Berkelio

Berkelio
97 Bk
Tuberculosis ↑ Bk ↓ (Uqe) Tabla periódica curio ← berkelium → californio
Apariencia
plateado
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	berkelio, Bk, 97
Pronunciación	/ b del ər k yo l yo . əm / bər- KEE -lee-əm con menor frecuencia: / b ɜr k l yo . əm / BERK -lee-əm
Categoría metálico	actínidos
Grupo, período, bloque	n / a, 7, F
Peso atómico estándar	(247)
Configuración electrónica	[ Rn ] 5f 9 7s 2 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Historia
Descubrimiento	Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (1949)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Densidad (cerca rt)	(Alfa) 14,78 g · cm -3
Densidad (cerca rt)	(Beta) 13,25 g · cm -3
Punto de fusion	(Beta) 1259 K , 986 ° C, 1807 ° F
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	3, 4
Electronegatividad	1,3 (escala de Pauling)
Energías de ionización	Primero: 601 kJ · mol -1
Radio atómico	170 pm
Miscelánea
Estructura cristalina	hexagonal compacta
Ordenamiento magnético	paramagnético
Conductividad térmica	10 W · m -1 · K -1
Número de registro del CAS	7440-40-6
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de berkelio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP 245 Bk syn 4,94 d ε 0,810 245 Cm α 6,455 241 Am 246 Bk syn 1.8 d α 6,070 242 Am ε 1,350 246 Cm 247 Bk syn 1380 y α 5,889 243 Am 248 Bk syn > 9 y α 5,803 244 Am 249 Bk rastro 330 d α 5,526 245 Am SF - - β - 0,125 249 Cf

Berkelium es un transuránicos radiactivo elemento químico con el símbolo Bk y número atómico 97, un miembro de la actínidos y serie Elementos transuránicos. Lleva el nombre de la ciudad de Berkeley, California, la ubicación de la Universidad de Laboratorio de Radiación de California, donde se descubrió en diciembre de 1949. Este fue el quinto elemento transuranium descubierto después de neptunio , plutonio , curio y americio .

El mayor de isótopos de berkelio, berkelio-249, se sintetiza en cantidades diminutas en dedicado de alto flujo reactores nucleares, sobre todo en el Oak Ridge National Laboratory en Tennessee, EE.UU., y en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos en Dimitrovgrad, Rusia. La producción del segundo isótopo importante berkelium-247 implica la irradiación de la rara isótopo curio-244 con alta energía partículas alfa.

Poco más de un gramo de berkelio se ha producido en los Estados Unidos desde 1967. No existe ninguna aplicación práctica de berkelio fuera de la investigación científica que se dirige principalmente a la síntesis de más pesado elementos transuránicos y transactinides. Un lote de 22 miligramos de berkelio-249 se preparó durante un período de irradiación de 250 días y después se purificó por otros 90 días en Oak Ridge en 2009. Esta muestra se utiliza para sintetizar el elemento ununseptium por primera vez en 2009 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear, Rusia , después de haber sido bombardeado con calcio-48 iones de 150 días. Esta fue la culminación de la colaboración entre Rusia y Estados Unidos sobre la síntesis de los elementos 113 a 118.

Berkelium es una, de color blanco plateado suave, metal radiactivo. El isótopo berkelio-249 emite baja energía electrones y por lo tanto es relativamente seguro para manejar. Sin embargo, se desintegra con una vida media de 330 días para californio -249, que es un emisor fuerte y peligroso de partículas alfa. Esta transformación gradual es una consideración importante en el estudio de las propiedades de berkelio elemental y sus compuestos químicos, desde la formación de californio trae no sólo la contaminación química, sino también el daño auto-radiación y el calentamiento espontáneo de las partículas alfa emitidas.

Historia

Glenn T. Seaborg

El ciclotrón de 60 pulgadas en el Laboratorio de Radiación Lawrence de la Universidad de California, Berkeley, en agosto de 1939

Aunque cantidades muy pequeñas de berkelio fueron posiblemente producidos en los experimentos nucleares anteriores, era primero intencionalmente sintetizado, aislado e identificado en diciembre de 1949 por Glenn T. Seaborg, Albert Ghiorso y Stanley G. Thompson. Utilizaron el 60 pulgadas ciclotrón en el Universidad de California, Berkeley. Al igual que el descubrimiento casi simultáneo de americio (elemento 95) y el curio (elemento 96) en 1944, el nuevo elementos berkelium y californio (elemento 98) ambos fueron producidos en 1949-50.

