Kaliforniyum: Dünyadaki En Pahalı İkinci Madde

Kaliforniyum, mikrogramı en az 60 dolar olan dünyanın en pahalı ikinci maddesidir. Doğada bulunmaz. Sentetik ve kullanışlı aktinit bir elementtir.

Kaliforniyum, doğada bulunmayan sentetik bir aktinittir. Sentetik olmasına rağmen oldukça kullanışlı bir elementtir. Nükleer reaktörlerde başlangıç nötron kaynağıdır. Yüksek oranda nötron üretme özelliği vardır. Bu özelliği, kaliforniyumu önemli elementler arasına alıyor. Kaliforniyum, yüksek atom ağırlığına sahip elementler arasında aynştaynyum elementinden sonra gözle görülebilir miktarda üretilebilen ikinci elementtir. Dünyadaki en pahalı ikinci madde olduğu belirtiliyor. Adını, ilk sentezlendiği Kaliforniya Üniversitesi’nden alır. Kaliforniya’yı tanıyabilirsiniz; ancak elementi ile tanışmak isterseniz makalemize göz atabilirsiniz.

(Soldan Sağa: Kenneth Street, Jr., Stanley G. Thompson, Glenn T. Seaborg ve Albert Ghiorso)

Tarihçesi

Kaliforniyum, ilk olarak 9 Şubat 1950 tarihinde Amerikalı kimyagerler Gleen T. Seaborg, Albert Ghiorso, Stanley G. Thompson ve Kenneth Street tarafından Berkeley Kaliforniya Üniversitesi laboratuarlarında sentezlenmiştir.

İlk sentez çalışmalarında “siklotron” adı verilen 60 inç yarıçapı bulunan hızlandırıcı kullanılmıştır. Kaliforniyum sentezi, 1 mikrogram Küriyum-242 hedefinin alfa parçacıkları (helyum iyonları) ile siklotronda bombardımana tutulması sonucu gerçekleşmiştir. Sentezde, Kaliforniyum-245 izotopu ve 1 serbest nötron elde edildi. İlk deneyde, yarılanma ömürleri 44 dakika olan 5 bin kaliforniyum atomu üretildi.

Kaliforniyumun tarihi süreci ile ilgili şu sıralamayı yapabiliriz;

• Altıncı uranyum ötesi element olan kaliforniyumun keşfi, 17 Mart 1950 tarihinde duyuruldu.
• 1954 yılında, tartılabilir miktarda ilk kaliforniyum üretimi yapıldı.
• 1958 yılında, konsantre kaliforniyum üzerindeki ilk deneyler yapıldı.
• 1960 yılında, Kaliforniya Üniversitesi’nden iki bilim adamı, ilk kaliforniyum bileşiklerini elde etti. Bu bileşikler; kaliforniyum triklorür, kaliforniyum oksiklorür ve kaliforniyum oksittir.
• 1960 yılında, Tennessee eyaletindeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda toplu halde kaliforniyum üretimine başlandı.
• 1965 yılından bu yana bu laboratuvarda her yıl 500 miligram kaliforniyum sentezlenmektedir.
• 1958 yılında Amerika’da, İngiltere’den alınan plütonyum, kaliforniyum üretiminde kullanıldı.
• 1970’li yıllarda Amerika Atom Enerjisi Komisyonu, endüstriyel ve akademik tüketicilere mikrogramı 10 dolardan Kaliforniyum-252 satışı yaptı.
• 1974 yılında, ilk kez kaliforniyum metali hazırlandı.
• 2006 yılında Rusya Dubna’daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü’nde Kaliforniyum-249 izotopunun Kalsiyum-48 iyonlarıyla bombardımanı sonucu periyodik tablonun en ağır ve son elementi oganesson sentezlendi.

