguir en» por lo que los investigadores decidieron dejara un lado el convenio.[33] Agregaron que «lo mejor quepodemos hacer es señalar [que] ... los buscadores de haceun siglo encontraban difícil llegar a California».[32]

La primera vez que se obtuvieron cantidades apreciablesde californio fueron producidas mediante la irradiaciónde plutonio en el reactor de ensayos con materiales delLaboratorio Nacional de Idaho; estos resultados fueronpublicados en 1954.[34] En estas muestras se observó laalta tasa de fisión espontánea del californio-252. El pri-mer experimento con californio en forma concentrada tu-vo lugar en 1958.[26] Los isótopos de californio entre 249y 252 fueron aislados el mismo año a partir de una mues-tra de plutonio-239 que había sido irradiada con neutro-nes en un reactor nuclear durante cinco años.[10] Dos añosmás tarde, en 1960, Burris Cunningham y James Wall-man del Lawrence Berkeley National Laboratory de laUniversidad de California crearon los primeros compues-tos de californio: tricloruro de californio, oxicloruro decalifornio y óxido de californio, tratándolo con vapor yácido clorhídrico.[35]

El Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) del Labo-ratorio Nacional Oak Ridge empezó a producir pequeñoslotes de californio en la década de 1960.[36] En 1995, elHFIR producía 500 mg de californio al año.[37] Para laproducción de californio se utilizó plutonio suministradopor Reino Unido a los Estados Unidos bajo el Acuerdo dedefensa mutua entre los Estados Unidos y el Reino Unidode 1958.[38]

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La Comisión de Energía Atómica de Estados Unidosvendió californio-252 a clientes industriales y académi-cos a principios de la década de 1970 por 10 dólaresel microgramo[25] y enviaron una media de 150 mg decalifornio-252 cada año desde 1970 hasta 1990.[39][nota 7]El californio metálico fue preparado por primera vez en1974 por Haire y Baybarz quienes redujeron óxido de ca-lifornio (III) con lantano metálico para obtener unas pe-lículas gruesas de unos miligramos.[40][41][nota 8]

3 Existencia

Las pruebas nucleares han contaminado el medio ambiente contrazas de californio. En la imagen, prueba nuclear Baker (1946).

En la Tierra existen cantidades muy pequeñas de ca-lifornio debido a las reacciones de captura neutrónicay desintegración beta en depósitos uraníferos altamenteconcentrados.[43][44] Se pueden encontrar trazas de cali-fornio cerca de las instalaciones que usan el elemento enprospecciones minerales y en tratamientos médicos.[45]El elemento es bastante insoluble en agua, pero se adhie-re con facilidad al suelo, y las concentraciones en el suelopueden ser 500 veces más altas que en el agua que rodealas partículas del suelo.[43]

Las pruebas nucleares atmosféricas anteriores a 1980han contribuido con pequeñas cantidades de californioal medio ambiente.[43] Se han observado isótopos de ca-lifornio con números másicos 249, 252, 253 y 254 enel polvo radiactivo recogido del aire después de unaexplosión nuclear.[46] El californio no es uno de los prin-cipales radionucléidos en las instalaciones heredadas porel Departamento de Energía de los Estados Unidos ya queno fue producido en grandes cantidades.[43]

Una vez se informó de que se había encontrado californioen el espectro de una supernova, pero posteriormente seconsideró que la identificación fue incorrecta.[47]

4 Producción

El californio es producido en reactores nucleares y enaceleradores de partículas.[48] El californio-250 se pro-duce bombardeando berkelio−249 con neutrones, queforma berkelio-250 mediante captura neutrónica (n,γ) y

este, a su vez, se transforma rápidamente en californio-250 por desintegración beta (β−) mediante la siguientereacción:[49]

24997Bk(n,γ)25097Bk → 25098Cf + β−

El bombardeo de californio-250 con neutrones producecalifornio-251 y californio-252.[49]

La irradiación prolongada de americio, curio y plutoniocon neutrones produce miligramos de californio-252 ymicrogramos de californio-249.[50] A partir de 2006, seirradian los isótopos de curio entre 244 y 248 con neutro-nes en reactores especiales para producir principalmentecalifornio-252 con cantidades menores de isótopos entre249 y 255.[51]

