Berkelyum - Berkelium

Berkelium,  97 Bk
Berkelium metal.jpg
Berkelyum
Telaffuz
Dış görünüş gümüşi
Kütle Numarası [247]
Periyodik tablodaki Berkelyum
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrensiyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgium Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
Tb

Bk

(Upu)
curiumberkelyumkaliforniyum
Atom numarası ( Z ) 97
Grup grup yok
Dönem 7. dönem
Engellemek   f bloğu
Elektron konfigürasyonu [ Rn ] 5f 9 7s 2
Kabuk başına elektron 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP sağlam
Erime noktası beta: 1259  K ​(986 °C, ​1807 °F)
Kaynama noktası beta: 2900 K ​(2627 °C, ​4760 °F)
Yoğunluk ( rt yakın  ) alfa: 14.78 g / cm 3
p: 13.25 g / cm 3
Füzyon ısısı 7,92  kJ/mol (hesaplanan)
atomik özellikler
oksidasyon durumları +2, +3 , +4, +5
elektronegatiflik Pauling ölçeği: 1.3
iyonlaşma enerjileri
atom yarıçapı ampirik: 170  pm
Spektral bir aralıktaki renkli çizgiler
Berkelium'un spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum sentetik
Kristal yapı çift hegzagonal sıkı paket (dhcp)
Berkelium için çift altıgen yakın paketlenmiş kristal yapı
Termal iletkenlik 10 W/(m⋅K)
Manyetik sıralama paramanyetik
CAS numarası 7440-40-6
Tarih
adlandırma keşfedildiği Berkeley, California'dan sonra
keşif Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (1949)
Berkelium'un ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
245 milyar 4,94 gün ε 245 cm
α 241 am
246 milyar 1.8 gün α 242 Am
ε 246 cm
247 Milyar 1380 yıl α 243 am
248 milyar >300 yıl α 244 Am
249 bin TL 330 gün α 245 Am
bilimkurgu -
β - 249 Bkz.
Kategori Kategori: Berkelyum
| Referanslar

Berkelium bir olduğunu transuranik radyoaktif kimyasal element ile sembol  Bk ve atom numarasına Bu üyesidir 97. aktinit ve uranyum ötesi element serisi. Adını, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nın (daha sonra Kaliforniya Üniversitesi Radyasyon Laboratuvarı) Aralık 1949'da keşfedildiği Kaliforniya , Berkeley kentinden almıştır . Berkelium, neptünyum , plütonyum , curium ve amerika .

Önemli izotop berkelyum, 249 Bk, adanmış yüksek akı içinde az miktarlarda sentezlenir nükleer reaktörler esas olarak, , Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda içinde Tennessee , ABD, ve en Atom Reaktörleri Araştırma Enstitüsü de Dimitrovgrad, Rusya . İkinci en önemli izotop olan 247 Bk'nin üretimi, nadir bulunan 244 Cm izotopunun yüksek enerjili alfa parçacıkları ile ışınlanmasını içerir .

1967'den beri Amerika Birleşik Devletleri'nde bir gramdan biraz fazla berkelyum üretilmiştir. Berkelyumun, çoğunlukla daha ağır transuranik elementlerin ve transaktinitlerin sentezine yönelik bilimsel araştırmaların dışında pratik bir uygulaması yoktur . 250 günlük bir ışınlama süresi boyunca 22 miligramlık bir berkelium-249 partisi hazırlandı ve daha sonra 2009'da Oak Ridge'de 90 gün daha saflaştırıldı. Bu numune, 2009'da ilk kez yeni element tennessine'i sentezlemek için kullanıldı . Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü , Rusya , 150 gün boyunca kalsiyum-48 iyonlarıyla bombardımana tutulduktan sonra . Bu, periyodik tablodaki en ağır elementlerin sentezi üzerine Rusya-ABD işbirliğinin doruk noktasıydı.

Berkelium yumuşak, gümüşi beyaz, radyoaktif bir metaldir. Berkelium-249 izotopu, düşük enerjili elektronlar yayar ve bu nedenle ele alınması nispeten güvenlidir. 330 günlük bir yarılanma ömrüyle, iyonlaştırıcı alfa parçacıklarının güçlü bir yayıcısı olan kaliforniyum -249'a bozunur. Kaliforniyum oluşumu sadece kimyasal kirlenmeyi değil, aynı zamanda serbest radikal etkileri ve yayılan alfa parçacıklarından kendi kendine ısınmayı da getirdiğinden, bu kademeli dönüşüm, elemental berkelyum ve kimyasal bileşiklerinin özelliklerini incelerken önemli bir husustur.

