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Berkelium

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Informações de fundo

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Berkelium
97 Bk
Tuberculose

Bk

(Uqe)
cúrioberquéliocalifórnio
Aparência
argênteo
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número berquélio, Bk, 97
Pronúncia / b ər k Eu l Eu . əm /
bər- KEE -lee-əm
menos comumente:
/ b ɜr k l Eu . əm /
BERK -lee-əm
Categoria Metallic actinide
Grupo, período, bloco n / D, 7, f
Peso atômico padrão (247)
Configuração eletrônica [ Rn ] 5f 9 7s 2
2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Conchas de elétrons de berquélio (2, 8, 18, 32, 27, 8, 2)
História
Descoberta Lawrence Berkeley National Laboratory (1949)
Propriedades físicas
Fase sólido
Densidade (perto RT) (Alfa) 14,78 g · cm -3
Densidade (perto RT) (Beta) 13,25 g · cm -3
Ponto de fusão (Beta) 1,259 K , 986 ° C, 1807 ° F
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 3, 4
Eletronegatividade 1,3 (escala de Pauling)
Energias de ionização 1º: 601 kJ · mol -1
Raio atômico 170 pm
Miscelânea
A estrutura de cristal hexagonal repleto de perto
Berkelium tem uma estrutura de cristal cheio de perto hexagonal
Ordenamento magnético paramagnético
Condutividade térmica 10 W · m -1 · K -1
Número de registo CAS 7440-40-6
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de berquélio
iso N / D meia-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 traço 330 d α 5,526 245 Am
SF - -
β - 0,125 249 Cf

Berkelium é um transuranic radioativo elemento químico com o símbolo Bk e número atômico 97, um membro da actinide e série elemento transurânico. É nomeado após a cidade de Berkeley, Califórnia, a localização do University of Radiation Laboratory da Califórnia onde foi descoberto em dezembro de 1949. Este foi o quinto elemento transurânico descoberto após neptunium , plutônio , cúrio e amerício .

A principal isótopo do berquélio, berquélio-249, é sintetizado em quantidades mínimas na dedicado de alto fluxo reactores nucleares, principalmente no Oak Ridge National Laboratory, em Tennessee, EUA, e na Instituto de Pesquisa de reatores atômicos em Dimitrovgrad, Rússia. A produção da segunda importante isótopo berkélio-247 envolve a irradiação do isótopo raro cúrio-244 com de alta energia partículas alfa.

Pouco mais de um grama de berquélio foi produzido nos Estados Unidos desde 1967. Não há nenhuma aplicação prática do berquélio fora da investigação científica que é principalmente dirigida para a síntese de mais pesado elementos transuranianos e transactinides. Um lote de 22 mg de berkélio-249 foi preparado durante um período de irradiação de 250 dias e depois purificou-se por mais 90 dias a Oak Ridge em 2009. Esta amostra foi utilizada para sintetizar o elemento Ununseptium pela primeira vez em 2009 no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear, Rússia , após ter sido bombardeado com cálcio-48 íons para 150 dias. Este foi um ponto culminante da colaboração Rússia-EUA sobre a síntese de elementos 113-118.

Berkelium é um prateado-branco macio,, metal radioactivo. O isótopo berquélio-249 emite baixa energia elétrons e, portanto, é relativamente seguro de manusear. No entanto, ele decai com uma meia-vida de 330 dias para Californium -249, que é um forte emissor e perigosos de partículas alfa. Esta transformação gradual é uma consideração importante quando se estudam as propriedades de berkélio elementar e os seus compostos químicos, uma vez que a formação de californium leva não só a contaminação química, mas também danos auto-radiação, e o auto-aquecimento das partículas alfa emitidas.

História

Glenn T. Seaborg
Imagem em preto-e-branco de máquinas pesadas, com dois operadores sentado de lado
O ciclotrão de 60 polegadas no Lawrence Radiation Laboratory, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, em agosto de 1939

Apesar de muito pequenas quantidades de berquélio foram possivelmente produzido em experimentos nucleares anteriores, foi primeiro intencionalmente sintetizadas, isoladas e identificadas, em Dezembro de 1949 por Glenn T. Seaborg, Albert e Ghiorso Stanley G. Thompson. Eles usaram o de 60 polegadas no ciclotrão Universidade da Califórnia, Berkeley. Similar à descoberta quase simultânea de amerício (elemento 95) e cúrio (elemento 96) em 1944, o novo elementos berquélio e califórnio (elemento 98) foram ambos produzidos em 1949-1950.

