Kalifornium

Kalifornium () adalah unsur kimia sintetis; ia memiliki simbol Cf dan nomor atom 98. Unsur ini pertama kali disintesis pada tahun 1950 di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (saat itu bernama Laboratorium Radiasi Universitas Kalifornia) dengan cara membombardir kurium dengan partikel alfa (ion helium-4). Kalifornium adalah unsur aktinida, unsur transuranium keenam yang disintesis, dan memiliki massa atom tertinggi kedua dari semua unsur yang telah diproduksi dalam jumlah yang cukup besar untuk dilihat dengan mata telanjang (setelah einsteinium). Nama unsur ini diambil dari nama universitas dan negara bagian California di Amerika Serikat.

Dua bentuk kristal ada pada tekanan normal: satu di atas dan satu di bawah . Bentuk ketiga ada pada tekanan tinggi. Kalifornium perlahan-lahan teroksidasi di udara pada suhu kamar. Senyawa kalifornium didominasi oleh bilangan oksidasi +3. Isotop kalifornium yang paling stabil dari dua puluh isotop kalifornium yang diketahui adalah kalifornium-251, dengan waktu paruh 898 tahun. Waktu paruh yang pendek ini berarti unsur tersebut tidak ditemukan dalam jumlah yang signifikan di kerak bumi. Cf dengan waktu paruh sekitar 2,645 tahun, adalah isotop yang paling umum digunakan dan diproduksi di Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) di Amerika Serikat dan Institut Penelitian Reaktor Atom di Rusia.

Kalifornium adalah salah satu dari sedikit unsur transuranium yang memiliki kegunaan praktis. Sebagian besar aplikasi ini memanfaatkan fakta bahwa isotop kalifornium tertentu memancarkan neutron. Misalnya, kalifornium dapat digunakan untuk membantu memulai reaktor nuklir, dan digunakan sebagai sumber neutron saat mempelajari material menggunakan difraksi neutron dan spektroskopi neutron. Ia juga dapat digunakan dalam sintesis nuklir unsur-unsur bermassa lebih tinggi; oganeson (unsur 118) disintesis dengan membombardir atom kalifornium-249 dengan ion kalsium-48. Pengguna kalifornium harus mempertimbangkan masalah radiologis dan kemampuan unsur tersebut untuk mengganggu pembentukan sel darah merah dengan bioakumulasi di jaringan tulang.

Karakteristik

Sifat fisik

Kalifornium adalah logam aktinida berwarna putih keperakan dengan titik lebur dan titik didih yang diperkirakan sebesar . Logam murni ini mudah dibentuk dan mudah dipotong dengan pisau. Logam kalifornium mulai menguap di atas ketika terpapar vakum. Di bawah logam kalifornium bersifat feromagnetik atau ferimagnetik (berperilaku seperti magnet), antara 48 dan 66 K bersifat antiferomagnetik (keadaan antara), dan di atas bersifat paramagnetik (medan magnet eksternal dapat membuatnya menjadi magnet). Ia membentuk paduan dengan logam lantanida tetapi sedikit yang diketahui tentang material yang dihasilkan.

Unsur ini memiliki dua bentuk kristal pada tekanan atmosfer standar: bentuk tetal-rapat sferis sama yang disebut alfa (α) dan bentuk kubik berpusat muka yang disebut beta (β). Bentuk α ada di bawah 600–800 °C dengan 15.10 g/cm³ dan bentuk β ada di atas 600–800 °C dengan densitas 8.74 g/cm. Pada tekanan 48 GPa, bentuk β berubah menjadi sistem kristal ortorombik karena delokalisasi elektron 5f atom, yang membebaskannya untuk berikatan.

Modulus kompresi suatu material adalah ukuran ketahanannya terhadap tekanan seragam. Modulus kompresi kalifornium adalah , yang mirip dengan logam lantanida trivalen tetapi lebih kecil daripada logam yang lebih umum, seperti aluminium (70 GPa).

Sifat dan senyawa kimia

Kalifornium memiliki bilangan oksidasi 4, 3, atau 2. Biasanya membentuk delapan atau sembilan ikatan dengan atom atau ion di sekitarnya. Sifat kimianya diprediksi mirip dengan unsur aktinida bervalensi 3+ lainnya dan unsur disprosium, yang merupakan lantanida di atas kalifornium dalam tabel periodik. Senyawa dengan bilangan oksidasi +4 merupakan agen pengoksidasi kuat dan senyawa dengan bilangan oksidasi +2 merupakan agen pereduksi kuat.