La elección del nombre para el elemento 97 siguió la tradición anterior del grupo californiano de establecer una analogía entre el recién descubierto actínidos y los lantánidos elemento posicionado por encima de ella en la tabla periódica . Anteriormente, el americio fue nombrado después de un continente como su análogo europio , y los científicos curio honrado Marie y Pierre Curie como la de los lantánidos por encima de ella, gadolinio , fue nombrado en honor al explorador de la elementos de tierras raras Johan Gadolin. Así, el informe de descubrimiento por el grupo de Berkeley dice: "Se sugiere que el elemento 97 se le dio el nombre berkelium (símbolo Bk) después de la ciudad de Berkeley de una manera similar a la utilizada en el nombramiento de su homólogo química terbio (número atómico 65), cuyo nombre se deriva de la ciudad de Ytterby, Suecia , donde se encontraron los minerales de tierras raras en primer lugar. "Esta tradición terminó el berkelio, aunque, como el nombramiento de la próxima actínidos descubierto, californio , no estaba relacionada con su análogo lantánidos disprosio , pero después de que el lugar de descubrimiento.

Los pasos más difíciles en la síntesis de berkelium eran su separación de los productos finales y la producción de cantidades suficientes de americio para el material diana. En primer lugar, el americio (Am ²⁴¹⁾ de nitrato solución se revistió sobre un platino papel de aluminio, la solución se evaporó y el residuo se convierte por recocido para dióxido de americio (AmO _2). Este objetivo se irradió con 35 MeV partículas alfa de 6 horas en el ciclotrón de 60 pulgadas en el Laboratorio de Radiación Lawrence de la Universidad de California, Berkeley. El (α, 2n) reacción inducida por la irradiación produjo el isótopo ²⁴³ Bk y dos libres neutrones :

Después de la irradiación, el recubrimiento se disolvió con ácido nítrico y después se precipitó como el hidróxido usando acuoso concentrado solución de amoníaco. El producto era centrifugó y se volvió a disolver en ácido nítrico. Para separar berkelium desde el americio sin reaccionar, se añadió esta solución a una mezcla de amonio y sulfato de amonio y se calienta para convertir todo el americio disuelto en el estado de oxidación +6. Americio residual no oxidada se precipitó por la adición de ácido fluorhídrico como americio (III) fluoruro (AMF _3). Este paso produjo una mezcla del producto suministrado curio y el elemento de espera 97 en forma de trifluoruros. La mezcla se convierte en los correspondientes hidróxidos mediante tratamiento con hidróxido de potasio, y después de la centrifugación, se disolvió en ácido perclórico.

Cromatográfico curvas de elución que revelan la similitud entre los lantánidos terbio (Tb), gadolinio (Gd), y europio (Eu) y su correspondiente actínidos berkelio (Bk), el curio (Cm) y americio (Am)

Además de separación se llevó a cabo en presencia de un ácido cítrico / amonio solución tampón en un medio débilmente ácido ( pH≈3.5), usando intercambio iónico a temperatura elevada. La cromatografía de comportamiento de separación era entonces desconocido para el elemento 97, pero fue anticipado por analogía con terbio (ver curvas de elución). Los primeros resultados fueron decepcionantes como ninguna partícula alfa firma de emisiones podría ser detectada a partir del producto de elución. Sólo más la búsqueda para Los rayos X característicos y señales de electrones de conversión como resultado la identificación de un isótopo berkelium. Su número de masa era incierta entre 243 y 244 en el informe inicial, pero más tarde se estableció como 243.