A escolha do nome para o elemento 97 seguiu a tradição anterior do grupo californiano para desenhar uma analogia entre o recém-descoberto actinide eo lanthanide elemento posicionado acima dele na tabela periódica . Anteriormente, amerício foi nomeado depois que um continente como o seu análogo európio , e cúrio honrado cientistas Marie e Pierre Curie como o lantanídeos acima dela, gadolínio , foi nomeado após o explorador do elementos de terras raras Johan Gadolin. Assim, o relatório descoberta pelo grupo de Berkeley lê: "Sugeriu-se que a elemento 97 ser dado o nome berkélio (símbolo Bk) após a cidade de Berkeley, de um modo semelhante ao utilizado na nomenclatura seu homólogo químico térbio (número atómico 65), cuja nome foi derivado da cidade de Ytterby, Suécia , onde os minerais de terras raras foram encontradas pela primeira vez. "Esta tradição terminou em berquélio, embora, como a nomeação da próxima actinide descoberto, califórnio , não foi relacionada com a sua lanthanide análogo disprósio , mas após a descoberta lugar.

Os passos mais difíceis na síntese de berkélio foram sua separação dos produtos finais e a produção de quantidades suficientes de amerício para o material alvo. Em primeiro lugar, amerício (Am 241) nitrato solução foi revestida sobre uma platina da folha, a solução foi evaporada e o resíduo foi convertido por recozimento a dióxido de amerício (AmO 2). Esta meta foi irradiada com 35 MeV partículas alfa para 6 horas no ciclotrão de 60 polegadas no Lawrence Radiation Laboratory, da Universidade da Califórnia, em Berkeley. O (α, 2n) reacção induzida pela irradiação produziu o isótopo 243 Bk e dois livres neutrões :

\ Mathrm {^ {241} _ {\ 95} Am \ + \ ^ {4} _ {2} Ele \ \ longrightarrow \ ^ {243} _ {\ 97} Bk \ + \ 2 \ ^ {1} _ { 0} N}

Após a irradiação, o revestimento foi dissolvido com ácido nítrico e depois precipitado como o hidróxido usando uma solução aquosa concentrada solução de amoníaco. O produto foi centrifugado e re-dissolvido em ácido nítrico. Para separar berkélio que não reagiu a partir do amerício, esta solução foi adicionada a uma mistura de amónio e sulfato de amónio e aqueceu-se para converter todo o amerício dissolvido no estado de oxidação 6. Amerício residual não oxidado foi precipitado pela adição de ácido fluorídrico como amerício (III) flúor (AMF 3). Este passo proporcionou uma mistura de produto que acompanha o cúrio e o elemento de espera 97 na forma de trifluorides. A mistura foi convertido para os correspondentes hidróxidos, tratando-o com hidróxido de potássio, e após a centrifugação, foi dissolvido em ácido perclórico.

Gráficos que mostram as curvas de eluição semelhantes (quantidade de metal vs gotas) para (superior vs inferior) térbio vs berquélio, gadolínio vs cúrio, európio vs amerício
Cromatográfica curvas de eluição revelando a semelhança entre o lantanídeos térbio (Tb), gadolínio (Gd), e európio (Eu) e sua correspondente actinides berquélio (Bk), cúrio (Cm), e amerício (AM)

Além disso a separação foi realizada na presença de um ácido cítrico / amônio solução tampão num meio fracamente acídico ( pH≈3.5), usando de permuta iónica a uma temperatura elevada. O cromatográfica comportamento separação era então desconhecido para o elemento 97, mas foi antecipado por analogia com o térbio (ver curvas de eluição). Os primeiros resultados foram desapontadores como nenhuma assinatura de emissão de partículas alfa, poderia ser detectada a partir do produto de eluição. Apenas o mais a pesquisa para raios X característicos e sinais de electrões de conversão resultou na identificação de um isótopo berkélio. Sua número de massa era incerto entre 243 e 244 no relatório inicial, mas mais tarde foi estabelecido como 243.

Características

Físico

Camadas sequenciais de esferas dispostos de cima para baixo: GRGBGRGB (G = verde, R = vermelho, B = azul)
Double-hexagonal perto a embalagem com o ABAC sequência camada na estrutura cristalina do α-berquélio (A: verde, B: azul, C: vermelho)

Berkelium é um pano macio, prateado-branco, radioativo actinide metal. Na tabela periódica , que está localizado à direita da actinídeos cúrio , à esquerda do actinídeos californium e abaixo do lantanídeo térbio com a qual partilha muitas similaridades nas propriedades físicas e químicas. A sua densidade de 14,78 g / cm 3 situa-se entre aqueles de cúrio (13,52 g / cm 3) e californium (15,1 g / cm 3), assim como o seu ponto de fusão 986 ° C, abaixo do que cúrio (1340 ° C) mas mais elevada do que a de californium (900 ° C). Berkelium é relativamente macio e tem uma das mais baixas módulos em massa entre os actinídeos, a cerca de 20 GPa (2 x 10 10 Pa).