Unsur ini perlahan-lahan ternoda di udara pada suhu kamar, dengan laju yang meningkat ketika kelembapan ditambahkan. Kalifornium bereaksi ketika dipanaskan dengan hidrogen, nitrogen, atau kalkogen (unsur keluarga oksigen); reaksi dengan hidrogen kering dan asam mineral berair berlangsung cepat.

Kalifornium hanya larut dalam air sebagai kation kalifornium(III). Upaya untuk mereduksi atau mengoksidasi ion +3 dalam larutan telah gagal. Unsur ini membentuk klorida, nitrat, perklorat, dan sulfat yang larut dalam air dan diendapkan sebagai fluorida, oksalat, atau hidroksida. Kalifornium adalah aktinida terberat yang menunjukkan sifat kovalen, seperti yang diamati pada kalifornium borat.

Isotop

Semua data nuklir yang tidak dinyatakan secara lain berasal dari sumber standar:

Terdapat dua puluh isotop kalifornium yang diketahui dengan nomor massa berkisar dari 237 hingga 256; yang paling stabil adalah Cf dengan waktu paruh 898 tahun, Cf dengan waktu paruh 351 tahun, Cf pada 13,08 tahun, dan Cf pada 2,645 tahun. Semua isotop lainnya memiliki waktu paruh kurang dari satu tahun, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari 20 menit.

Cf terbentuk melalui peluruhan beta berkelium-249, dan isotop kalifornium yang lebih berat dibuat dengan memberikan radiasi neutron intensif pada berkelium di reaktor nuklir. Meskipun kalifornium-251 memiliki waktu paruh terpanjang, hasil produksinya relatif rendah karena penipisannya yang cepat akibat reaksi dengan neutron lain (penampang lintang neutron yang tinggi).

Cf adalah pemancar neutron yang sangat kuat, yang menjadikannya isotop radioaktif yang sangat berbahaya. Cf, 96,9 % dari waktu, meluruh alfa menjadi kurium-248; 3,1% peluruhan lainnya adalah fisi spontan. Satu mikrogram Cf memancarkan 2,3 juta neutron per detik (sekitar 3,7 neutron per fisi). Isotop utama kalifornium lainnya (248-251) juga meluruh alfa menjadi kurium, dengan fraksi fisi yang jauh lebih kecil.

Sejarah

Kalifornium pertama kali dibuat di Laboratorium Radiasi Universitas California, Berkeley oleh para peneliti fisika Stanley Gerald Thompson, Kenneth Street Jr., Albert Ghiorso, dan Glenn T. Seaborg, sekitar tanggal 9 Februari 1950. Ini adalah unsur transuranium keenam yang ditemukan; tim tersebut mengumumkan penemuannya pada tanggal 17 Maret 1950.

Untuk menghasilkan kalifornium, target kurium-242 (²⁴²Cm) berukuran mikrogram dibombardir dengan partikel alfa 35 MeV (⁴He) di siklotron berdiameter di Berkeley, yang menghasilkan kalifornium-245 (²⁴⁵Cf) ditambah satu neutron bebas ().

+ → +

Untuk mengidentifikasi dan memisahkan unsur tersebut, dilakukan metode pertukaran ion dan adsorpsi. Hanya sekitar 5.000 atom kalifornium yang dihasilkan dalam percobaan ini, dan atom-atom ini memiliki waktu paruh 44 menit.

Para penemu menamai unsur baru tersebut berdasarkan nama universitas dan negara bagian. Hal ini berbeda dengan konvensi yang digunakan untuk unsur 95 hingga 97, yang terinspirasi dari penamaan unsur-unsur yang berada tepat di atasnya dalam tabel periodik. Namun, unsur yang berada tepat di atas unsur 98 dalam tabel periodik, disprosium, memiliki nama yang berarti "sulit didapatkan", sehingga para peneliti memutuskan untuk mengesampingkan konvensi penamaan informal tersebut. Mereka menambahkan bahwa "yang terbaik yang dapat kita lakukan adalah menunjukkan [bahwa] ... para pencari seabad yang lalu merasa sulit untuk sampai ke Kalifornia".

Jumlah kalifornium yang dapat ditimbang pertama kali dihasilkan melalui iradiasi target plutonium di Reaktor Pengujian Material di Stasiun Pengujian Reaktor Nasional, Idaho timur; temuan ini dilaporkan pada tahun 1954. Tingkat fisi spontan kalifornium-252 yang tinggi diamati pada sampel ini. Eksperimen pertama dengan kalifornium dalam bentuk terkonsentrasi terjadi pada tahun 1958. Isotop Cf hingga Cf diisolasi pada tahun yang sama dari sampel plutonium-239 yang telah diiradiasi dengan neutron di reaktor nuklir selama lima tahun. Dua tahun kemudian, pada tahun 1960, Burris Cunningham dan James Wallman dari Laboratorium Radiasi Lawrence Universitas California menciptakan senyawa kalifornium pertama—kalifornium triklorida, kalifornium(III) oksiklorida, dan kalifornium oksida—dengan memperlakukan kalifornium dengan uap dan asam klorida.