Características

Físico

Cerca doble hexagonal de embalaje con el ABAC secuencia de capas en la estructura cristalina de α-berkelio (A: verde, B: azul, C: rojo)

Berkelium es un,, radiactivo blanco plateado suave actínidos metal. En la tabla periódica , que se encuentra a la derecha de la actínidos curio , a la izquierda de la actínidos californio y por debajo de la de los lantánidos terbio con el que comparte muchas similitudes en las propiedades físicas y químicas. Su densidad de 14,78 g / cm ³ encuentre entre los de curio (13,52 g / cm ³⁾ y el californio (15,1 g / cm ^3), así como su punto de fusión 986 ° C, por debajo de la de curio (1340 ° C), pero mayor que la de californio (900 ° C). Berkelium es relativamente suave y tiene una de las más bajas módulos a granel entre los actínidos, a unos 20 GPa (2 × 10 ¹⁰ Pa).

Berkelium (III) muestra dos iones agudo picos de fluorescencia a 652 nanómetros (luz roja) y 742 nanómetros (rojo profundo - infrarrojo cercano), debido a las transiciones internas en el shell f-electrón. La intensidad relativa de estos picos depende de la potencia de excitación y la temperatura de la muestra. Esta emisión se puede observar, por ejemplo, después de dispersar iones berkelium en un vidrio de silicato, por fusión del vidrio en presencia de óxido de berkelium o haluro.

Entre el 70 K y la temperatura ambiente, el berkelio se comporta como un Material paramagnético Curie-Weiss con un momento magnético efectivo de 9,69 Magnetrones Bohr (μ _B) y una Temperatura de Curie de 101 K. Este momento magnético es casi igual al valor teórico de 9,72 μ _B calculada dentro de la sencilla atómica Modelo de acoplamiento LS. Después de enfriar a aproximadamente 34 K, berkelium sufre una transición a una estado antiferromagnético. Entalpía de disolución en ácido clorhídrico en condiciones estándar es -600 kJ / mol ^-1, desde el cual el se obtiene el cambio estándar de entalpía de formación (Δ _f H °) del acuosas Bk ³⁺ iones como -601 kJ / mol ^-1. La potencial Bk norma ³⁺ / Bk ⁰ es -2,01 V. El potencial de ionización de un átomo de berkelium neutral es 6,23 eV.

Alótropos

En condiciones ambientales, berkelium asume su forma α más estable que tiene un hexagonal simetría, grupo espacial P6 ₃ / mmc, parámetros de red de 341 pm y 1107 horas. El cristal tiene una doble hexagonal estructura de embalaje con la secuencia de capas ABAC y también lo es isotípica (que tiene una estructura similar) con α-lantano y α-formas de actínidos allá curio. Esta estructura cristalina cambia con la presión y la temperatura. Cuando se comprime a temperatura ambiente a 7 GPa, α-berkelium transforma a la modificación beta, que tiene una cara cúbica centrada (norteamericana) de grupo de simetría y el espacio Fm 3 m. Esta transición ocurre sin cambio en el volumen, pero los entalpía se incrementa en 3,66 kJ / mol. Tras una posterior compresión de 25 GPa, berkelium transforma a una estructura ortorrómbica γ-berkelium similar a la de α-uranio. Esta transición se acompaña de una disminución de volumen del 12% y la deslocalización de los electrones en el Capa electrónica 5f. No hay transiciones de fase más se observan hasta 57 GPa.

Tras el calentamiento, α-berkelium transforma en otra fase con una celosía fcc (pero ligeramente diferentes de β-berkelium), grupo espacial Fm 3 my la constante de red de 500 horas; esta estructura fcc es equivalente a la de embalaje más cercana con la secuencia ABC. Esta fase es metaestable y volverá gradualmente a la fase α-berkelium original a temperatura ambiente. La temperatura de la transición de fase se cree que es bastante cerca del punto de fusión.

Químico

Como todos los actínidos , berkelium se disuelve en diversos ácidos inorgánicos acuosos, liberando gaseosa de hidrógeno y la conversión en el estado berkelium (III). Este trivalente estado de oxidación (3) es la más estable, especialmente en soluciones acuosas, pero tetravalente (4) y posiblemente También se conocen divalentes (2) compuestos berkelium. La existencia de sales divalentes berkelium es incierto y sólo se ha informado en mixta cloruros de lantano cloruro de estroncio se derrita. Un comportamiento similar se observa para el análogo de los lantánidos de berkelio, terbio . Las soluciones acuosas de iones Bk ³⁺ son de color verde en la mayoría de los ácidos. El color de iones Bk ⁴⁺ es de color amarillo en ácido clorhídrico y de color amarillo anaranjado en ácido sulfúrico . Berkelium no reacciona rápidamente con oxígeno a temperatura ambiente, posiblemente debido a la formación de una superficie de la capa protectora de óxido. Sin embargo, reacciona con metales fundidos, hidrógeno , halógenos , calcógenos y pnictogens para formar varios compuestos binarios.

