Berklijum

Berklijum
Opšta svojstva
Ime, simbol	berklijum, Bk
Izgled	srebrnast
U periodnome sistemu
kirijum ← berklijum → kalifornijum	‍
Atomski broj (Z)	97
Grupa, perioda	grupa N/D, perioda 7
Blok	f-blok
Kategorija	aktinoid
Rel. at. masa (Ar)	247,0703073(59)
Maseni broj	247 (najstabilniji izotop)
El. konfiguracija
po ljuskama	2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja	β: 1259 K (986 °‍C, 1807 °F)
Tačka ključanja	β: 2900 K (2627 °‍C, 4760 °F)
Gustina pri s.t.	α: 14,78 g/cm3; β: 13,25 g/cm3
Toplota fuzije	7,92 kJ/mol (izračunat)
Atomska svojstva
Elektronegativnost	1,3
Energije jonizacije	1: 601 kJ/mol
Atomski radijus	170 pm
	Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura	dupla zbijena heksagonalna; (dHCP)
Topl. vodljivost	10 W/(m·K)
Magnetni raspored	paramagnetičan
CAS broj	7440-40-6
Istorija
Imenovanje	po Berkliju (Kalifornija), gde je otkriven
Otkriće	Nacionalna laboratorija Lorens Berkli (1949)
Glavni izotopi
α	241Am
ε	246Cm
SF	–
β−	249Cf
	reference • Vikipodaci

Berklijum (Bk, lat. berkelium) veštački hemijski je element iz grupe aktinoida i atomskim brojem 97.^[3]^[4] U periodnom sistemu nalazi se u grupi aktinoida (7. perioda, f-blok) te se prema tome ubraja u transuranijske elemente. Ime je dobio po gradu Berkliju u Kaliforniji, koji je bio središte kalifornijskog univerziteta i jednog od najvećih središta za ispitivanje jezgra atoma na svetu. Berkelijum je radioaktivni metal, srebrnasto-belog izgleda. Prvi put je dobijen u decembru 1949.^[5] bombardovanjem elementa americijuma α-česticama (jonima helijuma). On nastaje u vrlo malim količinama u nuklearnim reaktorima. Primenu je našao isključivo u laboratorijama za sintetisanje težih transuranijskih i transaktinoidnih elemenata.

Istorija

Kao što su elementi americijum (atomski broj 95) i kirijum (96) otkriveni gotovo jedan iza drugog tokom 1944. i 1945. godine, na sličan način su 1949. i 1950. usledila su otkrića elemenata berklijuma (97) i kalifornijuma (98). Naučnici Glen T. Siborg, Albert Giorso i Stenli Dž. Tompson dobili su prva jezgra novog elementa 19. decembra 1949. u 60-inčnom ciklotronu na Univerzitetu Kalifornije u Berkliju. Bio je to peti otkriveni transuranijski element. Njegovo otkriće objavljeno je zajedno sa otkrićem elementa kalifornijuma.^[6]^[7]^[8]^[9]

Odabir imena za novi element sledio je zajedničko poreklo dva novootkrivena elementa. Berkelijum je nazvan po mestu njegovog otkrića, gradu Berkliju u Kaliforniji. Time je na još jedan način sleđen trend kao i kod mnogih drugih aktinoida i lantanoida: terbijum koji u periodnom sistemu stoji tačno iznad berklijuma dobio je ime po švedskom selu Iterbiju gde je prvi put otkriven: Sugerisano je da se elementu 97 dodeli ime berklijum (simbol Bk) po gradu Berkliju na sličan način koji se koristio za davanje imena njegovom hemijskom homologu iterbijumu (atomski broj 65) čije ime je izvedeno od imena grada Iterbi u Švedskoj, gde je taj retki zemni mineral prvi put otkriven.^[7] Za element 98 odabrano je ime kalifornijum u čast Univerziteta i savezne države Kalifornije.

Kao najteži korak u pripremanju sinteze elementa pokazao se razvoj odgovarajućih hemijskih metoda separacije kao i dobijanje dovoljnih količina americijuma koji je služio kao materijal za metu. Priprema uzorka usledila je nakon nanošenja rastvora americijum nitrata (sa izotopom ²⁴¹Am) na foliju od platine, zatim se rastvor isparavao a ostatak se žario do nastanka oksida (AmO₂). Zatim je taj uzorak unet u 60-inčni ciklotron te je bombardovan jako ubrzanim alfa česticama sa energijom od 35 MeV tokom šest sati. Pri tome je u takozvanoj (α,2n) reakciji nastao ²⁴³Bk i dva slobodna neutrona:

\mathrm {^{241}_{\ 95}Am\ +\ _{2}^{4}He\ \longrightarrow \ _{\ 97}^{243}Bk\ +\ 2\ _{0}^{1}n}

Nakon bombardovanja u ciklotronu, sloj uzorka se rastvarao pomoću azotne kiseline i zagrevao, da bi se napokon istaložio sa koncentrovanim vodenim rastvorom amonijaka u vidu hidroksida i kasnije centrifugirao. Talog se zatim ponovno rastvarao u azotnoj kiselini.