“Kaliforniyum” kelimesi, keşfedildiği Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’ne atfen türetilen bir sözcüktür. Yeni elementin ismi, keşif ekibi tarafından önerilmiştir. Fizik ve kimya alanında dünyada ün salmış ender üniversitelerden biri olan Kaliforniya Üniversitesi, Amerika’nın en kalabalık eyaleti Kaliforniya’nın San Francisco kentine bağlığı Berkeley ilçesinde bulunuyor. 10 farklı kentte kampüsü olan üniversitenin fizik ve kimya araştırmalarının yapıldığı kampüsü Berkeley’de yer alıyor.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Kaliforniyumun kimyasal sembolü “Cf”dir. Atom numarası 98, atom ağırlığı 251’dir. Yoğunluğu, 15,1 grcm3’tür. Erime noktası 900 derece, kaynama noktası (tahmini) 1470 derecedir. Atom yarıçapı 186 pm’dir. 98 proton, 153 nötron içerir. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 28, 8, 2” şeklindedir. Oksidasyon durumları “+2, +3 ve +4” şeklindedir. Normal basınç altında 900 derecenin üzerinde ve altında iki farklı kristal yapıda bulunur. Bunlar; çift-hekzagonal sıkı paket ve yüzey merkezli kübik yapılardır. Yüksek basınç altında ortorombik kristal sisteme dönüşür. Gümüşî beyaz görünümlü katı bir metaldir. Saf metal formu yumuşaktır, bıçakla kesilebilir. Metal kaliforniyum; -220 derecenin altındaki sıcaklıklarda ferromanyetik, -225 ila -207 derece arasında antiferromanyetik, -110 derecenin üzerinde ise paramanyetiktir. Yani, -110 derece üzerinde herhangi bir manyetik alanda mıknatıslanma özelliği kazanır.

Periyodik tabloda 7. Periyot, F-Blok elementlerinden biridir. Aktinit element serisinde yer alan oldukça radyoaktif bir metaldir. Aktinit serisinin dokuzuncu üyesidir. Uranyum ötesi (transuranyum) elementler arasında da sentezlenen altıncı elementtir. Periyodik tabloda lantanitler arasında yer alan disprosyum, yapısal analogudur. Metalik formu, kimyasal özellikleri bakımından amerikyum, küriyum, berkelyum metalleri ve çoğu lantanit metallerle benzerlik gösterir.

Kaliforniyum, oda sıcaklığında hava ile temas ederse matlaşır. Lantanit metalleri alaşım oluşturabilir. Oksijen grubu elementler (kalkojen), hidrojen ve azot ile ısıtıldığında tepkimeye girer. Kuru hidrojen ve sulu mineral asitleri ile hızla tepki verir. Suda çözünebilir klorür, nitrat, perklorat ve sülfat oluşturur. Renkli bileşikler oluşturur. Örneğin; kaliforniyum (II) iyodür koyu mor, kaliforniyum (III) florür parlak yeşil, kaliforniyum (III) oksit sarı-yeşil renktedir.

(Soldan Sağa: Kaliforniyum bromür bileşiği, 20 miligramlık platin disk üzerindeki beyaz nokta kaliforniyum, 0,3 mikrogramlık kaliforniyum oksiklorür, kaliforniyum metali...)

İzotopları

Kaliforniyum, doğada bulunmaz. Bütün izotopları yapay olarak sentezlenebilir. Uranyum cevherlerinin nükleer bozunma zincirinde birkaç dakikalığına gözlenebileceği öngörülüyor. Nükleer denemelerin yapıldığı bölgelerde, nükleer facia yaşanan yerlerde, mineral araştırmalar ve tıbbi tedavi tesisleri atıklarında küçük miktarlarda bulunabilmektedir.

Atom kütle numaraları 237 ila 256 arasında değişen 20 izotopu karakterize edilmiştir. En yaygın kullanılan izotopu Cf-252’dir. En kararlı ve uzun ömürlü izotopu Cf-251, 898 yıl yarılanma ömrüne sahiptir. Kaliforniyumun bazı izotopları ve yarılanma ömürleri şöyledir; Cf-248 (333,5 gün), Cf-249 (352 yıl), Cf-250 (13,08 yıl), Cf-251 (898 yıl), Cf-252 (2,64 yıl), Cf-253 (17,81 gün), Cf-254 (60,5 gün). Diğer izotoplarından bir kısmının yarılanma ömürleri 1 yıldan az; çoğunun 20 dakikadan kısadır.