Isótopos

Una veintena de isótopos y seis isómeros nucleares (estados excitados de un isótopo) de berkelio se han caracterizado con los números atómicos que van desde 235 a 254. Todos ellos son radiactivos. Las más largas vidas medias son observados por ²⁴⁷ Bk (1380 años), ²⁴⁸ Bk (9 años) y ²⁴⁹ Bk (330 días); las vidas medias de los otros isótopos van desde microsegundos a varios días. El isótopo que es el más fácil de sintetizar es berkelium-249. Se emiten mayoría suaves β-partículas que son un inconveniente para la detección. Su radiación alfa es más bien débil - 1,45 × 10 ^-3% con respecto a la radiación β - pero a veces se usa para detectar este isótopo. El segundo isótopo berkelium importante, berkelio-247, es un emisor alfa, al igual que la mayoría de los isótopos de actínidos.

Aparición

Todos los isótopos berkelium tienen una vida media muy corta para ser primordial. Por lo tanto, todo berkelium primordial, es decir, el berkelio presente en la Tierra durante su formación, ha decaído por ahora.

En la Tierra, el berkelio se concentra sobre todo en ciertas áreas, que fueron utilizados para la atmosférica pruebas de armas nucleares entre 1945 y 1980, así como en los sitios de incidentes nucleares, como el desastre de Chernobyl , accidente de Three Mile Island y 1968 accidente aéreo de Thule Base Aérea B-52. Análisis de los restos en el sitio de ensayo de la primera de EE.UU. bomba de hidrógeno, Ivy Mike, (1 de noviembre de 1952, Enewetak Atoll), reveló altas concentraciones de varios actínidos, incluyendo berkelio. Por razones de secreto militar, este resultado sólo se publicó en 1956.

Los reactores nucleares producen sobre todo, entre los isótopos berkelium, berkelio-249. Durante el almacenamiento y antes de la eliminación de combustible, la mayor parte beta decae a californio-249. Este último tiene una vida media de 351 años, que es relativamente largo en comparación con los otros isótopos producidos en el reactor, y es por lo tanto indeseable en los productos de desecho.

Unos pocos átomos de berkelium pueden ser producidos por reacciones de captura de neutrones y desintegración beta en muy alta concentración de uranio depósitos que alojan, por lo que es el elemento más raro de origen natural.

Síntesis y extracción

Preparación de isótopos

Berkelium se produce mediante el bombardeo ligero actínidos uranio ^(238U) o plutonio (Pu ²³⁹⁾ con los neutrones en un reactor nuclear. En un caso más común de combustible de uranio, plutonio se produce por primera captura de neutrones (la llamada (n, γ) de reacción o de fusión de neutrones), seguido de la desintegración beta:

(Los horarios son vidas medias )

El plutonio-239 se irradia adicionalmente por una fuente que tiene un alto flujo de neutrones, varias veces más alto que un reactor nuclear convencional, tal como el 85 megavatios Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, EE.UU.. El mayor flujo promueve reacciones de fusión que involucran no sólo uno sino varios neutrones, la conversión de ²³⁹ Pu a ²⁴⁴ Cm y luego a ²⁴⁹ Cm:

Curio-249 tiene una vida media corta de 64 minutos, por lo que su posterior conversión a ²⁵⁰ Cm tiene una baja probabilidad. En su lugar, se transforma por desintegración beta en ²⁴⁹ Bk:

El así producido ²⁴⁹ Bk tiene una vida media larga de 330 días y por lo tanto puede capturar otra de neutrones. Sin embargo, el producto, ²⁵⁰ Bk, de nuevo tiene una vida media relativamente corta de 3,212 horas y, por tanto, no dió ningún isótopos más pesados berkelium. En vez decae al isótopo californio ²⁵⁰ Cf:

Aunque ²⁴⁷ Bk es el isótopo más estable de berkelium, su producción en los reactores nucleares es muy ineficiente debido a la larga vida media de su potencial progenitor curio-247, que no permite que el tiempo suficiente para la desintegración beta antes de la captura de neutrones otra. Por lo tanto, ²⁴⁹ Bk es el isótopo más accesible de berkelio, que todavía, está disponible sólo en pequeñas cantidades (sólo 0,66 gramos se han producido en los EE.UU. durante el período 1967-1983) a un precio alto de la Orden 185 USD por microgramo.