Reaktor Isotop Fluks Tinggi (HFIR) di ORNL di Oak Ridge, Tennessee, mulai memproduksi sejumlah kecil kalifornium pada tahun 1960-an. Pada tahun 1995, HFIR secara nominal memproduksi kalifornium setiap tahunnya. Plutonium yang dipasok oleh Britania Raya ke Amerika Serikat berdasarkan Perjanjian Pertahanan Bersama AS-Britania Raya tahun 1958 digunakan untuk membuat kalifornium.

Komisi Energi Atom Amerika Serikat menjual Cf kepada pelanggan industri dan akademis pada awal tahun 1970-an seharga $10/mikrogram, dan rata-rata Cf dikirim setiap tahun dari tahun 1970 hingga 1990. Logam kalifornium pertama kali disiapkan pada tahun 1974 oleh Haire dan Baybarz, yang mereduksi kalifornium(III) oksida dengan logam lantanum untuk mendapatkan jumlah mikrogram film setebal sub-mikrometer.

Jejak keberadaan

Jejak kalifornium dapat ditemukan di dekat fasilitas yang menggunakan unsur tersebut dalam eksplorasi mineral dan dalam pengobatan medis. Unsur ini cukup tidak larut dalam air, tetapi melekat dengan baik pada tanah biasa; dan konsentrasinya dalam tanah bisa 500 kali lebih tinggi daripada dalam air yang mengelilingi partikel tanah.

Luruhan radioaktif dari uji coba nuklir di atmosfer sebelum tahun 1980 memberikan sejumlah kecil kalifornium ke lingkungan. Kalifornium-249, -252, -253, dan -254 telah diamati dalam debu radioaktif yang dikumpulkan dari udara setelah ledakan nuklir. Kalifornium bukanlah radionuklida utama di lokasi warisan Departemen Energi Amerika Serikat karena tidak diproduksi dalam jumlah besar.

Kalifornium diyakini pernah dihasilkan dalam supernova, karena peluruhan supernova sesuai dengan waktu paruh Cf selama 60 hari. Namun, penelitian selanjutnya gagal menunjukkan adanya spektrum kalifornium, dan kurva cahaya supernova sekarang dianggap mengikuti peluruhan nikel-56.

Unsur-unsur transuranik hingga fermium, termasuk kalifornium, seharusnya hadir dalam reaktor fisi nuklir alami di Oklo, tetapi jumlah yang dihasilkan saat itu pasti sudah lama meluruh.

Produksi

Kalifornium diproduksi di reaktor nuklir dan akselerator partikel. Kalifornium-250 dibuat dengan membombardir berkelium-249 (Bk) dengan neutron, membentuk berkelium-250 (Bk) melalui penangkapan neutron (n,γ) yang, pada gilirannya, dengan cepat meluruh beta (β) menjadi kalifornium-250 (Cf) dalam reaksi berikut:

(n,γ) → + β

Pembombardiran Cf dengan neutron menghasilkan Cf dan Cf.

Penyinaran neutron dalam jangka waktu lama terhadap amerisium, kurium, dan plutonium menghasilkan sejumlah miligram Cf dan sejumlah mikrogram Cf. Pada tahun 2006, isotop kurium 244 hingga 248 disinari neutron dalam reaktor khusus untuk menghasilkan terutama kalifornium-252 dengan jumlah isotop 249 hingga 255 yang lebih sedikit.

Jumlah mikrogram Cf tersedia untuk penggunaan komersial melalui Komisi Regulasi Nuklir AS. Hanya dua lokasi yang memproduksi Cf: Laboratorium Nasional Oak Ridge di AS, dan Institut Penelitian Reaktor Atom di Dimitrovgrad, Rusia. Pada tahun 2003, kedua lokasi tersebut masing-masing memproduksi 0,25 gram dan 0,025 gram Cf per tahun.

Tiga isotop kalifornium dengan waktu paruh yang signifikan dihasilkan, membutuhkan total 15 penangkapan neutron oleh uranium-238 tanpa fisi nuklir atau peluruhan alfa yang terjadi selama proses tersebut. Cf berada di ujung rantai produksi yang dimulai dengan uranium-238, dan mencakup beberapa isotop plutonium, amerisium, kurium, dan berkelium, serta isotop kalifornium 249 hingga 253 (lihat diagram).