Berkelium (III) íons mostra dois afiada picos de fluorescência a 652 nanômetros (luz vermelha) e 742 nanômetros (vermelho escuro - infravermelho próximo) devido a transições internas no shell f-elétron. A intensidade relativa destes picos depende da energia de excitação e a temperatura da amostra. Esta emissão pode ser observado, por exemplo, após a dispersão em iões berkelium um vidro de silicato, por fusão do vidro na presença de óxido de berkélio ou halogeneto.

Entre 70 K e temperatura ambiente, berquélio se comporta como um O material paramagnético Curie-Weiss com um momento magnético efectivo de 9,69 Magnetons Bohr (μ B) e um Temperatura Curie de 101 K. Este momento magnético é quase igual ao valor teórico de 9,72 μ B calculada na simples atômica Modelo de acoplamento LS. Após o arrefecimento para cerca de 34 K, berkélio sofre uma transição para uma estado antiferromagnético. Entalpia de dissolução em ácido clorídrico , em condições normalizadas é -600 kJ / mol -1, a partir do qual o mudança padrão entalpia de formação (Δ f H °) do aquosas Bk 3+ é obtido sob a forma -601 kJ / mol -1. O padrão potencial Bk 3+ / 0 Bk é -2,01 V. O potencial de ionização de um átomo de berkélio neutro é 6,23 eV.

Allotropes

Em condições ambientais, berquélio assume sua forma α mais estável que tem um hexagonal simetria, grupo de espaço P6 3 / mmc, parâmetros de rede de 341 pm e 1107 pm. O cristal tem um duplo estrutura de empacotamento hexagonal estreita com o ABAC sequência camada e por isso é isotípico (que tem uma estrutura semelhante) com α-lantânio e formas de α de actinídeos além cúrio. Esta estrutura cristalina muda com a temperatura e pressão. Quando comprimido à temperatura ambiente para 7 GPa, α-berkélio transforma para a modificação beta, que tem um de face centrada cúbico (FCC) simetria e espaço grupo Fm 3 m. Esta transição ocorre sem mudança de volume, mas os entalpia aumenta de 3,66 kJ / mol. Após a compressão adicional de 25 GPa, transforma-se um berkélio estrutura ortorrômbica γ-berkélio semelhante ao da α-urânio. Esta transição é acompanhada por uma diminuição de volume de 12% e de deslocalização de electrões no Escudo do elétron 5f. Não existem outras transições de fase são observados até 57 GPa.

Após o aquecimento, a α-berquélio se transforma em outra fase com uma estrutura fcc (mas ligeiramente diferente do β-berquélio), grupo espacial Fm 3 m ea constante de rede de 500 horas; esta estrutura de FCC é equivalente à embalagem mais próximo com a sequência ABC. Esta fase é metaestável e irá gradualmente reverter para a fase α-berquélio original em temperatura ambiente. Acredita-se que a temperatura da transição de fase ser bastante perto do ponto de fusão.

Químico

Como todos os actinídeos , berquélio se dissolve em vários ácidos inorgânicos aquosos, liberando gases hidrogênio e converter para o berquélio estado (III). Este trivalente estado de oxidação (3) é o mais estável, especialmente em soluções aquosas, mas tetravalente (4) e, possivelmente divalentes (2) compostos berkelium também são conhecidos. A existência dos sais divalentes berkelium é incerto e só tem sido relatada em mista lantânio chloride- cloreto de estrôncio derrete. Um comportamento semelhante é observado para o análogo de lantanídeos de berquélio, térbio . As soluções aquosas de íons Bk 3+ são verdes na maioria dos ácidos. A cor de iões Bk é 4+ amarelo em ácido clorídrico e laranja-amarelo em ácido sulfúrico . O Berkelium não reagem rapidamente com o oxigénio , à temperatura ambiente, possivelmente devido à formação de uma camada de óxido superficial de protecção. No entanto, ele reage com metais fundidos, hidrogénio , halogéneos , Calcogênios e pnictogens para formar vários compostos binários.

Isótopos

Cerca de vinte e seis isótopos isómeros nucleares (estados excitados de um isótopo de berkélio) foram caracterizados com os números atómicos que variam de 235 a 254. Todos eles são radioactivos. Os mais longas semi-vidas são observados durante 247 Bk (1.380 anos), 248 Bk (9 anos) e 249 Bk (330 dias); as semi-vidas dos outros isótopos variam de microssegundos a vários dias. O isótopo que é o mais fácil de sintetizar é berquélio-249. Este emite principalmente suave β-partículas que são inconvenientes para a detecção. Sua radiação alfa é bastante fraco - 1,45 x 10 -3% em relação à radiação β - mas é por vezes utilizado para detectar este isótopo. A segunda importante isótopo berquélio, berquélio-247, é um alfa-emissor, assim como a maioria dos isótopos de actinídeos.