El isótopo ²⁴⁸ Bk se obtuvo por primera vez en 1956 mediante el bombardeo de una mezcla de isótopos curio con 25 MeV α-partículas. Aunque su detección directa se ve obstaculizada por la fuerte interferencia de la señal con ²⁴⁵ Bk, la existencia de un nuevo isótopo fue demostrado por el crecimiento de la producto de desintegración ²⁴⁸ Cf que se había caracterizado previamente. La vida media de ²⁴⁸ Cf se estimó como 23 ± 5 horas y un valor más fiable aún no se conoce. Berkelio-247 se produjo en el mismo año por la irradiación de ²⁴⁴ cm con partículas alfa:

Berkelio-242 fue sintetizado en 1979 bombardeando ²³⁵ U con ¹¹ B, ²³⁸ U con ¹⁰ B, ²³² Th con ¹⁴ N o ²³² Th con ¹⁵ N. Convierte por captura de electrones a ²⁴² cm, con una vida media de 7,0 ± 1,3 minutos. Una búsqueda de un sospechoso inicialmente isótopo ²⁴¹ Bk era entonces sin éxito; ²⁴¹ Bk ya se ha sintetizado.

Separación

El hecho de que berkelium asume fácilmente estado de oxidación +4 en los sólidos, y es relativamente estable en este estado en líquidos contribuye en gran medida la separación de berkelium lejos de muchos otros actínidos. Estos se producen inevitablemente en cantidades relativamente grandes durante la síntesis nuclear y a menudo favorecen el estado 3. Este hecho aún no se conocía en los experimentos iniciales, que utilizan un procedimiento de separación más compleja. Varios agentes de oxidación se pueden aplicar a la berkelium soluciones (III) para convertir al estado 4, tales como bromatos (BRO -
3), bismuthates (Bio -
3), cromatos (CrO 2-
4 y Cr
2 O 2-
7), plata (I) tiolato (Ag ₂ S ₂ O _8), plomo (IV) óxido (PbO _2), ozono (O _3), o procedimientos de oxidación fotoquímica. Berkelium (IV) se extrae luego con intercambio, ion extracción cromatografía o extracción líquido-líquido usando HDEHP (bis- (2-etilhexil) fosfórico scid), aminas , fosfato de tributilo o varios otros reactivos. Estos procedimientos se separan berkelium de la mayoría de los actínidos trivalentes y lantánidos , excepto por el lantánido cerio (lantánidos están ausentes en el objetivo de la irradiación, pero se crean en diversos fisión nuclear cadenas de desintegración).

Un procedimiento más detallada adoptada en la Laboratorio Nacional de Oak Ridge era como sigue: la mezcla inicial de los actínidos se procesa con intercambio iónico utilizando reactivo de cloruro de litio, a continuación precipitó en forma de hidróxidos , filtró y se disolvió en ácido nítrico. Se trata entonces con de alta presión elución a partir de resinas de intercambio catiónico, y la fase berkelium se oxida y se extrajeron usando uno de los procedimientos descritos anteriormente. Reducción de la berkelium obtenido de este modo (IV) al estado de oxidación +3 produce una solución, que es casi libre de otros actínidos (pero contiene cerio). Berkelium y cerio se separan luego con otra ronda de tratamiento de intercambio de iones.

Preparación de metales a granel

Con el fin de caracterizar las propiedades químicas y físicas de berkelio sólido y sus compuestos, un programa se inició en 1952 en el Pruebas de Materiales del reactor, Arco, Idaho, Estados Unidos. El resultado en la preparación de un objetivo de plutonio-239 de ocho gramo y en la primera producción de cantidades macroscópicas (0,6 microgramos) de berkelium por Burris B. Cunningham y Stanley G. Thompson en 1958, después de una irradiación reactor continuo de este objetivo durante seis años. Este método de irradiación fue y sigue siendo la única manera de producir cantidades ponderables del elemento, y la mayoría de los estudios de estado sólido de berkelio se han realizado sobre muestras de microgramos o submicrogram tamaño.