özellikleri

Fiziksel

Yukarıdan aşağıya sıralı küre katmanları: GRGBGRGB (G=yeşil, R=kırmızı, B=mavi)
α-berkelium kristal yapısındaki ABAC katman dizisi ile çift altıgen yakın paketleme (A: yeşil, B: mavi, C: kırmızı)

Berkelium yumuşak, gümüşi beyaz, radyoaktif bir aktinit metalidir. Gelen periyodik tabloda , bu aktinit sağında bulunan küriyum aktinit solunda, californium ve lantanit altında terbiyum fiziksel ve kimyasal özelliklerinde büyük benzerlikler paylaştığı. 14.78 Onun yoğunluğu g / cm 3 küriyum kişilerce arasında durmaktadır (13.52 g / cm 3 ) ve kaliforniyum (15.1 g / cm 3 ) yanı yapar küriyum (1340 ° C) çok altında 986 ° C'lik erime noktası, ancak kaliforniyumdan (900 °C) daha yüksektir. Berkelium nispeten yumuşaktır ve yaklaşık 20 GPa'da (2 x 10 10  Pa) aktinitlerin en düşük yığın modüllerinden birine sahiptir .

Berkelium(III) iyonları, f-elektron kabuğundaki iç geçişler nedeniyle 652 nanometrede (kırmızı ışık) ve 742 nanometrede (koyu kırmızı – yakın kızılötesi ) iki keskin floresan tepe noktası  gösterir . Bu tepe noktalarının göreli yoğunluğu, örneğin uyarma gücüne ve sıcaklığına bağlıdır. Bu emisyon, örneğin, berkelyum iyonlarının bir silikat cam içinde dağıtılmasından sonra, camın berkelyum oksit veya halojenür varlığında eritilmesiyle gözlemlenebilir.

70 K ile oda sıcaklığı arasında, berkelyum 9.69 Bohr magnetonB ) etkin manyetik momenti ve 101 K Curie sıcaklığı ile Curie-Weiss paramanyetik malzemesi  gibi davranır . Bu manyetik moment neredeyse 9.72 µ teorik değerine eşittir. B basit atomik LS eşleme modeli içinde hesaplanır . Berkelyum yaklaşık 34 K'ye soğutulduktan sonra antiferromanyetik bir duruma geçişe uğrar . Erime entalpisi olarak hidroklorik asit , standart koşullarda bir -600 olan kJ / mol kadar, standart oluşum entalpi değişimif H , sulu Bk °) 3+ iyonları -601 kJ / mol olarak elde edilir. Standart potansiyel Bk 3+ / Bk 0 -2,01 V'dir iyonizasyon potansiyeli nötr berkelyum- atomunun 6.23 eV'dir.

allotroplar

Ortam koşullarında, berkelium altıgen simetriye, P6 3 /mmc uzay grubuna , 341 pm ve 1107 pm kafes parametrelerine  sahip en kararlı α formunu alır . Kristal, ABAC katman dizisine sahip çift altıgen bir yakın paketleme yapısına sahiptir ve bu nedenle curium'un ötesinde α-lantan ve α-aktinit formları ile izotipiktir (benzer bir yapıya sahiptir). Bu kristal yapı basınç ve sıcaklıkla değişir. Oda sıcaklığında 7 GPa'ya sıkıştırıldığında, a-berkelyum yüz merkezli kübik ( fcc ) simetriye ve Fm 3 m uzay grubuna sahip beta modifikasyonuna dönüşür . Bu geçiş hacimde bir değişiklik olmadan gerçekleşir, ancak entalpi 3.66 kJ/mol kadar artar. 25 GPa'ya daha fazla sıkıştırma üzerine, berkelyum α-uranyuma benzer bir ortorombik γ-berkelium yapısına dönüşür . Bu geçişe, 5f elektron kabuğundaki elektronların %12'lik bir hacim azalması ve delokalizasyonu eşlik eder . 57 GPa'ya kadar başka faz geçişleri gözlenmez.

Isıtma üzerine, a-berkelyum bir fcc kafesi (ancak β-berkelium'dan biraz farklı), uzay grubu Fm 3 m ve kafes sabiti 500 pm olan başka bir faza dönüşür ; bu fcc yapısı, ABC dizisi ile en yakın paketlemeye eşdeğerdir. Bu faz yarı kararlıdır ve oda sıcaklığında kademeli olarak orijinal α-berkelyum fazına dönecektir . Faz geçiş sıcaklığının erime noktasına oldukça yakın olduğuna inanılmaktadır.

Kimyasal

Tüm aktinitlerde olduğu gibi , berkelyum da çeşitli sulu inorganik asitlerde çözülür, gaz halindeki hidrojeni serbest bırakır ve berkelyum(III) durumuna dönüşür. Bu üç değerlikli oksidasyon durumu (+3), özellikle sulu çözeltilerde en kararlı olanıdır, ancak dört değerli (+4) ve muhtemelen iki değerli (+2) berkelyum bileşikleri de bilinmektedir. İki değerli berkelyum tuzlarının mevcudiyeti belirsizdir ve sadece karışık lantan klorür - stronsiyum klorür eriyiklerinde rapor edilmiştir . Benzer bir davranış, berkelium, terbium'un lantanid analoğu için gözlenir . Bk 3+ iyonlarının sulu çözeltileri çoğu asitte yeşildir. Bk 4+ iyonlarının rengi hidroklorik asitte sarı, sülfürik asitte turuncu-sarıdır . Berkelium , muhtemelen koruyucu bir oksit tabakası yüzeyinin oluşumu nedeniyle oda sıcaklığında oksijenle hızlı reaksiyona girmez . Bununla birlikte, çeşitli ikili bileşikler oluşturmak için erimiş metaller, hidrojen , halojenler , kalkojenler ve pniktojenler ile reaksiyona girer .