El californio-252 se encuentra disponible para usocomercial en cantidades de miligramos a través dela Comisión Reguladora Nuclear de Estados Uni-dos.[48] Solo dos instalaciones producen californio-252,el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Estados Unidosy el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos enRusia. A partir de 2003, estos dos sitios producen 0.25 gy 0.025 g de californio-252 por año, respectivamente.[52]

Se producen tres isótopos de californio con vidas me-dias significativas. Durante el proceso de producción eluranio-238 requiere 15 capturas de neutrones sin pro-ducirse la fisión nuclear o la desintegración alfa.[52] Elcalifornio-253 se obtiene al final de la cadena de pro-ducción que comienza con uranio-238, incluye variosisótopos de plutonio, americio, curio, berkelio y los isó-topos de californio entre 249 y 253 —ver el diagrama—.

5 Aplicaciones

El californio-252 tiene aplicaciones especializadas comoun fuerte emisor de neutrones y cada microgramo decalifornio puro produce 139 millones de neutrones porminuto.[25] Esta propiedad hace que el californio sea útilcomo fuente inicial de neutrones para algunos reactoresnucleares[15] y como fuente de neutrones portátil —nobasada en reactor— en el análisis por activación neu-trónica para detectar pequeñas cantidades de elementosen muestras.[55][nota 9] Los neutrones del californio sonempleados para tratar ciertos tipos de cáncer cervical ytumores cerebrales cuando otras técnicas de radioterapiano resultan efectivas.[15] Ha sido usado en aplicacioneseducacionales desde 1969 cuando el Instituto de Tec-nología de Georgia recibió un préstamo de 119 µg decalifornio-252 de la Savannah River Plant.[57] Tambiénse utiliza en analizadores de carbón y analizadores de ma-teriales a granel en la industria del carbón y el cemento.La penetración de los neutrones en los materiales hace

4 7 NOTAS

Un contenedor de 50 toneladas construido en el LaboratorioNacional Oak Ridge que puede transportar hasta 1 gramo de252Cf.[53] Se necesitan contenedores grandes y fuertemente blin-dados para evitar la liberación de material altamente radiactivoen caso de accidente.[54]

que el californio sea útil en instrumentos de deteccióncomo los escáneres de barras de combustible nuclear;[15]radiografía neutrónica de aeronaves y componentes dearmas para detectar la corrosión, malas soldaduras, grie-tas y humedad acumulada;[58] y en detectores de meta-les portátiles.[59] Los medidores de humedad de neutro-nes usan californio-252 para encontrar agua y capas depetróleo en los pozos de petróleo, como fuente portá-til de neutrones en las prospecciones de oro y plata pa-ra el análisis in situ[19] y para detectar el movimiento deagua subterránea.[60] Los principales usos del californio-252 en 1982 eran, en orden de uso: puesta en marchade reactores (48,3%), escáneres de barras de combusti-ble nuclear (25,3%) y análisis por activación (19,4%).[61]En 1994 la mayoría del californio-252 era usado en ra-diografía neutrónica (77,4%); los escáneres de barras decombustible nuclear (12,1%) y la puesta en marcha dereactores (6,9%) tenían importancia pero ocupaban usossecundarios.[61]

El californio-251 tiene una masa crítica muy pequeña —unos 5 kg—,[62] es muy letal y en un corto periodo detiempo vuelve tóxico el medio ambiente. Esto ha dadolugar a algunas afirmaciones exageradas sobre los posiblesusos del elemento.[nota 10]

El californio también ha sido usado para producir otroselementos transuránicos; por ejemplo, el lawrencio fuesintetizado por primera vez en 1961 bombardeando ca-

lifornio con núcleos de boro.[64] En octubre de 2006, in-vestigadores del Instituto Central de Investigaciones Nu-cleares en Dubná, Rusia anunciaron que habían identi-ficado tres átomos de ununoctio —elemento 118— co-mo resultado de bombardear californio-249 con calcio-48, produciendo el elemento más pesado que se ha con-seguido sintetizar. El experimento contenía unos 10 mgde californio-249 depositados en un papel de titanio de32 cm2 de área.[65][66][67]