Principales fuentes de irradiación del mundo son los 85 megavatios Reactor de Isótopos de Alto Flujo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, EE.UU., y el reactor de bucle SM-2 en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (NIIAR) en Dimitrovgrad, Rusia, que tanto se dedican a la producción de elementos transcurium (número atómico mayor de 96). Estas instalaciones cuentan con niveles de potencia y flujo similares, y se espera que tengan las capacidades de producción comparables para elementos transcurium, aunque las cantidades producidas en NIIAR no se denuncian públicamente. En una "campaña de tratamiento típico" en Oak Ridge, decenas de gramos de curio son irradiados para producir cantidades Decigramo de californio , cantidades de miligramos de berkelio-249 y einsteinium , y cantidades de picogramos de fermio . En total, algo más de un gramo de berkelio-249 se ha producido en Oak Ridge desde 1967.

La primera muestra de berkelium metal que pese 1,7 microgramos fue preparado en 1971 por la reducción de berkelium (III) con fluoruro de litio de vapor a 1000 ° C; el fluoruro se suspendió en un alambre de tungsteno por encima de un tantalio crisol que contiene litio fundido. Más tarde, las muestras de metal con peso hasta 0,5 miligramos se obtuvieron con este método.

Se obtienen resultados similares con berkelium (IV) de fluoruro. Berkelium de metal también puede ser producido por la reducción de berkelium (IV) óxido con torio o de lantano .

Compuestos

Óxidos

Dos óxidos de berkelio son conocidos, con el berkelio estado de oxidación de +3 (Bk ₂ O ₃₎ y 4 (BKO _2). Berkelium (IV) óxido es un sólido marrón, mientras que berkelium (III) es un óxido de color verde amarillo sólido con un punto de fusión de 1920 ° C y está formado a partir de ₂ por bko reducción con molecular de hidrógeno :

Tras el calentamiento a 1200 ° C, el óxido de Bk ₂ O ₃ se somete a un cambio de fase; sufre otro cambio de fase a 1750 ° C. Tal comportamiento trifásico es típico de la actínidos sesquióxidos. Berkelium (II) óxido, bko, ha sido reportado como un sólido frágil gris, pero su composición química exacta sigue siendo incierta.

Haluros

En halogenuros, berkelium asume los estados de oxidación +3 y +4. El estado 3 es la más estable, especialmente en soluciones, mientras que los haluros tetravalentes BKF ₄ y Cs ₂ BkCl ₆ sólo se conocen en la fase sólida. La coordinación del átomo berkelium en su fluoruro trivalente y cloruro se tricapped prismática trigonal, con el número de coordinación de 9. En bromuro trivalente, se bicapped trigonal prismática (coordinación 8) o octaédrica (coordinación 6), y en el yoduro es octaédrica.

Berkelium (IV) de fluoruro (BKF ₄₎ es un amarillo-verde sólido iónico y es isotípico con tetrafluoruro de uranio o de zirconio (IV) de fluoruro. Berkelium (III) de fluoruro (BKF ₃₎ es también un sólido de color amarillo-verde, pero tiene dos estructuras cristalinas. La fase más estable a bajas temperaturas es isotípico con itrio (III) de fluoruro, mientras que después del calentamiento a entre 350 y 600 ° C, se transforma a la estructura que se encuentra en de fluoruro de lantano (III).

Cantidades visibles de berkelio (III) cloruro (BkCl ₃₎ fueron aislados y caracterizados en 1962, y se pesan sólo 3 mil millonésimas de gramo. Se puede preparar mediante la introducción de vapores de cloruro de hidrógeno en un tubo de cuarzo que contiene óxido de berkelium evacuado a una temperatura de aproximadamente 500 ° C. Esta verde sólido tiene un punto de fusión de 600 ° C, y es isotípica con cloruro de uranio (III). Tras el calentamiento a punto casi de fusión, BkCl ₃ se convierte en una fase ortorrómbica.