izotoplar

Berkelium'un yaklaşık yirmi izotopu ve altı nükleer izomeri (bir izotopun uyarılmış durumları), 233 ila 253 (235, 237 ve 239 hariç) arasında değişen kütle numaraları ile karakterize edilmiştir. Hepsi radyoaktif. En uzun yarı ömürleri boyunca gözlenir 247 Bk (1,380 yıl), 248 Bk (300 yıldan fazla) ve 249 Bk (330 gün); diğer izotopların yarı ömürleri mikrosaniyeden birkaç güne kadar değişir. Sentezlenmesi en kolay izotop berkelium-249'dur. Bu, çoğunlukla algılama için elverişsiz olan yumuşak β-parçacıkları yayar . Bu alfa radyasyonu oldukça zayıf 1,45 x 10 - 3 ile ilgili olarak% β-radyasyon, ancak bazen bu izotop tespit etmek için kullanılır. İkinci önemli berkelium izotopu, berkelium-247, çoğu aktinit izotopu gibi bir alfa yayıcıdır.

oluşum

Tüm berkelium izotopları, ilkel olamayacak kadar kısa bir yarı ömre sahiptir . Bu nedenle, herhangi bir ilkel berkelyum, yani oluşumu sırasında Dünya'da bulunan berkelyum şimdiye kadar çürümüştür.

Yeryüzünde, berkelyum çoğunlukla 1945 ve 1980 yılları arasında atmosferik nükleer silah testleri için kullanılan belirli alanlarda ve ayrıca Çernobil felaketi , Three Mile Island kazası ve 1968 Thule Hava Üssü gibi nükleer olayların olduğu yerlerde yoğunlaşmıştır. B-52 kazası . İlk ABD test sahasında enkaz analizi hidrojen bombası , Ivy Mike , (1 Kasım 1952, Enewetak Atoll ), berkelyum dahil olmak üzere çeşitli aktinid yüksek konsantrasyonlarda ortaya çıkarmıştır. Askeri gizlilik nedeniyle, bu sonuç sadece 1956'da yayınlandı.

Nükleer reaktörler çoğunlukla berkelium izotopları arasında berkelium-249 üretir. Depolama sırasında ve yakıtın atılmasından önce betanın çoğu bozunarak kaliforniyum-249'a dönüşür . İkincisi, reaktörde üretilen diğer izotoplarla karşılaştırıldığında nispeten uzun olan ve bu nedenle bertaraf ürünlerinde istenmeyen 351 yıllık bir yarı ömre sahiptir.

Transuranik elemanlar arasından Amerikyum'un için fermium berkelyum da dahil olmak üzere, doğal olarak meydana gelen doğal nükleer fizyon reaktör de Oklo , ancak artık bunu.

Berkelium da Przybylski'nin Yıldızında tespit edilen elementlerden biridir .

Tarih

İki operatörün yan yana oturduğu ağır makinelerin siyah beyaz resmi
Ağustos 1939'da California Üniversitesi, Berkeley'deki Lawrence Radyasyon Laboratuvarı'ndaki 60 inçlik siklotron
Kaliforniya Üniversitesi Mührü, Berkeley (UC Berkeley)
Berkelium, adını UC Berkeley'den almıştır.

Daha önceki nükleer deneylerde muhtemelen çok küçük miktarlarda berkelyum üretilmiş olsa da, ilk olarak Aralık 1949'da Glenn T. Seaborg , Albert Ghiorso , Stanley G. Thompson ve Kenneth Street, Jr. tarafından kasıtlı olarak sentezlendi , izole edildi ve tanımlandı . Bunlar 60-inç kullanılan siklotron de Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley . 1944'te americium (element 95) ve curium'un (element 96) neredeyse aynı anda keşfedilmesine benzer şekilde, yeni elementler berkelyum ve kaliforniyum (element 98) 1949–1950'de üretildi.

97 elementi için isim seçimi, yeni keşfedilen aktinit ile periyodik tabloda onun üzerinde yer alan lantanit elementi arasında bir benzerlik kurmak için Kaliforniya grubunun önceki geleneğini takip etti . Daha önce, amerikyum onun analog olarak bir kıtanın almıştır öporyum ve curium onur bilim adamları Marie ve Pierre Curie üstünde lantanit olarak, gadolinyum , bir kaşif almıştır nadir toprak elementleri Johan Gadolin . Bu nedenle, Berkeley grubunun keşif raporu şöyledir: "97 numaralı elemente, kimyasal homologu terbiyumun (atom numarası 65) adlandırılmasında kullanılana benzer bir şekilde, Berkeley kentinden sonra berkelium (sembol Bk) adının verilmesi önerilmektedir. adı ilçesinde türetilmiştir Ytterby , İsveç nadir toprak mineralleri ilk bulundu." Bu gelenek berkelium'da sona erdi, ancak bir sonraki keşfedilen aktinit olan californium'un adlandırılması , lantanit analogu disprosiyum ile ilgili değil , keşif yerinden sonra sona erdi .