Kegunaan

Sumber neutron

Cf memiliki sejumlah kegunaan khusus sebagai pemancar neutron yang kuat; ia menghasilkan 139 juta neutron per mikrogram per menit. Sifat ini membuatnya berguna sebagai startup sumber neutron untuk beberapa reaktor nuklir dan sebagai sumber neutron portabel (non-reaktor) untuk analisis aktivasi neutron untuk mendeteksi jumlah unsur dalam sampel. Neutron dari kalifornium digunakan sebagai pengobatan kanker serviks dan otak tertentu di mana terapi radiasi lainnya tidak efektif. Ia telah digunakan dalam aplikasi pendidikan sejak tahun 1969 ketika Institut Teknologi Georgia mendapatkan pinjaman 119 μg Cf dari Savannah River Site. Ia juga digunakan dengan penganalisis batu bara dan penganalisis material curah di industri batu bara dan semen.

Penetrasi neutron ke dalam material membuat kalifornium berguna dalam instrumen deteksi seperti pemindai batang bahan bakar; radiografi neutron komponen pesawat terbang dan senjata untuk mendeteksi korosi, lasan yang buruk, retakan dan kelembapan yang terperangkap; dan dalam detektor logam portabel. Pengukur kelembapan neutron menggunakan Cf untuk menemukan lapisan air dan minyak bumi di sumur minyak, sebagai sumber neutron portabel untuk prospeksi emas dan perak untuk analisis di tempat, dan untuk mendeteksi pergerakan air tanah. Penggunaan utama Cf pada tahun 1982 adalah, pengaktifan reaktor (48,3%), pemindaian batang bahan bakar (25,3%), dan analisis aktivasi (19,4%). Pada tahun 1994, sebagian besar Cf digunakan dalam radiografi neutron (77,4%), dengan pemindaian batang bahan bakar (12,1%) dan pengaktifan reaktor (6,9%) sebagai penggunaan penting tetapi sekunder. Pada tahun 2021, neutron cepat dari Cf digunakan untuk transmisi data nirkabel.

Produksi unsur superberat

Pada Oktober 2006, para peneliti mengumumkan bahwa tiga atom oganeson (unsur 118) telah diidentifikasi di Institut Gabungan untuk Penelitian Nuklir di Dubna, Rusia, dari penembakan Cf dengan kalsium-48, menjadikannya unsur terberat yang pernah dibuat. Target tersebut mengandung sekitar 10 mg Cf yang diendapkan pada foil titanium seluas 32 cm. Kalifornium juga telah digunakan untuk menghasilkan unsur transuranik lainnya; misalnya, lawrensium pertama kali disintesis pada tahun 1961 dengan menembak kalifornium dengan inti boron.

Senjata nuklir hipotetis

Cf memiliki massa kritis terhitung yang sangat kecil sekitar , letalitas tinggi, dan periode iradiasi lingkungan beracun yang relatif singkat. Massa kritis kalifornium yang rendah menyebabkan beberapa klaim yang berlebihan tentang kemungkinan penggunaan unsur tersebut.

Tindakan pencegahan

Kalifornium yang terakumulasi secara biologis dalam jaringan tulang melepaskan radiasi yang mengganggu kemampuan tubuh untuk membentuk sel darah merah. Unsur ini tidak memiliki peran biologis alami dalam organisme apa pun karena radioaktivitasnya yang tinggi dan konsentrasinya yang rendah di lingkungan.

Kalifornium dapat masuk ke dalam tubuh melalui konsumsi makanan atau minuman yang terkontaminasi atau dengan menghirup udara yang mengandung partikel unsur tersebut. Setelah masuk ke dalam tubuh, hanya 0,05% kalifornium yang akan mencapai aliran darah. Sekitar 65% dari kalifornium tersebut akan tersimpan di kerangka, 25% di hati, dan sisanya di organ lain, atau dikeluarkan, terutama melalui urin. Setengah dari kalifornium yang tersimpan di kerangka dan hati hilang dalam waktu 50 dan 20 tahun, masing-masing. Kalifornium di kerangka menempel pada permukaan tulang sebelum perlahan-lahan bermigrasi ke seluruh tulang.

Unsur ini paling berbahaya jika masuk ke dalam tubuh. Selain itu, kalifornium-249 dan kalifornium-251 dapat menyebabkan kerusakan jaringan secara eksternal, melalui emisi sinar gama. Radiasi pengion yang dipancarkan oleh kalifornium pada tulang dan di hati dapat menyebabkan kanker.

Pranala luar

• Californium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• NuclearWeaponArchive.org – Californium
• Hazardous Substances Databank – Californium, Radioactive

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 29480024 (2026-07-20T13:36:41Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Mohon gunakan konten ini secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.