Dos formas de berkelium (III) son conocidos bromuro de: uno con berkelium tener coordinación 6, y uno con la coordinación 8. El último es menos estable y se transforma en la primera fase después del calentamiento a aproximadamente 350 ° C. Un fenómeno importante para sólidos radiactivos se ha estudiado en estas dos formas cristalinas: la estructura de las frescas y envejecidas ²⁴⁹ BkBr ₃ muestras fue sondeado por Difracción de rayos X durante un período de más de 3 años, por lo que diversas fracciones de berkelio-249 tenían beta decayó a californio-249. No se observó ningún cambio en la estructura de la ²⁴⁹ BkBr ₃ - ₃ CfBr transformación ^249. Sin embargo, se observaron otras diferencias para ²⁴⁹ BkBr ₃ y ²⁴⁹ CfBr _3. Por ejemplo, este último podría reducirse con hidrógeno a ²⁴⁹ CfBr _2, pero el primero no podía - este resultado se reprodujo en persona ²⁴⁹ BkBr ₃ y ²⁴⁹ CfBr ₃ muestras, así como en las muestras que contienen ambos bromuros. El intercrecimiento de californio en berkelio se produce a una tasa de 0,22% por día y es un obstáculo intrínseco en el estudio de las propiedades berkelium. Al lado de una contaminación química, ²⁴⁹ Cf, siendo un emisor alfa, trae auto-daño no deseado de la red cristalina y el calentamiento espontáneo resultante. El efecto químico sin embargo se puede evitar mediante la realización de mediciones como una función del tiempo y la extrapolación de los resultados obtenidos.

Otros compuestos inorgánicos

La pníctidos de berkelium-249 del tipo BKX son conocidos por los elementos nitrógeno , fósforo , arsénico y antimonio . Se cristalizan en el estructura de la roca-sal y se preparan mediante la reacción de cualquiera de berkelio (III) de hidruro (BKH ₃₎ o berkelio metálico con estos elementos a temperatura elevada (aproximadamente 600 ° C) en alto vacío.

Berkelium (III) sulfuro, Bk ₂ S _3, se prepara por cualquiera de óxido de berkelium el tratamiento con una mezcla de sulfuro de hidrógeno y vapores de disulfuro de carbono en 1130 ° C, o por reacción directa de berkelio metálico con azufre elemental. Estos procedimientos producen cristales de color marrón-negro.

Berkelium (III) y berkelium (IV) hidróxidos son ambos estables en 1 soluciones molares de hidróxido de sodio . Berkelium (III) fosfato (BkPO ₄₎ ha sido preparado como un sólido, que muestra una fuerte la fluorescencia bajo excitación con una luz verde. Hidruros berkelium se producen por reacción de metal con gas hidrógeno a temperaturas alrededor de 250 ° C. Son no-estequiométrica con la fórmula nominal BKH _{2 + x} (0 <x <1). Varias otras sales de berkelium son conocidos, incluyendo un oxisulfuro (Bk ₂ O ₂ S), e hidratada nitrato (Bk (NO _{3) 3} · 4H ₂ O), cloruro de (BkCl ₃ · 6H ₂ O), sulfato (Bk ₂ ( SO _{4) 3} · 12H ₂ O) y oxalato (Bk ₂ (C ₂ O _{4) 3} · 4H ₂ O). La descomposición térmica a aproximadamente 600 ° C en una atmósfera de argón atmósfera (para evitar la oxidación a BKO ₂₎ de Bk ₂ (SO _{4) 3} · 12H ₂ O cede los cristales de berkelio (III) oxisulfato (BK ₂ O ₂ SO _4). Este compuesto es térmicamente estable por lo menos a 1000 ° C en atmósfera inerte.

Compuestos Organoberkelium

Berkelium forma una trigonal (η ⁵ -C ₅ H _{5) 3} Bk complejo de metaloceno con tres anillos de ciclopentadienilo, que pueden ser sintetizados por reacción de berkelium (III) con el cloruro de beryllocene fundido ( Be (C ₅ H _{5) 2)} a aproximadamente 70 ° C. Tiene un color ámbar y una densidad de 2,47 g / cm ^3. El complejo es estable a una temperatura de al menos 250 ° C, y se sublima sin fundir a aproximadamente 350 ° C. La alta radiactividad de berkelio destruye gradualmente el compuesto (dentro de un período de semanas). Un anillo de ciclopentadienilo en el (η ⁵ -C ₅ H _{5) 3} Bk puede ser sustituido por el cloro para producir [Bk (C ₅ H _{5) 2} Cl] _2. Los espectros de absorción óptica de este compuesto son muy similares a los de (η ⁵ -C ₅ H _{5) 3} Bk.