Berkelium sentezindeki en zor aşamalar, nihai ürünlerden ayrılması ve hedef malzeme için yeterli miktarda amerikyum üretilmesiydi. İlk olarak, americium ( 241 Am) nitrat çözeltisi, üzerine kaplandı platin folyo, çözelti buharlaştırılmış ve artık madde tavlama ile dönüştürüldü americium dioksit (AmO 2 ). Bu hedef, California Üniversitesi, Berkeley'deki Lawrence Radyasyon Laboratuvarında 60 inçlik siklotronda 6 saat boyunca 35 MeV alfa partikülü ile ışınlandı . Işınlama ile indüklenen (α,2n) reaksiyonu 243 Bk izotopunu ve iki serbest nötron verdi :

Işınlamadan sonra kaplama, nitrik asit ile çözündürüldü ve daha sonra konsantre sulu amonyak çözeltisi kullanılarak hidroksit olarak çökeltildi . Ürün santrifüjlendi ve nitrik asit içinde yeniden çözüldü. Berkelyumu reaksiyona girmemiş amerikyumdan ayırmak için, bu çözelti bir amonyum ve amonyum sülfat karışımına ilave edildi ve tüm çözünmüş amerikyumu +6 oksidasyon durumuna dönüştürmek için ısıtıldı . Oksitlenmemiş kalıntı amerikyum, amerikyum(III) florür ( AmF ) olarak hidroflorik asit ilave edilerek çökeltildi.
3
). Bu adım, beraberindeki curium ürününün ve beklenen element 97'nin triflorür formunda bir karışımını verdi. Karışım potasyum hidroksit ile muamele edilerek karşılık gelen hidroksitlere dönüştürüldü ve santrifüjden sonra perklorik asit içinde çözüldü .

Terbiyum ve berkelyum, gadolinyum ve curium, öropyum ve amerikyum için (üstte ve altta) benzer elüsyon eğrilerini (metal miktarına karşı damlalar) gösteren grafikler
Lantanitler terbiyum (Tb), gadolinyum (Gd) ve öropyum (Eu) (üst grafik) ile bunlara karşılık gelen aktinitler berkelyum (Bk), curium (Cm) ve amerikyum (Am) (alt grafik) arasındaki benzerliği ortaya koyan kromatografik elüsyon eğrileri )

Bir sitrik asit / amonyum tampon çözeltisi varlığında, zayıf asidik bir ortamda ( pH -3.5), yüksek sıcaklıkta iyon değişimi kullanılarak daha fazla ayırma gerçekleştirildi . Kromatografik ayırma davranışı zamanda elemanı 97 bilinmeyen, ancak terbiyum benzer bir şekilde tahmin edildi. İlk sonuçlar hayal kırıklığı yarattı çünkü elüsyon ürününden hiçbir alfa partikülü emisyon imzası tespit edilemedi. Daha fazla analiz, karakteristik X-ışınları ve dönüşüm elektron sinyallerinin aranmasıyla , sonunda bir berkelyum izotopu tespit edildi. Onun kütle numarası 243 ve ilk raporda 244 arasında belirsiz, ama daha sonra 243 olarak kuruldu.

Sentez ve ekstraksiyon

izotopların hazırlanması

Berkelyum, bir nükleer reaktörde daha hafif aktinitler uranyum ( 238 U) veya plütonyum ( 239 Pu) nötronlarla bombardıman edilerek üretilir . Daha yaygın bir uranyum yakıtı durumunda, plütonyum ilk önce nötron yakalama ((n,γ) reaksiyonu veya nötron füzyonu olarak adlandırılır) ve ardından beta bozunması ile üretilir :

(zamanlar yarı ömürdür )

Plütonyum-239 ayrıca , Tennessee, ABD'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki 85 megavatlık Yüksek Akı İzotop Reaktörü (HFIR) gibi geleneksel bir nükleer reaktörden birkaç kat daha yüksek bir nötron akışına sahip bir kaynak tarafından da ışınlanır . Daha yüksek akı, bir değil birkaç nötron içeren füzyon reaksiyonlarını teşvik eder, 239 Pu'yu 244 Cm'ye ve ardından 249 Cm'ye dönüştürür:

Curium-249, 64 dakikalık kısa bir yarı ömre sahiptir ve bu nedenle 250 Cm'ye daha fazla dönüştürülmesi düşük bir olasılığa sahiptir. Bunun yerine, beta bozunması ile 249 Bk'ye dönüşür :

Bu şekilde üretilen 249 Bk, 330 günlük uzun bir yarı ömre sahiptir ve bu nedenle başka bir nötron yakalayabilir. Bununla birlikte, 250 Bk ürünü, yine 3.212 saatlik nispeten kısa bir yarı ömre sahiptir ve bu nedenle daha ağır berkelyum izotopları vermez. Bunun yerine 250 Cf kaliforniyum izotopuna bozunur :

247 Bk, berkelyumun en kararlı izotopu olmasına rağmen , nükleer reaktörlerde üretimi çok zordur çünkü potansiyel progenitör 247 Cm'nin beta bozunmasına uğradığı hiçbir zaman gözlemlenmemiştir. Bu nedenle, 249 Bk, mikrogram başına 185 USD gibi yüksek bir fiyatla hala yalnızca küçük miktarlarda bulunan (ABD'de 1967-1983 döneminde yalnızca 0.66 gram üretilmiştir) berkelyumun en erişilebilir izotopudur . Toplu miktarlarda mevcut olan tek berkelyum izotopudur ve bu nedenle özellikleri kapsamlı bir şekilde incelenebilen tek berkelyum izotopudur.