Godine 1958. Baris B. Kaningam i Stenli Dž. Tompson su prvi put dobili merljive količine ovog elementa nakon dugogodišnjeg izlaganja neutronima izotopa ²³⁹Pu u testnom reaktoru Nacionalne laboratorije u američkoj saveznoj državi Ajdaho.^[10]

Osobine

Pošto je još uvek nemoguće dobiti dovoljne količine elementarnog berkelijuma da bi se ispitale njegove osobine, previđa se da bi mogao imati srebrnasti metalni sjaj, lako se oksidirati na vazduhu pri povišenoj temperaturi, te da bi se mogao rastvarati u razblaženim mineralnim kiselinama.

Fizičke

Berkelijum je veštački radioaktivni metal, srebrnasto-belog izgleda, koji se topi pri temperaturi od 986 °C.

Pri standardnim uslovima temperature i pritiska kristalizuje se kao α modifikacija u heksagonalnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi P6₃/mmc sa parametrom rešetke a = 341,6 ± 0,3 pm i c = 1106,9 ± 0,7 pm kao i četiri formulske jedinice po elementarnoj ćeliji, metalnog radijusa od 170 nm i gustine 14,78 g/cm³. Kristalna struktura sastoji se iz dvostrukog heksagonalno najgušćeg kuglastog pakovanja sa redosledom slojeva ABAC te je prema tome izotip prema strukturi α-La.^[11]

Pri višim temperaturama α-Bk modifikacija prelazi u β-Bk. Alotropska modifikacija β-Bk se kristalizuje u kubnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi Fm $\scriptstyle {\overline {\mathbb {3} }}$ m sa parametrom rešetke a = 499,7 ± 0,4 pm, metalnog radijusa od 177 nm i gustine 13,25 g/cm³. Kristalna struktura sastoji se iz kubne najgušće kuglaste pakovane strukture sa redosledom ABC, što odgovara kubnoj ravanski-centriranoj rešeci.^[11]

Entalpija rastvora metalnog berklijuma u hlorovodoničnoj kiselini pri standardnim uslovima iznosi −600,2 ± 5,1 kJ·mol⁻¹. Pored ovih vrednosti naučnicima je uspelo po prvi put da izračunaju standardnu entalpiju nastajanja (Δ_fH⁰) jona Bk³⁺_(aq) od −601 ± 5 kJ·mol⁻¹ kao i standardne potencijale Bk³⁺ / Bk⁰ od −2,01 ± 0,03 V.^[12]

U rasponu od 70 K do sobne temperature, berkelijum se ponaša kao Kiri–Wajsov paramagnet sa efektivnim magnetnim momentom od 9,69 Borovih magnetona (µ_B) i Kirijeve temperature od 101 K. Pri hlađenju na oko 34 K, berkelijum doživljava prelaz u antiferomagnetsko stanje.^[13] Taj magnetni moment gotovo u potpunosti odgovara teoretskoj vrednosti od 9,72 µ_B.^[14]^[15]

Hemijske

Kao i svi drugi aktinoidi, i berkelijum je veoma reaktivan element. Međutim, ne reaguje brzo sa kiseonikom pri sobnoj temperaturi, zbog čega bi možda mogao nastati zaštitni sloj oksida na površini (pasivizacija). Ipak, on reaguje sa rastopljenim metalima, vodonikom, halogenim, halkogenim i pniktogenim elementima, dajući razna binarna jedinjenja.^[14]^[15]

U vodenim rastvorima, trovalentno oksidaciono stanje elementa je najpostojanije, mada su zapaženi i četvorovalentna i dvovalentna^[16] jedinjenja. Vodeni rastvori sa jonima Bk³⁺ su žuto-zelene boje, dok su sa Bk⁴⁺ jonima su u rastvorima hlorovodonika bež boje, a rastvorima sumporne kiseline narandžasto-žuti.^[17]^[18]^[19] Slične osobine uočene su i kod njegovog analoga među lantanoidima, terbijuma.^[8]^[9]

Joni Bk³⁺ pokazuju dva vrlo oštra fluorescentna vrha pri 652 nm (crveno svetlo) i 742 nm (tamno crveno, blizu infracrvenog spektra), putem internog prelaza u f elektronskoj ljusci.^[20]^[21]