Ocorrência

Todos os isótopos berquélio tem uma meia-vida muito curta para ser primordial. Portanto, todos berquélio primordial, ou seja, berquélio presente na Terra durante a sua formação, decaiu até agora.

Na Terra, berquélio está essencialmente concentrado em certas áreas, que foram utilizados para a atmosfera testes de armas nucleares entre 1945 e 1980, bem como nos locais de acidentes nucleares, como o desastre de Chernobyl , Three Mile Island acidente e 1.968 Base Aérea de Thule B-52 acidente. Análise dos detritos no local de teste do primeiro US bomba de hidrogênio, Ivy Mike, (01 de novembro de 1952, Enewetak), revelaram concentrações elevadas de vários actinídeos, incluindo berquélio. Por razões de segredo militar, esse resultado só foi publicado em 1956.

Os reatores nucleares produzem em sua maioria, entre os isótopos berkelium, berquélio-249. Durante a armazenagem e antes da eliminação de combustível, a maior parte dele beta decai para califórnio-249. O último tem uma meia-vida de 351 anos, o que é relativamente longo quando comparado com os outros isótopos produzidos no reactor, e é, portanto, indesejável dos produtos de eliminação.

Alguns átomos de berkélio pode ser produzido por reações captura de neutrões e decaimento beta em muito altamente concentrados de urânio depósitos -bearing, tornando-o mais raro elemento natural assim.

Síntese e extracção

Preparação de isótopos

Berkelium é produzido bombardeando mais leve actinides urânio (238 U) ou plutônio (Pu 239) com nêutrons em um reactor nuclear. Em um caso mais comum de combustível de urânio, plutônio é produzido pela primeira vez por captura de neutrões (os chamados (n, γ) reacção de fusão ou de neutrões), seguido por decaimento beta:

\ Mathrm {^ {238} _ {\ 92} L \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {239} _ {\ 92} L \ \ xrightarrow [23.5 \ min] {\ beta ^ -} \ ^ {239} _ {\ 93} Np \ \ xrightarrow [2,3565 \ d] {\ beta ^ -} \ ^ {239} _ {\ 94}} Pu (Os tempos são meias-vidas )

O plutónio-239 é adicionalmente irradiada por uma fonte que tem um elevado fluxo de neutrões, várias vezes mais elevadas do que um reactor nuclear convencional, tal como a 85 megawatts Alto Fluxo Isotope Reactor (HFIR) no Oak Ridge National Laboratory, no Tennessee, EUA. O maior fluxo promove reações de fusão que envolvam não um, mas vários nêutrons, convertendo 239 Pu para 244 Cm e, em seguida, para 249 Cm:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow {4 (n, \ gamma)} \ ^ {243} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow [4,956 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ {243} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {244} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow [10.1 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ { 244} _ {\ 96} Cm} \ quad; \ Quad \ mathrm {^ {244} _ {\ 96} Cm \ \ xrightarrow {5 (n, \ gamma)} \ ^ {249} _ {\ 96}} Cm

Cúrio-249 tem uma meia-vida curta de 64 minutos, e assim a sua posterior conversão a 250 cm, tem uma baixa probabilidade. Em vez disso, ele transforma por decaimento beta em 249 Bk:

\ Mathrm {^ {249} _ {\ 96} Cm \ \ xrightarrow [64,15 \ min] {\ beta ^ -} \ ^ {249} _ {\ 97} Bk \ \ xrightarrow [330 \ d] {\ beta ^ -} \ ^ {249} _ {\ 98}} Cf

A assim produzido 249 Bk tem uma meia-vida longa de 330 dias, e, portanto, pode capturar um outro neutrão. No entanto, o produto, 250 Bk, mais uma vez tem uma meia-vida relativamente curta de 3,212 horas e, portanto, não deu qualquer isótopos mais pesados berkelium. Em vez decai para o isótopo califórnio 250 Cf:

\ Mathrm {^ {249} _ {\ 97} Bk \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {250} _ {\ 97} Bk \ \ xrightarrow [3.212 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ {250} _ {\ 98}} Cf

Embora 247 Bk é o isótopo mais estável de berquélio, a sua produção em reatores nucleares é muito ineficiente devido à meia-vida longa do seu potencial progenitor cúrio-247, que não permite-lhe tempo suficiente para o decaimento beta antes de capturar outro nêutron. Assim, 249 Bk é o isótopo mais acessível de berquélio, que, ainda assim, está disponível apenas em pequenas quantidades (apenas 0,66 gramas foram produzidas em os EUA ao longo do período 1967-1983) a um preço elevado dos pedidos 185 USD por micrograma.