248 Bk izotopu ilk olarak 1956'da curium izotoplarının bir karışımının 25 MeV α-parçacıkları ile bombardıman edilmesiyle elde edildi. 245 Bk ile güçlü sinyal etkileşimi tarafından doğrudan tespiti engellenmiş olsa da , yeni bir izotopun varlığı, daha önce karakterize edilmiş olan bozunma ürünü 248 Cf'nin büyümesiyle kanıtlanmıştır . 248 Bk'nin yarı ömrü şu şekilde tahmin edilmiştir:23 ± 5 saat, ancak daha sonra 1965 çalışması 300 yıldan fazla bir yarı ömür verdi (bu, izomerik bir duruma bağlı olabilir). Berkelium-247, aynı yıl içinde 244 Cm'nin alfa parçacıklarıyla ışınlanmasıyla üretildi :

Berkelium-242 bombardıman tarafından 1979 yılında sentezlendi 235 ile U 11 B, 238 U 10 B, 232 ile Th 14 N ya da 232 ile Th 15 N. dönüştürür elektron yakalama için 242 bir yarı ömür ile Cm7.0 ± 1.3 dakika. Başlangıçta şüphelenilen 241 Bk izotopu için yapılan arama daha sonra başarısız oldu; 241 Bk o zamandan beri sentezlendi.

Ayrılma

Berkelium'un katılarda +4 oksidasyon durumunu kolayca üstlenmesi ve bu durumda sıvılarda nispeten kararlı olması, berkelyumun diğer birçok aktinitten ayrılmasına büyük ölçüde yardımcı olur. Bunlar kaçınılmaz olarak nükleer sentez sırasında nispeten büyük miktarlarda üretilir ve genellikle +3 durumunu destekler. Bu gerçek, daha karmaşık bir ayırma prosedürü kullanan ilk deneylerde henüz bilinmiyordu. +4 durumuna dönüştürmek için berkelium(III) çözeltilerine bromatlar ( BrO) gibi çeşitli inorganik oksidasyon ajanları uygulanabilir.-
3
), bizmutatlar ( BiO-
3
), kromatlar ( CrO2−
4
ve cr
2
Ö2−
7
), gümüş(I) tiolat ( Ag
2
S
2
Ö
8
), kurşun(IV) oksit ( PbO
2
), ozon ( O
3
) veya fotokimyasal oksidasyon prosedürleri. Daha yakın zamanlarda, 3,4,3-LI(1,2-HOPO) adı verilen şelatör gibi bazı organik ve biyo-ilhamlı moleküllerin ayrıca Bk(III)'ü oksitleyebildiği ve Bk(IV)'ü aşağıdaki koşullar altında stabilize edebildiği keşfedilmiştir. hafif koşullar. Berkelium(IV) daha sonra iyon değişimi , ekstraksiyon kromatografisi veya HDEHP (bis-(2-etilheksil) fosforik asit), aminler , tributil fosfat veya çeşitli diğer reaktifler kullanılarak sıvı-sıvı ekstraksiyonu ile ekstrakte edilir . Bu prosedürler, berkelyumu , lantanid
seryum hariç çoğu üç değerlikli aktinit ve lantanitten ayırır (lantanitler ışınlama hedefinde yoktur, ancak çeşitli nükleer fisyon bozunma zincirlerinde oluşturulur).

Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda benimsenen daha ayrıntılı bir prosedür aşağıdaki gibidir: Aktinidlerin ilk karışımı, lityum klorür reaktifi kullanılarak iyon değişimi ile işlenir , daha sonra hidroksitler olarak çökeltilir , filtrelenir ve nitrik asit içinde çözülür. Daha sonra katyon değişim reçinelerinden gelen yüksek basınçlı elüsyonla işlenir ve berkelyum fazı oksitlenir ve yukarıda açıklanan prosedürlerden biri kullanılarak özütlenir. Bu şekilde elde edilen berkelyum(IV)'ün +3 oksidasyon durumuna indirgenmesi, neredeyse diğer aktinitlerden arındırılmış (ancak seryum içeren) bir çözelti verir. Berkelyum ve seryum daha sonra başka bir iyon değişim işlemiyle ayrılır.