6 Precauciones

El californio se bioacumula en el tejido óseo y libera ra-diación que interrumpe la capacidad del cuerpo para pro-ducir glóbulos rojos.[68] El elemento no tiene un rol bio-lógico en ningún organismo debido a su radiactividad in-tensa y la baja concentración en el medio ambiente.[45]

Puede entrar en el cuerpo por la ingestión de comidas obebidas contaminadas o por respirar aire con partículassuspendidas de este elemento. Una vez en el cuerpo, soloel 0,05% del californio alcanzará el torrente sanguíneo.Aproximadamente el 65% de este californio será depo-sitado en el esqueleto, el 25% en el hígado y el resto enotros órganos o excretado, principalmente en la orina. Lamitad del californio depositado en el esqueleto y en elhígado desaparece en 50 y 20 años respectivamente. Elcalifornio en el esqueleto se adhiere a la superficie delhueso antes de migrar lentamente a todo el hueso.[43]

El elemento es más peligroso si se encuentra dentro delcuerpo. Además, el californio-249 y el californio-251pueden causar daños en los tejidos externos por la emi-sión de rayos gamma. La radiación ionizante emitida porel californio acumulado en los huesos y el hígado puedeprovocar cáncer.[43]

7 Notas[1] La Tierra se formó hace unos 4540 millones de años y el

grado de emisión natural de neutrones que pueden produ-cir los isótopos más estables del californio es muy limita-do.

[2] Una celda unitaria doble-hexagonal compacta (dhcp) con-siste en dos estructuras hexagonales compactas que com-parten un plano hexagonal, dando a la dhcp una secuenciaABACABAC.[14]

[3] Los tres elementos transplutónicos de menor masa−americio, curio y berkelio- requieren una presión muchomenor para deslocalizar sus electrones 5f.[16]

[4] Los otros estados de oxidación +3 incluyen el sulfuro y elmetaloceno.[17] Los compuestos que están en el estado deoxidación +4 son agentes oxidantes fuertes y aquellos queestán en el estado +2 son agentes reductores fuertes.[10]

[5] Sólo el californio-249 es adecuado para estudiosquímicos.[20]

5

[6] El europio, en el período 6, situado encima del elemento95, fue nombrado debido al continente en el que fue des-cubierto, así que el elemento 95 fue nombrado americio.El elemento 96 fue nombrado por Marie Curie y PierreCurie como análogo a la denominación de gadolinio, quefue nombrado por el científico e ingeniero Johan Gado-lin. El terbio fue nombrado debido a la ciudad en la quefue descubierto, así que el elemento 97 fue nombradoberkelio.[32]

[7] La Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos(NRC) reemplazó a la Comisión de Energía Atómicacuando se implantó la Ley de Reorganización de Ener-gía de 1974. El precio del californio-252 fue aumentadovarias veces por la NRC y en 1999 costaba 60 dólares pormicrogramo. Este precio no incluía el coste de encapsula-ción y transporte.[25]

[8] En 1975, otro documento indicaba que el metal de cali-fornio preparado el año anterior había sido el compuestohexagonal Cf2O2S y el compuesto cúbico centrado en lascaras CfS.[42] El trabajo de 1974 fue confirmado en 1976y continuaron investigando este metal.[40]

[9] En 1990, el californio-252 ya había sustituido a las fuentesde neutrones de plutonio-berilio debido a su menor tama-ño y menor generación de calor y gas.[56]

[10] Un artículo titulado «Verdades y mentiras de la TerceraGuerra Mundial» en el número de julio de 1961 de la re-vista Popular Science, decía «Una bomba atómica de cali-fornio no necesita ser más grande que una bala de pistola.Se puede construir una pistola de seis tiros que disparebalas que explotan al contacto con una fuerza de 10 tone-ladas de TNT.»[63]

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10 Enlaces externos

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• Wikcionario tiene definiciones y otra informa-ción sobre californio.Wikcionario

• NuclearWeaponArchive.org – Californium (en in-glés)

• Hazardous Substances Databank – Californium, Ra-dioactive (en inglés)

• WebElements.com – Californium (en inglés)

• EnvironmentalChemistry.com –Californium (en in-glés)

• Los Alamos National Laboratory – Californium (eninglés)

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