Aplicaciones

El objetivo berkelium utilizado para la síntesis de ununseptium (en estado disuelto)

Actualmente no hay ningún uso para cualquier isótopo del berkelio fuera de la investigación científica básica. Berkelio-249 es un nucleido objetivo común para preparar aún más pesado elementos transuránicos y transactinides, como lawrencium , rutherfordio y bohrium . También es útil como una fuente del isótopo californio-249, que se utiliza para los estudios sobre la química de californio con preferencia a la más radiactivo californio-252 que se produce en las instalaciones de bombardeo de neutrones como el HFIR.

Un lote 22 miligramo de berkelium-249 se preparó de una irradiación de 250 días y después se purificó por 90 días en Oak Ridge en 2009. Este objetivo dio los primeros 6 átomos de ununseptium en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (ICIN), Dubna, Rusia, después de un bombardeo de iones de calcio en el ciclotrón U400 durante 150 días. Esta síntesis fue la culminación de la colaboración entre Rusia y Estados Unidos entre ICIN y Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en la síntesis de los elementos 113 a 118, que se inició en 1989.

Ciclo del combustible nuclear

Los fisión nuclear propiedades de berkelium son diferentes de las de los actínidos vecinos curio y californium, y sugieren berkelium a realizar mal como combustible en un reactor nuclear. En concreto, el berkelio-249 tiene una captura de neutrones moderadamente grande sección transversal de 710 graneros para neutrones térmicos, 1200 graneros resonancia sección transversal de fisión integral, pero muy bajo para los neutrones térmicos. En un reactor térmico, en gran parte, por tanto, se convertirá en el berkelio-250 que decae rápidamente a californio-250. En principio, el berkelio-249 puede sostener una reacción nuclear en cadena en una reactor reproductor rápido. Su masa crítica es relativamente alta a 192 kg; se puede reducir con un reflector de agua o de acero, pero todavía superaría la producción mundial de este isótopo.

Berkelium-247 puede mantener la reacción en cadena tanto en una de neutrones térmicos y en un reactor de neutrones rápidos, sin embargo, su producción es bastante complejo y por lo tanto la disponibilidad es mucho menor que su masa crítica, que es alrededor de 75,7 kg de una esfera desnuda, 41,2 kg con un reflector de agua y 35,2 kg con un reflector de acero (30 cm de espesor).

Problemas de salud

Poco se sabe sobre los efectos de berkelio en el cuerpo humano, y analogías con otros elementos no podrá disponer de ella a causa de los diferentes productos de radiación ( electrones para berkelium y partículas alfa, neutrones , o ambos, para la mayoría de los actínidos). La baja energía de los electrones emitidos desde berkelium-249 (menos de 126 keV) dificulta su detección, debido a la interferencia de la señal con otros procesos de desintegración, pero también hace que este isótopo relativamente inofensivo para los seres humanos en comparación con otros actínidos. Sin embargo, berkelium-249 se transforma con una vida media de sólo 330 días a la fuerte emisor alfa californio-249, que es bastante peligroso y tiene que ser manejado en una guantera en un laboratorio dedicado.

La mayoría de los datos de toxicidad berkelium disponibles se originan en la investigación con animales. Después de la ingestión por las ratas, sólo alrededor del 0,01% berkelium termina en el torrente sanguíneo. Desde allí, alrededor del 65% va a los huesos, donde permanece durante unos 50 años, 25% a los pulmones (vida media biológica de unos 20 años), 0,035% a los testículos o 0,01% a los ovarios, donde berkelium permanece indefinidamente. Se excreta El equilibrio de aproximadamente 10%. En todos estos órganos berkelium podría promover el cáncer, y en el sistema esquelético su radiación puede dañar las células rojas de la sangre. La cantidad máxima permitida de berkelio-249 en el esqueleto humano es de 0,4 nanogramos.