O isótopo 248 Bk foi obtido pela primeira vez em 1956 por bombardear uma mistura de isótopos cúrio com 25 MeV α-partículas. Embora a sua detecção directa foi dificultada pela forte interferência de sinal 245 com Bk, a existência de um novo isótopo foi comprovada pelo crescimento do produto da desintegração Cf 248 que tinha sido previamente caracterizado. A semi-vida de 248 Cf foi estimada em 23 ± 5 horas e um valor mais fiável ainda não é conhecido. Berquélio-247 foi produzido durante o mesmo ano por irradiação 244 Cm com partículas alfa:

\ Mathrm {^ {244} _ {\ 96} Cm \ \ xrightarrow [] {(\ alpha, n)} \ ^ {247} _ {\ 98} Cf \ \ xrightarrow [3.11 \ h] {\ epsilon} \ ^ {247} _ {\ 97}} Bk
\ Mathrm {^ {244} _ {\ 96} Cm \ \ xrightarrow [] {(\ alpha, p)} \ ^ {247} _ {\ 97}} Bk

Berquélio-242 foi sintetizada em 1979 bombardeando 235 U com 11 B, 238 L com 10 B, 232 Th com 14 N ou 232 Th com 15 N. Ele converte por captura de elétrons a 242 cm, com uma meia-vida de 7,0 ± 1,3 minutos. A busca de uma inicialmente suspeitou isótopo 241 Bk foi, então, sem sucesso; 241 Bk desde então tem sido sintetizado.

\ Mathrm {^ {235} _ {\ 92} L \ + \ ^ {11} _ {\ 5} B \ \ longrightarrow \ ^ {242} _ {\ 97} Bk \ + \ 4 \ ^ _ {1} {0} n \ quad; \ Quad ^ {232} _ {\ 90} Th \ + \ ^ {14} _ {\ 7} N \ \ longrightarrow \ ^ {242} _ {\ 97} Bk \ + \ 4 \ ^ {1} _ { 0} N}
\ Mathrm {^ {238} _ {\ 92} L \ + \ ^ {10} _ {\ 5} B \ \ longrightarrow \ ^ {242} _ {\ 97} Bk \ + \ 6 \ ^ _ {1} {0} n \ quad; \ Quad ^ {232} _ {\ 90} Th \ + \ ^ {15} _ {\ 7} N \ \ longrightarrow \ ^ {242} _ {\ 97} Bk \ + \ 5 \ ^ {1} _ { 0} N}

Separação

O facto de berquélio prontamente assume estado de oxidação +4 em sólidos, e é relativamente estável nesse estado em líquidos ajuda muito separação de berquélio longe de muitas outras actinídeos. Estes são inevitavelmente produzidos em quantidades relativamente grandes durante a síntese nuclear e frequentemente favorecem o estado 3. Esse fato ainda não era conhecida nos experimentos iniciais, que usou um procedimento de separação mais complexa. Vários agentes de oxidação pode ser aplicado ao berkélio soluções (III) para o converter no estado 4, tal como bromatos (BrO -
3), bismuthates (Bio -
3), cromatos (CRO 2-
4 e Cr
2 O 2-
7), prata (I) tiolato (Ag 2 S 2 O 8), o chumbo (IV), óxido de (PbO 2), o ozono (O3), ou processos de oxidação fotoquímica. Berkelium (IV) é, em seguida, extraiu-se com troca, ião extracção cromatografia ou extracção líquido-líquido utilizando HDEHP (bis- (2-etil-hexil) fosfórico scid), aminas , o fosfato de tributilo ou vários outros reagentes. Estes procedimentos separar berquélio da maioria dos actinídeos trivalentes e lantanídeos , exceto para o lanthanide cério (lantanídeos estão ausentes no alvo de irradiação, mas são criados em vários fissão nuclear cadeias de desintegração).

Um procedimento mais detalhado aprovado na Oak Ridge National Laboratory, foi como se segue: a mistura inicial dos actinídeos é processado com permuta de iões utilizando reagente de cloreto de lítio, em seguida, precipitou na forma de hidróxidos , filtrado e dissolvido em ácido nítrico. Em seguida é tratada com alta pressão eluição a partir de resinas de permuta catiónica, e a fase berkélio é oxidado e extraiu-se usando um dos procedimentos descritos acima. Redução do berkélio assim obtido (IV) para o estado de oxidação +3 produz uma solução, que é quase livre de outros actinídeos (mas contém cério). Berkelium e cério são então separados com outra rodada de tratamento de troca iônica.