Toplu metal hazırlama

Katı berkelyum ve bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini karakterize etmek için, bir program 1952 içinde başlatılmıştır Malzeme Test Reaktör , Arco, Idaho , ABD. Bu, sekiz gramlık bir plütonyum-239 hedefinin hazırlanmasıyla ve bu hedefin altı için sürekli bir reaktör ışınlamasının ardından 1958'de Burris B. Cunningham ve Stanley G. Thompson tarafından makroskopik miktarlarda (0.6 mikrogram) ilk berkelyum üretimiyle sonuçlandı. yıllar. Bu ışınlama yöntemi, elementin tartılabilir miktarlarını üretmenin tek yoluydu ve hala öyledir ve berkelyumun katı hal çalışmalarının çoğu, mikrogram veya mikrogram altı boyutlu numuneler üzerinde yapılmıştır.

Dünyanın en büyük ışınlama kaynakları 85 megavatlık Yüksek Akı İzotop Reaktörü olan Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı Tennessee, ABD ve en SM-2 döngü reaktörü Atom Reaktörleri Araştırma Enstitüsü içinde (NIIAR) Dimitrovgrad, Rusya hem, transkuryum elementlerinin üretimine adanmıştır (atom numarası 96'dan büyük). Bu tesisler benzer güç ve akı seviyelerine sahiptir ve NIIAR'da üretilen miktarlar kamuya açıklanmamasına rağmen, transkuryum elementleri için karşılaştırılabilir üretim kapasitelerine sahip olmaları beklenmektedir. Oak Ridge bir "tipik işlem kampanyası" olarak, onlarca gram küriyum üretilmesi için ışınlanır desigram miktarlarını Kaliforniyum , miligram berkelyum- 249 ve miktarlarını aynştaynyum ve pikogram miktarlarını fermium . Toplamda, 1967'den beri Oak Ridge'de bir gramın biraz üzerinde berkelium-249 üretildi.

1.7 mikrogram ağırlığında İlk berkelyum- metal örnek indirgenmesi ile 1971 hazırlandı berkelyum- (III) florür ile lityum 1000 buhar ° C; florür, erimiş lityum içeren bir tantal potanın üzerinde bir tungsten tel üzerinde süspanse edildi . Daha sonra bu yöntemle 0,5 miligram ağırlığa kadar metal numuneleri elde edilmiştir.

Berkelium(IV) florür ile de benzer sonuçlar elde edilmiştir. Berkelyum metali, berkelyum(IV) oksidin toryum veya lantan ile indirgenmesiyle de üretilebilir .

Bileşikler

oksitler

+3 (Bk 2 O 3 ) ve +4 ( BkO 2 ) berkelyum oksidasyon durumu ile iki berkelyum oksit bilinmektedir . Berkelyum- (III) oksit iken Berkelium (IV) oksit, kahverengi bir katı madde olan 1920 ° C arasında bir erime noktasına sahip bir katı yeşil-sarı renkli ve BKO oluşturulmaktadır 2 ile indirgeme molekül ile hidrojen :

1200 ° C, oksit Bk için ısıtılması üzerine 2 O 3 uğrar bir faz değişikliği; 1750 °C'de başka bir faz değişikliğine uğrar. Bu tür üç fazlı davranış, aktinit seskioksitler için tipiktir . Berkelium(II) oksit, BkO, kırılgan gri bir katı olarak rapor edilmiştir, ancak kesin kimyasal bileşimi belirsizliğini korumaktadır.

Halideler

Gelen halojenürler , berkelyum- oksidasyon 3 ve 4 devletler varsayar. Dört değerlikli halojenürler Bkf ise +3 durum, özellikle çözeltiler içinde, en çok stabil olan 4 ve Cs 2 BkCl 6 sadece katı faz içinde bilinmektedir. Bunun üç değerli fluorür ve klorürdür tricapped içinde berkelyum- atomunun koordinasyonu köşeli prizma ile koordinasyon sayısı üç değerli bromür 9'a ait, bunun bicapped köşeli prizma (koordinasyon 8) veya oktahedral (koordinasyon 6) ve iyodür içinde olduğunu oktahedral .

oksidasyon
numarası
F Cl Br ben
+4 BkF 4
(sarı)
Cs 2 BkCl 6
(turuncu)
+3 BkF 3
(sarı)
BkCl 3
(yeşil)
Cs 2 NaBkCl 6
BkBr 3
(sarı-yeşil)
BkI 3
(sarı)

Berkelium(IV) florür (BkF 4 ) sarı-yeşil iyonik bir katıdır ve uranyum tetraflorür veya zirkonyum(IV) florür ile izotipiktir . Berkelium(III) florür (BkF 3 ) de sarı-yeşil bir katıdır, ancak iki kristal yapısı vardır. Düşük sıcaklıklarda en kararlı faz itriyum(III) florür ile izotipiktir, 350 ile 600 °C arasında ısıtıldığında ise lantan(III) florürde bulunan yapıya dönüşür .

Berkelyum (III) klorür (BkCl Visible miktarlarda 3 ) ilk olarak izole edilmiş ve 1962 ile karakterize edilen ve bir yalnızca 3 milyarda tartılmıştır gram . Yaklaşık 500 °C'lik bir sıcaklıkta berkelyum oksit içeren boşaltılmış bir kuvars tüp içine hidrojen klorür buharları sokularak hazırlanabilir . Bu yeşil katının erime noktası 600 °C'dir ve uranyum(III) klorür ile izotipiktir . Neredeyse erime noktasına ısıtılması üzerine, BkCl 3 ortorombik faza dönüştürür.