Izotopi

Postoje samo radionuklidi berkelijuma, a niti jedan stabilan izotop. Do danas je poznato dvanaest izotopa i pet nuklearnih izomera elementa. Najduže „živući” izotop je ²⁴⁷Bk sa vremenom poluraspada 1380 godina, sledi ²⁴⁸Bk sa devet godina i ²⁴⁹Bk sa 330 dana. Vremena poluraspada ostalih izotopa dužine su između nekoliko milisekundi do nekoliko sati ili dana.^[22]

Ako se na primer uzme raspad najdugovečnijeg izotopa ²⁴⁷Bk, zapaža se da putem α-raspada najpre nastaje dugovečni ²⁴³Am koji se opet daljim alfa raspadom pretvara u ²³⁹Np. Dalji tok raspada se odvija preko ²³⁹Pu do ²³⁵U, što predstavlja početak uranijum-aktinumovog niza raspada (4 n + 3).

\mathrm {^{247}_{\ 97}Bk\ {\xrightarrow[{1380\ a}]{\alpha }}\ _{\ 95}^{243}Am\ {\xrightarrow[{7370\ a}]{\alpha }}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,355\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu\ {\xrightarrow[{24110\ a}]{\alpha }}\ _{\ 92}^{235}U}

Navedena vremena su vremena poluraspada.

Reference

^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
^ Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). „The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248”. Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.
^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
^ Lenntech Water treatment & purification Holding B.V
^ S. G. Thompson; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). „Element 97”. Physical Review. 77 (6): 838—839. doi:10.1103/PhysRev.77.838.2.
^ ^a ^b S. G. Thompson; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). „The New Element Berkelium (Atomic Number 97)” (PDF). Physical Review. 80 (5): 781—789. doi:10.1103/PhysRev.80.781.
^ ^a ^b Stanley G. Thompson; Glenn T. Seaborg. „Chemical Properties of Berkelium” (PDF). doi:10.2172/932812.
^ ^a ^b S. G. Thompson; B. B. Cunningham; G. T. Seaborg (1950). „Chemical Properties of Berkelium”. J. Am. Chem. Soc. 72 (6): 2798—2801. doi:10.1021/ja01162a538.
^ S. G. Thompson, B. B. Cunningham: First Macroscopic Observations of the Chemical Properties of Berkelium and Californium, dodatak radu P/825 objavljenog na Drugoj međunarodnoj konferenciji o mirnodopskom korištenju atomske energije, Ženeva, 1958.
^ ^a ^b J. R. Peterson; J. A. Fahey; R. D. Baybarz (1971). „The Crystal Structures and Lattice Parameters of Berkelium Metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 33 (10): 3345—3351. doi:10.1016/0022-1902(71)80656-5.
^ J. Fuger; R. G. Haire; J. R. Peterson (1981). „A New Determination of the Enthalpy of Solution of Berkelium Metal and the Standard Enthalpy of Formation of Bk³⁺(aq)”. J. Inorg. Nucl. Chem. 43 (12): 3209—3212. doi:10.1016/0022-1902(81)80090-5.
^ S. E. Nave; P. G. Huray; R. G. Haire (1980). J. E. Crow; R. P. Guertin; T. W. Mihalisin, ur. Crystalline Electric Field and Structural Effects in f-Electron Systems. New York: Plenum. str. 269–274. ISBN 0-306-40443-5.
^ ^a ^b Peterson, Hobart (1984), str. 45.
^ ^a ^b Hobart, Peterson (2006), str. 1460.
^ Jim C. Sullivan; K. H. Schmidt; L. R. Morss; C. G. Pippin; C. Williams (1988). „Pulse Radiolysis Studies of Berkelium(III): Preparation and Identification of Berkelium(II) in Aqueous Perchlorate Media”. Inorg. Chem. 27 (4): 597—598. doi:10.1021/ic00277a005.
^ A. F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 izd.). Berlin: de Gruyter. str. 1956–1972. ISBN 978-3-11-017770-1.
^ Peterson, Hobart (1984), str. 55.
^ Hobart, Peterson (2006), str. 1472.
^ Z. Assefa; R. G. Haire; N. A. Stump (1998). „Emission profile of Bk(III) in a silicate matrix: anomalous dependence on excitation power”. Journal of Alloys and Compounds. 271–273: 854—858. doi:10.1016/S0925-8388(98)00233-3.
^ Rita Cornelis; Joe Caruso; Helen Crews; Klaus Heumann (2005). Handbook of Elemental Speciation II: Species in the Environment, Food, Medicine & Occupational Health. John Wiley and Sons. str. 552. ISBN 0-470-85598-3.
^ G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729 (1): 3—128. Arhivirano iz originala 29. 06. 2017. g. Pristupljeno 02. 01. 2021. CS1 održavanje: Nepodoban URL (veza)

Literatura

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd izd.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
Holleman, Arnold F.; Wiberg, Nils (2007). Textbook of Inorganic Chemistry (102nd izd.). Berlin: de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.
Peterson, J. R.; Hobart, D. E. (1984). „The Chemistry of Berkelium”. Ur.: Emeléus, Harry Julius. Advances in inorganic chemistry and radiochemistry. 28. Academic Press. str. 29–64. ISBN 978-0-12-023628-2. doi:10.1016/S0898-8838(08)60204-4.