Preparação de metal em massa

A fim de caracterizar as propriedades químicas e físicas do berquélio sólida e seus compostos, um programa foi iniciado em 1952 no Material Testing Reactor, Arco, Idaho, EUA. Isso resultou na preparação de um alvo de plutônio-239 de oito gramas e na primeira produção de quantidades macroscópicas (0,6 microgramas) de berquélio por Burris Cunningham e B. Stanley G. Thompson, em 1958, depois de um reator contínuo irradiação deste alvo por seis anos. Este método de irradiação foi e ainda é a única maneira de produzir quantidades pesáveis do elemento, e os estudos de estado sólido maioria de berquélio foram realizados em amostras de microgramas ou de tamanho submicrogram-.

Principais fontes de irradiação do mundo estão a 85 megawatts alta Flux Isotope Reactor no Oak Ridge National Laboratory, no Tennessee, EUA, eo reator SM-2 laço na Instituto de Pesquisa de reatores atômicos (NIIAR) em Dimitrovgrad, Rússia, ambos os quais são dedicados à produção de elementos transcurium (número atómico superior a 96). Estas instalações têm poder e os níveis de fluxo semelhantes, e deverão ter capacidade de produção comparáveis para elementos transcurium, embora as quantidades produzidas em NIIAR não são relatados publicamente. Em uma "campanha de processamento típica" em Oak Ridge, dezenas de gramas de cúrio são irradiados para produzir quantidades decigrama de califórnio , quantidades de miligramas de berquélio-249 e einsteinium , e quantidades picogramas de fermium . No total, pouco mais de um grama de berquélio-249 tenha sido produzido pelo Oak Ridge desde 1967.

A primeira amostra de metal berkélio pesando 1,7 microgramas foi preparado em 1971 pela redução de berkélio fluoreto de (III) com lítio de vapor a 1000 ° C; o flúor foi suspenso em um fio de tungstênio acima de um tântalo cadinho contendo lítio fundido. Mais tarde, as amostras de metal, pesando até 0,5 miligramas foram obtidas com este método.

\ Mathrm {BkF_3 \ + \ 3 \ Li \ \ longrightarrow \ Bk \ + \ 3 \ LiF}

Resultados semelhantes são obtidos com berkélio (IV) de fluoreto. Berkelium de metal também pode ser produzido pela redução de berkélio (IV) com óxido de tório ou de lantânio .

Compostos

Óxidos

Dois óxidos de berquélio são conhecidos, com o berquélio estado de oxidação de +3 (Bk 2 O 3) e 4 (BKO 2). Berkelium (IV) é um sólido castanho, enquanto berkélio óxido (III) é um sólido amarelo-esverdeado, com um ponto de fusão de 1920 ° C e é formado a partir de 2 por BKO redução com molecular hidrogénio :

\ Mathrm {2 \ BkO_2 \ + \ H_2 \ \ longrightarrow \ Bk_2O_3 \ + \ H_2O}

Após aquecimento a 1200 ° C, o óxido de Bk 2 O 3 sofre uma mudança de fase; ele passa por outra mudança de fase a 1750 ° C. Tal comportamento de três fases é típico para o actinídeo sesquióxidos. Berkelium (II), óxido de BKO, tem sido relatado como um sólido cinzento quebradiço mas a sua composição química exacta permanece incerto.

Halides

Em halogenetos, berquélio assume os estados de oxidação +3 e +4. O estado 3 é a mais estável, especialmente em soluções, enquanto que os haletos tetravalentes BKF 4 e Cs 2 BkCl 6 só são conhecidas na fase sólida. A coordenação do átomo de berquélio em sua fluoreto trivalente e cloreto é tricapped trigonal prismática, com a número de coordenação de 9. Em brometo trivalente, é bicapped trigonal prismática (coordenação 8) ou octaédrica (coordenação 6), e, o iodeto é octaédrica.

Oxidação
número
F Cl Br EU
+3 BKF 3
(Amarelo)
BkCl 3
(Verde)
Cs 2 6 NaBkCl
Bkbr 3
(Verde-amarelo)
BKI 3
(Amarelo)
4 BKF 4
(Amarelo)
Cs 2 6 BkCl
(Laranja)

Berkelium (IV) de fluoreto (BKF 4) é um verde-amarelo iônico sólido e é com isotípico tetrafluoreto de urânio ou zircónio (IV) de fluoreto. Berkelium (III), fluoreto (BKF 3) também é um sólido amarelo-verde, mas tem duas estruturas cristalinas. A fase mais estável a baixas temperaturas com isotípico ítrio (III), fluoreto, enquanto após aquecimento a entre 350 e 600 ° C, ele transforma a estrutura encontrada em fluoreto de lantânio (III).