Berkelyum(III) bromürün iki formu bilinmektedir: biri koordinasyon 6'ya sahip olan berkelyumlu ve diğeri koordinasyon 8'e sahip olan. İkincisi daha az kararlıdır ve yaklaşık 350 °C'ye ısıtıldığında önceki faza dönüşür. Taze ve yaşlandırılmış yapısı: Radyoaktif katı maddeler için önemli bir olgudur, bu iki kristal formlar üzerinde çalışılmıştır 249 BkBr 3 ile problanmıştır örnekleri X-ışını kırınımı , 3 yıldan uzun bir süre daha fazla berkelyum- 249 muhtelif karışımlar zorunda olduğu beta kaliforniyum-249'a bozunmuştur . 249 BkBr 3249 CfBr 3 dönüşümünde yapıda hiçbir değişiklik gözlenmedi . Ancak, diğer farklılıklar için not edildi 249 BkBr 3 ve 249 CfBr 3 . Örneğin, ikinci hidrojen ile indirgenebilir 249 CfBr 2 , fakat eski olabilir - bu sonuç tek tek üzerinde çoğaltılmış 249 BkBr 3 ve 249 CfBr 3 numune yanı hem bromürler içeren numuneler. Berkelium'da kaliforniyumun iç içe büyümesi günde %0.22 oranında gerçekleşir ve berkelium özelliklerinin araştırılmasında içsel bir engeldir. Kimyasal bir kontaminasyonun yanı sıra , bir alfa yayıcı olan 249 Cf, kristal kafesin istenmeyen kendi kendine zarar vermesine ve bunun sonucunda kendi kendine ısınmasına neden olur. Bununla birlikte, zamanın bir fonksiyonu olarak ölçümler yapılarak ve elde edilen sonuçların tahmin edilmesiyle kimyasal etkiden kaçınılabilir.

Diğer inorganik bileşikler

Pnictides berkelyum- 249 Çeşidi BKX arasında elemanları bilinmektedir azot , fosfor , arsenik ve antimon . Kaya tuzu yapısında kristalleşirler ve ya berkelyum(III) hidrit (BkH 3 ) ya da metalik berkelyumun bu elementlerle yüksek sıcaklıkta (yaklaşık 600 °C) yüksek vakum altında tepkimesiyle hazırlanırlar .

Berkelium (III) sülfid, Bk 2 S 3 , oluşan bir karışım ile işlemden geçirilmesi berkelyum- oksit ile hazırlanır hidrojen sülfit ve karbon disülfit ° 1130 buhar C, ya da doğrudan elementel kükürt ile metalik berkelyumun reaksiyona sokulması ile. Bu prosedürler kahverengimsi-siyah kristaller verir.

Berkelium(III) ve berkelium(IV) hidroksitlerin her ikisi de 1 molar sodyum hidroksit solüsyonlarında stabildir . Berkelium(III) fosfat (BkPO 4 ), yeşil ışıkla uyarma altında güçlü floresans gösteren bir katı olarak hazırlanmıştır . Berkelyum hidrürler, metalin hidrojen gazı ile yaklaşık 250 °C sıcaklıkta reaksiyona sokulmasıyla üretilir. BkH 2+x (0 < x < 1) nominal formülüyle stokiyometrik değildirler . Bir oksisülfit (Bk 2 O 2 S) ve hidratlı nitrat ( Bk (NO
3
)
3
·4H
2
O
), klorür ( BkCl
3
·6H
2
O
), sülfat ( Bk
2
(BU YÜZDEN
4
)
3
·12H
2
O
) ve oksalat ( Bk
2
(C
2
Ö
4
)
3
·4H
2
O
). Argon atmosferinde yaklaşık 600 °C'de termal ayrışma ( BkO'ya oksidasyonu önlemek için )
2
) Bk
2
(BU YÜZDEN
4
)
3
·12H
2
O
, berkelium(III) oksisülfat kristallerini verir ( Bk
2
Ö
2
BU YÜZDEN
4
). Bu bileşik, inert atmosferde en az 1000 °C'ye kadar termal olarak kararlıdır.

Organoberkelium bileşikleri

Berkelium , üç siklopentadienil halkalı bir trigonal (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk metalosen kompleksi oluşturur ve bu, berkelyum(III) klorürün erimiş berilosen ( Be (C 5 H 5 ) 2 ) ile yaklaşık 70 °C'de reaksiyona sokulmasıyla sentezlenebilir. °C. Bu sırada bir amber rengi ve 2.47 g / cm yoğunluğa sahip 3 . Kompleks, en az 250 °C'ye kadar ısıtmaya kararlıdır ve yaklaşık 350 °C'de erimeden süblimleşir. Berkelyumun yüksek radyoaktivitesi, bileşiği kademeli olarak yok eder (bir hafta içinde). İçinde bir siklopentadienil halkası (η 5 -C 5 H 5 ) 3 Bk verimle [Bk (Cı-klor ile ikame edilmiş olabilir 5 H 5 ) 2 Cl] 2 . Bu bileşiğin optik absorpsiyon spektrumları (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk'ninkine çok benzer .