Spoljašnje veze

Berkelium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

[CIAAW2016-1] Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[2] Milsted, J.; Friedman, A. M.; Stevens, C. M. (1965). „The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248”. Nuclear Physics. 71 (2): 299. Bibcode:1965NucPh..71..299M. doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4.

[Housecroft3rd-3] Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.

[ParkesNeorganskaHemija-4] Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.

[lenntech-5] Lenntech Water treatment & purification Holding B.V

[sgthom-6] S. G. Thompson; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). „Element 97”. Physical Review. 77 (6): 838—839. doi:10.1103/PhysRev.77.838.2.

[E97-7] S. G. Thompson; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). „The New Element Berkelium (Atomic Number 97)” (PDF). Physical Review. 80 (5): 781—789. doi:10.1103/PhysRev.80.781.

[Properties-8] Stanley G. Thompson; Glenn T. Seaborg. „Chemical Properties of Berkelium” (PDF). doi:10.2172/932812.

[Properties_2-9] S. G. Thompson; B. B. Cunningham; G. T. Seaborg (1950). „Chemical Properties of Berkelium”. J. Am. Chem. Soc. 72 (6): 2798—2801. doi:10.1021/ja01162a538.

[macroscop-10] S. G. Thompson, B. B. Cunningham: First Macroscopic Observations of the Chemical Properties of Berkelium and Californium, dodatak radu P/825 objavljenog na Drugoj međunarodnoj konferenciji o mirnodopskom korištenju atomske energije, Ženeva, 1958.

[peterson-11] J. R. Peterson; J. A. Fahey; R. D. Baybarz (1971). „The Crystal Structures and Lattice Parameters of Berkelium Metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 33 (10): 3345—3351. doi:10.1016/0022-1902(71)80656-5.

[Fuger-12] J. Fuger; R. G. Haire; J. R. Peterson (1981). „A New Determination of the Enthalpy of Solution of Berkelium Metal and the Standard Enthalpy of Formation of Bk³⁺(aq)”. J. Inorg. Nucl. Chem. 43 (12): 3209—3212. doi:10.1016/0022-1902(81)80090-5.

[senave-13] S. E. Nave; P. G. Huray; R. G. Haire (1980). J. E. Crow; R. P. Guertin; T. W. Mihalisin, ur. Crystalline Electric Field and Structural Effects in f-Electron Systems. New York: Plenum. str. 269–274. ISBN 0-306-40443-5.

[e45-14] Peterson, Hobart (1984), str. 45.

[H_P_1460-15] Hobart, Peterson (2006), str. 1460.

[Perchlorat-16] Jim C. Sullivan; K. H. Schmidt; L. R. Morss; C. G. Pippin; C. Williams (1988). „Pulse Radiolysis Studies of Berkelium(III): Preparation and Identification of Berkelium(II) in Aqueous Perchlorate Media”. Inorg. Chem. 27 (4): 597—598. doi:10.1021/ic00277a005.

[HOWI_1956-17] A. F. Holleman; E. Wiberg; N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 izd.). Berlin: de Gruyter. str. 1956–1972. ISBN 978-3-11-017770-1.

[e55-18] Peterson, Hobart (1984), str. 55.

[H_P_1472-19] Hobart, Peterson (2006), str. 1472.

[Assefa-20] Z. Assefa; R. G. Haire; N. A. Stump (1998). „Emission profile of Bk(III) in a silicate matrix: anomalous dependence on excitation power”. Journal of Alloys and Compounds. 271–273: 854—858. doi:10.1016/S0925-8388(98)00233-3.

[Cornelis-21] Rita Cornelis; Joe Caruso; Helen Crews; Klaus Heumann (2005). Handbook of Elemental Speciation II: Species in the Environment, Food, Medicine & Occupational Health. John Wiley and Sons. str. 552. ISBN 0-470-85598-3.

[nubase-22] G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729 (1): 3—128. Arhivirano iz originala 29. 06. 2017. g. Pristupljeno 02. 01. 2021. CS1 održavanje: Nepodoban URL (veza)

[3]

[4]

[5]

[1]

[2]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]