Quantidades visíveis de berquélio (III) cloreto (BkCl 3) foram isoladas e caracterizadas primeira, em 1962, e pesava apenas 3 bilionésimos de grama. Ele pode ser preparado através da introdução vapores de cloreto de hidrogénio em um tubo de quartzo contendo óxido berkélio evacuado a uma temperatura de cerca de 500 ° C. Este sólido verde tem um ponto de fusão de 600 ° C, e é com isotípico cloreto de urânio (III). Após aquecimento até quase o ponto de fusão, BkCl 3 converte em uma fase ortorrômbica.

Duas formas de berkélio brometo de (III) são conhecidos: com um berkélio ter coordenação seis, e um com coordenação 8. Este último é menos estável e transforma-se a fase anterior por aquecimento a cerca de 350 ° C. Um fenômeno importante para sólidos radioactivos tem sido estudado sobre estas duas formas cristalinas: a estrutura de frescos e com idades compreendidas entre 249 bkbr 3 amostras foi sondado por Difração de raios X durante um período superior a três anos, de modo que várias frações de berquélio-249 teve beta deteriorado para califórnio-249. Nenhuma mudança na estrutura foi observada em cima do 249 bkbr 3-249 CfBr 3 transformação. No entanto, outras diferenças foram observadas para 249 bkbr 3 e 249 CfBr 3. Por exemplo, o último pode ser reduzido com hidrogénio a 249 CfBr 2, mas o primeiro não poderia - este resultado foi reproduzida no indivíduo 249 bkbr 3 e 249 CfBr três amostras, bem como nas amostras contendo ambos os brometos. O intercrescimento de califórnio em berquélio ocorre a uma taxa de 0,22% ao dia e é um obstáculo intrínseca em estudar propriedades berquélio. Ao lado de uma contaminação química, 249 Cf, sendo um emissor alfa, traz auto-dano indesejável da rede cristalina e a resultante auto-aquecimento. O efeito químico, porém, pode ser evitada através da realização de medições como uma função do tempo e da extrapolação dos resultados obtidos.

Outros compostos inorgânicos

O pnictides de berquélio-249 do tipo BKX são conhecidos pela elementos azoto , fósforo , arsênio e antimônio . Eles cristalizar no estrutura de sal-gema e são preparados pela reacção de qualquer berkélio (III) de hidreto (BKH 3) ou berkélio metálico com estes elementos a uma temperatura elevada (cerca de 600 ° C) sob alto vácuo.

Berkelium (III), sulfureto, Bk 2 S 3, é preparado por tratamento de óxido de berkélio ou com uma mistura de sulfureto de hidrogénio e vapores de dissulfureto de carbono a 1130 ° C, ou por reacção directa berkélio metálico com enxofre elementar. Estes procedimentos produzir cristais acastanhados-negro.

Berkelium (III) e berkélio (IV) são ambos hidróxidos estável em 1 soluções molares de hidróxido de sódio . Berkelium (III) fosfato (BkPO 4) foi preparado como um sólido, o qual mostra forte fluorescência sob excitação com uma luz verde. Hidretos Berkelium são produzidos por reacção do metal com gás de hidrogénio a temperaturas de cerca de 250 ° C. Eles são não-estequiométrica com a fórmula nominal BKH 2 + x (0 <x <1). Vários outros sais de berkélio são conhecidos, incluindo um oxissulfureto (Bk 2 O 2 S), e hidratado nitrato (Bk (NO3) 3 · 4H 2 O), cloreto de (BkCl 3 .6H 2 O), sulfato (2 Bk ( SO 4) 3 · 12H 2 O) e oxalato de (Bk 2 (C 2 O 4) 3 · 4H 2 O). A decomposição térmica a cerca de 600 ° C numa atmosfera de árgon atmosfera (para evitar a oxidação BKO 2) de Bk 2 (SO 4) 3 · 12H 2 O produz os cristais de berkélio (III) oxissulfato (BK 2 O 2 SO 4). Este composto é termicamente estável até pelo menos 1000 ° C em atmosfera inerte.

Compostos Organoberkelium

Berkelium forma um trigonal (η 5 -C 5 H 5) 3 Bk complexo de metaloceno com três anéis de ciclopentadienilo, que pode ser sintetizados por reacção de berkélio (III) com o cloreto de beryllocene fundido ( Seja (C 5 H 5) 2) a cerca de 70 ° C. Tem uma cor âmbar e uma densidade de 2,47 g / cm 3. O complexo é estável ao aquecimento a, pelo menos, 250 ° C, e sublima sem fundir a cerca de 350 ° C. A elevada radioactividade de berkélio destrói gradualmente o composto (dentro de um período de semanas). Um anel de ciclopentadienilo em (η 5 -C 5 H 5) 3 Bk pode ser substituído por cloro, para se obter [Bk (C 5 H 5) 2 Cl] 2. Os espectros de absorção óptica deste composto são muito semelhantes aos de (η 5 -C 5 H 5) 3 Bk.

Aplicações

Uma pequena amostra de um líquido azul em uma pipeta de plástico prendido por uma mão equipamentos de proteção pesado
O alvo berkélio utilizado para a síntese de Ununseptium (em estado dissolvido)

Não há atualmente nenhum uso para qualquer isótopo do berquélio fora da investigação científica de base. Berquélio-249 é um isótopo alvo comum para preparar ainda mais pesado elementos transuranianos e transactinides, como lawrencium , rutherfordium e bohrium . Também é útil como uma fonte do isótopo californium-249, que é utilizado para os estudos sobre a química de californium de preferência a mais radioactivos californium-252 que é produzido em instalações de bombardeamento de neutrões tal como o HFIR.

Um lote de 22 mg de berkélio-249 foi preparado através de uma irradiação de 250 dias e, em seguida, purificado por 90 dias em Oak Ridge em 2009. Este objectivo produziu os primeiros seis átomos de Ununseptium no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR), Dubna, Rússia, após bombardeá-lo com íons de cálcio no ciclotron U400 para 150 dias. Esta síntese foi o culminar de uma colaboração entre a Rússia e os EUA e JINR Lawrence Livermore National Laboratory, na síntese de elementos 113-118 que foi iniciado em 1989.

Ciclo do combustível nuclear

Os fissão nuclear propriedades de berkélio são diferentes daquelas dos actinídeos vizinhos cúrio e californium, e sugerem berkélio a executar mal como um combustível num reactor nuclear. Especificamente, berquélio-249 tem uma moderadamente grande captura de neutrões secção transversal de 710 celeiros para nêutrons térmicos, 1200 celeiros fissão seção transversal integral de ressonância, mas muito baixo para nêutrons térmicos. Em um reator térmico, muito do que será, portanto, convertidos em berquélio-250 que decai rapidamente para califórnio-250. Em princípio, berquélio-249 pode sustentar uma reação nuclear em cadeia em uma reactor reprodutor rápido. Sua massa crítica é relativamente elevada em 192 kg; que pode ser reduzida com um reflector de água ou de aço, mas seria ainda superior a produção mundial deste isótopo.

Berkelium-247 pode manter a reacção em cadeia tanto em um-neutrões térmicos e num reactor a neutrões rápidos, no entanto, a sua produção é relativamente complexo e, assim, a disponibilidade é muito menor do que a sua massa crítica, que é de cerca de 75,7 kg de uma esfera nua, 41,2 kg com um refletor de água e 35,2 kg, com um refletor de aço (30 cm de espessura).

Problemas de saúde

Pouco se sabe sobre os efeitos do berquélio no corpo humano, e analogias com outros elementos não podem ser tiradas por causa de diferentes produtos de radiação ( elétrons para berquélio e partículas alfa, nêutrons ou ambos para a maioria dos outros actinides). A baixa energia de electrões emitidos de berkélio-249 (a menos de 126 keV) impede a sua detecção, devido à interferência de sinal, com outros processos de decomposição, mas também faz com que este isótopo relativamente inofensivo para os seres humanos, em comparação com outros actinídeos. No entanto, berkélio transforma-249 com uma meia-vida de apenas 330 dias para o forte emissor alfa californium-249, que é bastante perigoso e tem de ser tratado em um caixa de luva em um laboratório dedicado.

A maioria dos dados de toxicidade berquélio disponíveis são originários de pesquisas em animais. Após a ingestão por ratos, apenas cerca de 0,01% berkélio termina na corrente sanguínea. A partir daí, cerca de 65% vai para os ossos, onde permanece durante cerca de 50 anos, 25% para os pulmões (meia-vida biológica de cerca de 20 anos), 0,035% para os testículos ou de 0,01% para os ovários, onde permanece berkélio indefinidamente. O equilíbrio de cerca de 10% é excretado. Em todos estes órgãos berkélio pode promover o cancro, e na sistema esquelético sua radiação pode danificar as células vermelhas do sangue. A quantidade máxima permitida de berquélio-249 no esqueleto humano é de 0,4 nanogramas.

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