Uygulamalar

Ağır koruma ekipmanı takan bir el tarafından tutulan plastik bir pipet içinde çok küçük bir mavi sıvı örneği
22 miligram (şekilde berkelyum nitrat hazırlanan) HFIR sentezi için kullanılan, yaklaşık bir milyon dolara mal 2009 yılında, tennessine içinde JINR

Temel bilimsel araştırmaların dışında herhangi bir berkelium izotopunun şu anda kullanımı yoktur. Berkelium-249, lavrensiyum , rutherfordium ve bohrium gibi daha da ağır transuranik elementler ve transaktinitler hazırlamak için yaygın bir hedef nükliddir . Aynı zamanda izotop kaliforniyum-249, kimyası üzerindeki çalışmalar için kullanılan kaynağı olarak yararlıdır californium daha radyoaktif Kaliforniyum-252 Böyle HFIR olarak nötron bombardımanı tesislerinde üretilen tercih için.

Berkelyum- 249 bir 22 miligram parti 250 günlük bir ışınlama hazırlanır ve daha sonra bu, hedef ilk 6 atom vermiştir 2009 yılında Oak Ridge, 90 gün süre ile saflaştırılmıştır tennessine de Nükleer Araştırma Ortak Enstitüsü (JINR), Dubna'da , Rusya, 150 gün boyunca U400 siklotronunda kalsiyum iyonlarıyla bombaladıktan sonra. Bu sentez, JINR ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı arasındaki 113 ila 118 elementlerin sentezi üzerine 1989'da başlatılan Rusya-ABD işbirliğinin doruk noktasıydı .

nükleer yakıt döngüsü

Nükleer fizyon berkelyum özellikleri komşu aktinitler küriyum ve kaliforniyumun farklıdır ve bir nükleer reaktör içinde bir yakıt olarak kötü bir şekilde berkelyumun göstermektedir. Spesifik olarak, berkelium-249, termal nötronlar için 710 ahır , 1200 ahır rezonans integrali , ancak termal nötronlar için çok düşük fisyon kesiti gibi orta derecede büyük bir nötron yakalama kesitine sahiptir . Bir termal reaktörde, bu nedenle çoğu, hızla kaliforniyum-250'ye bozunan berkelyum-250'ye dönüştürülür. Prensip olarak, berkelyum- 249 sürdürebilen nükleer zincir reaksiyonu bir de hızlı üretken reaktör . Bu kritik kütlesi 192 kg nispeten yüksektir; bir su veya çelik reflektör ile azaltılabilir, ancak yine de bu izotopun dünya üretimini aşacaktır.

Berkelium-247, hem termal nötronda hem de hızlı nötron reaktöründe zincirleme reaksiyonu koruyabilir, ancak üretimi oldukça karmaşıktır ve bu nedenle kullanılabilirliği, çıplak bir küre için yaklaşık 75.7 kg olan kritik kütlesinden çok daha düşüktür. Su reflektörlü 41,2 kg ve çelik reflektörlü 35,2 kg (30 cm kalınlık).

Sağlık sorunları

Berkelyumun insan vücudu üzerindeki etkileri hakkında çok az şey bilinmektedir ve farklı radyasyon ürünleri ( berkelyum ve alfa parçacıkları için elektronlar , nötronlar veya diğer birçok aktinit için her ikisi) nedeniyle diğer elementlerle benzerlikler kurulamayabilir . Berkelium-249'dan yayılan elektronların düşük enerjisi (126 keV'den az), diğer bozunma süreçleriyle sinyal etkileşimi nedeniyle tespitini engeller, ancak aynı zamanda bu izotopu diğer aktinitlere kıyasla insanlar için nispeten zararsız hale getirir. Bununla birlikte, berkelium-249, yalnızca 330 günlük bir yarılanma ömrüyle, oldukça tehlikeli olan ve özel bir laboratuvarda bir torpido gözünde taşınması gereken güçlü alfa yayıcı kaliforniyum-249'a dönüşür .

Mevcut berkelyum toksisite verilerinin çoğu, hayvanlar üzerinde yapılan araştırmalardan kaynaklanmaktadır. Sıçanlar tarafından yutulduğunda, berkelyumun sadece yaklaşık %0.01'i kan dolaşımında biter. Oradan yaklaşık %65'i kemiklere gider, burada yaklaşık 50 yıl kalır, %25'i akciğerlere (biyolojik yarılanma ömrü yaklaşık 20 yıl), %0.035'i testislere veya %0.01'i berkelium'un süresiz olarak kaldığı yumurtalıklara gider. Yaklaşık %10'luk bakiye atılır. Berkelium tüm bu organlarda kanseri teşvik edebilir ve iskelet sisteminde radyasyonu kırmızı kan hücrelerine zarar verebilir. İnsan iskeletinde izin verilen maksimum berkelium-249 miktarı 0,4  nanogramdır .

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar