Берклијум

Берклијум
Општа својства
Име, симбол	берклијум, Bk
Изглед	сребрнаст
У периодноме систему
киријум ← берклијум → калифорнијум	‍
Атомски број (Z)	97
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	f-блок
Категорија	актиноид
Рел. ат. маса (Ar)	247,0703073(59)
Масени број	247 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Физичка својства
Тачка топљења	β: 1259 K (986 °‍C, 1807 °F)
Тачка кључања	β: 2900 K (2627 °‍C, 4760 °F)
Густина при с.т.	α: 14,78 g/cm3; β: 13,25 g/cm3
Топлота фузије	7,92 kJ/mol (израчунат)
Атомска својства
Електронегативност	1,3
Енергије јонизације	1: 601 kJ/mol
Атомски радијус	170 pm
	Спектралне линије
Остало
Кристална структура	дупла збијена хексагонална; (dHCP)
Топл. водљивост	10 W/(m·K)
Магнетни распоред	парамагнетичан
CAS број	7440-40-6
Историја
Именовање	по Берклију (Калифорнија), где је откривен
Откриће	Национална лабораторија Лоренс Беркли (1949)
Главни изотопи
α	241Am
ε	246Cm
SF	–
β−	249Cf
	референце • Википодаци

Берклијум (Bk, лат. berkelium) вештачки хемијски је елемент из групе актиноида и атомским бројем 97.^[3]^[4] У периодном систему налази се у групи актиноида (7. периода, f-блок) те се према томе убраја у трансуранијске елементе. Име је добио по граду Берклију у Калифорнији, који је био средиште калифорнијског универзитета и једног од највећих средишта за испитивање језгра атома на свету. Беркелијум је радиоактивни метал, сребрнасто-белог изгледа. Први пут је добијен у децембру 1949.^[5] бомбардовањем елемента америцијума α-честицама (јонима хелијума). Он настаје у врло малим количинама у нуклеарним реакторима. Примену је нашао искључиво у лабораторијама за синтетисање тежих трансуранијских и трансактиноидних елемената.

Историја

Као што су елементи америцијум (атомски број 95) и киријум (96) откривени готово један иза другог током 1944. и 1945. године, на сличан начин су 1949. и 1950. уследила су открића елемената берклијума (97) и калифорнијума (98). Научници Глен Т. Сиборг, Алберт Гиорсо и Стенли Џ. Томпсон добили су прва језгра новог елемента 19. децембра 1949. у 60-инчном циклотрону на Универзитету Калифорније у Берклију. Био је то пети откривени трансуранијски елемент. Његово откриће објављено је заједно са открићем елемента калифорнијума.^[6]^[7]^[8]^[9]

Одабир имена за нови елемент следио је заједничко порекло два новооткривена елемента. Беркелијум је назван по месту његовог открића, граду Берклију у Калифорнији. Тиме је на још један начин слеђен тренд као и код многих других актиноида и лантаноида: тербијум који у периодном систему стоји тачно изнад берклијума добио је име по шведском селу Итербију где је први пут откривен: Сугерисано је да се елементу 97 додели име берклијум (симбол Bk) по граду Берклију на сличан начин који се користио за давање имена његовом хемијском хомологу итербијуму (атомски број 65) чије име је изведено од имена града Итерби у Шведској, где је тај ретки земни минерал први пут откривен.^[7] За елемент 98 одабрано је име калифорнијум у част Универзитета и савезне државе Калифорније.

Као најтежи корак у припремању синтезе елемента показао се развој одговарајућих хемијских метода сепарације као и добијање довољних количина америцијума који је служио као материјал за мету. Припрема узорка уследила је након наношења раствора америцијум нитрата (са изотопом ²⁴¹Am) на фолију од платине, затим се раствор испаравао а остатак се жарио до настанка оксида (AmO₂). Затим је тај узорак унет у 60-инчни циклотрон те је бомбардован јако убрзаним алфа честицама са енергијом од 35 MeV током шест сати. При томе је у такозваној (α,2n) реакцији настао ²⁴³Bk и два слободна неутрона:

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

Након бомбардовања у циклотрону, слој узорка се растварао помоћу азотне киселине и загревао, да би се напокон исталожио са концентрованим воденим раствором амонијака у виду хидроксида и касније центрифугирао. Талог се затим поновно растварао у азотној киселини.

Године 1958. Барис Б. Канингам и Стенли Џ. Томпсон су први пут добили мерљиве количине овог елемента након дугогодишњег излагања неутронима изотопа ²³⁹Pu у тестном реактору Националне лабораторије у америчкој савезној држави Ајдахо.^[10]

Особине

Пошто је још увек немогуће добити довољне количине елементарног беркелијума да би се испитале његове особине, превиђа се да би могао имати сребрнасти метални сјај, лако се оксидирати на ваздуху при повишеној температури, те да би се могао растварати у разблаженим минералним киселинама.

Физичке

Беркелијум је вештачки радиоактивни метал, сребрнасто-белог изгледа, који се топи при температури од 986 °C.

При стандардним условима температуре и притиска кристализује се као α модификација у хексагоналном кристалном систему у просторној групи P6₃/mmc са параметром решетке a = 341,6 ± 0,3 pm и c = 1106,9 ± 0,7 pm као и четири формулске јединице по елементарној ћелији, металног радијуса од 170 nm и густине 14,78 g/cm³. Кристална структура састоји се из двоструког хексагонално најгушћег кугластог паковања са редоследом слојева ABAC те је према томе изотип према структури α-La.^[11]

При вишим температурама α-Bk модификација прелази у β-Bk. Алотропска модификација β-Bk се кристализује у кубном кристалном систему у просторној групи Fm $\scriptstyle {\overline {\mathbb {3} }}$ m са параметром решетке a = 499,7 ± 0,4 pm, металног радијуса од 177 nm и густине 13,25 g/cm³. Кристална структура састоји се из кубне најгушће кугласте паковане структуре са редоследом ABC, што одговара кубној равански-центрираној решеци.^[11]

Енталпија раствора металног берклијума у хлороводоничној киселини при стандардним условима износи −600,2 ± 5,1 kJ·mol⁻¹. Поред ових вредности научницима је успело по први пут да израчунају стандардну енталпију настајања (Δ_fH⁰) јона Bk³⁺_(aq) од −601 ± 5 kJ·mol⁻¹ као и стандардне потенцијале Bk³⁺ / Bk⁰ od −2,01 ± 0,03 V.^[12]

У распону од 70 K до собне температуре, беркелијум се понаша као Кири–Wајсов парамагнет са ефективним магнетним моментом од 9,69 Борових магнетона (µ_B) и Киријеве температуре од 101 K. Pri hlađenju na oko 34 K, беркелијум доживљава прелаз у антиферомагнетско стање.^[13] Тај магнетни момент готово у потпуности одговара теоретској вредности од 9,72 µ_B.^[14]^[15]

Хемијске

Као и сви други актиноиди, и беркелијум је веома реактиван елемент. Међутим, не реагује брзо са кисеоником при собној температури, због чега би можда могао настати заштитни слој оксида на површини (пасивизација). Ипак, он реагује са растопљеним металима, водоником, халогеним, халкогеним и пниктогеним елементима, дајући разна бинарна једињења.^[14]^[15]

У воденим растворима, тровалентно оксидационо стање елемента је најпостојаније, мада су запажени и четворовалентна и двовалентна^[16] једињења. Водени раствори са јонима Bk³⁺ су жуто-зелене боје, док су са Bk⁴⁺ јонима су у растворима хлороводоника беж боје, а растворима сумпорне киселине наранџасто-жути.^[17]^[18]^[19] Сличне особине уочене су и код његовог аналога међу лантаноидима, тербијума.^[8]^[9]

Јони Bk³⁺ показују два врло оштра флуоресцентна врха при 652 nm (црвено светло) и 742 nm (тамно црвено, близу инфрацрвеног спектра), путем интерног прелаза у f електронској љусци.^[20]^[21]

Изотопи

Постоје само радионуклиди беркелијума, а нити један стабилан изотоп. До данас је познато дванаест изотопа и пет нуклеарних изомера елемента. Најдуже „живући” изотоп је ²⁴⁷Bk са временом полураспада 1380 година, следи ²⁴⁸Bk са девет година и ²⁴⁹Bk са 330 дана. Времена полураспада осталих изотопа дужине су између неколико милисекунди до неколико сати или дана.^[22]

Ако се на пример узме распад најдуговечнијег изотопа ²⁴⁷Bk, запажа се да путем α-распада најпре настаје дуговечни ²⁴³Am који се опет даљим алфа распадом претвара у ²³⁹Np. Даљи ток распада се одвија преко ²³⁹Pu до ²³⁵U, што представља почетак уранијум-актинумовог низа распада (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}

Наведена времена су времена полураспада.

Референце

^ 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. изд.). 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.
^ ^а ^б 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.
^ ^а ^б Stanley G. Thompson; Glenn T. Seaborg. „Chemical Properties of Berkelium” (PDF). doi:10.2172/932812.
^ ^а ^б 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.
^ ^а ^б 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, ур. Crystalline Electric Field and Structural Effects in f-Electron Systems. New York: Plenum. стр. 269–274. ISBN 0-306-40443-5.
^ ^а ^б Peterson, Hobart (1984), str. 45.
^ ^а ^б 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 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 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. стр. 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. Архивирано из оригинала 29. 06. 2017. г. Приступљено 02. 01. 2021.

Литература

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

Спољашње везе

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. изд.). 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] а ^б 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] а ^б Stanley G. Thompson; Glenn T. Seaborg. „Chemical Properties of Berkelium” (PDF). doi:10.2172/932812.

[Properties_2-9] а ^б 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] а ^б 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, ур. Crystalline Electric Field and Structural Effects in f-Electron Systems. New York: Plenum. стр. 269–274. ISBN 0-306-40443-5.

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

[H_P_1460-15] а ^б 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 изд.). Berlin: de Gruyter. стр. 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. стр. 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. Архивирано из оригинала 29. 06. 2017. г. Приступљено 02. 01. 2021.

[3]

[4]

[5]

[1]

[2]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]