Kaliforniyum izotoplarının çoğu, berkelyumun nötron bombardımanına tutulmasıyla elde edilir. Cf-249, Berkelyum-249’un beta bozunum zincirinin bir ürünüdür. Cf-252, çok güçlü bir nötron yayıcıdır. Cf-252, yarılanma ömrünün yüzde 96,9’unda alfa bozunumuna uğrayarak Küriyum-248 izotopunu oluşturur. Kalan yüzde 3,1’lik zaman diliminde de kendiliğinden fisyona uğrar. Cf-254, yalnızca kendiliğinden fisyona uğrar. Diğer izotoplarının büyük bir bölümü, alfa bozunumu ile küriyum izotoplarına dönüşür.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Kaliforniyum, pratik uygulaması bulunan birkaç uranyum ötesi elementten biridir. Uygulamaların çoğunda kaliforniyumun nötron yayma özelliğinden faydalanılmaktadır. Nükleer reaktörler için kullanışlı bir başlangıç nötron kaynağıdır. Nötron yayıcı ve nötron spektroskopi kullanılarak yapılan araştırmalarda da nötron kaynağı olarak faydalanılır. Ayrıca, daha ağır elementlerin sentezinde de kaliforniyum izotopları rol oynar. Örneğin, oganesson elementi, Cf-249 atomunun Kalsiyum-48 iyonları ile bombardımanı sonucu sentezlenebilir. Kaliforniyum, ayrıca, bazı numunelerde eser miktarda bulunan elementlerin miktarının belirlenmesi için nötron aktivasyon analizinde portatif (taşınabilir) bir nötron kaynağıdır. Kaliforniyum nötronları, rahim ağzı kanseri, beyin tümörü tedavilerinde de kullanılabilmektedir.

Kaliforniyum ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; yakıt çubuğu tarayıcıları, nötron radyografisi, taşınabilir metal dedektörler, nem ölçme cihazları, altın ve gümüş madenlerindeki analizler, yer altı sularının tespiti, petrol kuyuları logları, kalınlık ölçme cihazları, tıbbi araştırmalar…

(Atom, elektron, nötron...)

Bunları Biliyor Musunuz?

• Kaliforniyum, dünyadaki en pahalı ikinci maddedir. Cf-249’un mikrogramı 160 dolar, Cf-252’nin mikrogramı 60 dolardır. Bazı kaynaklara göre de, Kaliforniyum-252 izotopunun gramı 27 milyon dolardır (Yaklaşık 95 milyon lira).
• Dünyadaki en pahalı madde olduğu belirtilen “antimatter”in 1 gramı, 62 trilyon dolardır.
• Kaliforniyum, günümüzde ABD’nin Tennessee eyaletindeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve Rusya’daki Atom Reaktörleri Araştırma Enstitüsü’nde üretilmektedir.
• Kaliforniyum, toksiktir ve yüksek radyoaktivite içeren bir elementtir. Kemiklerde birikerek dokulara zarar verebilir. Ayrıca kandaki alyuvarların oluşumunu engeller veya yapılarını bozar.
• Kaliforniyumun son derece radyoaktif, en tehlikeli ve en zararlı izotopu, yüksek oranda nötron yayma özelliği bulunan Cf-252’dir.
• Cf-252 izotopunun 1 mikrogramı, saniyede 2,3 milyon, dakikada 139 milyon nötron üretir.
• Cf-251, öldürücü radyasyon yayma kapasitesine sahiptir.
• Mermiden daha küçük bir kaliforniyum atom bombası, 10 ton TNT gücündedir.
• Kaliforniyum, komşu elementler gibi keşfedildiği şehir veya ülke isminin verildiği elementler arasında bir kırılma noktasıdır. Bu isimlendirmeden sonra artık teamül haline gelen bu yöntem terk edildi.
• Bir seferde üretilen en büyük miktarda kaliforniyum metali 10 miligramdı.