Берклий - Berkelium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Берклий,   97 Бк
Берклий metal.jpg
беркелий
Произношение
Внешность серебристый
Массовое число 247 (наиболее стабильный изотоп)
Берклий в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Tb

Бк

(ВПС)
кюриевоеберкелийкалифорния
Атомный номер ( Z ) 97
группа Группа н /
период период 7
блок ф-блок
категория Элемент   актинид
Электронная конфигурация [ Rn ] 5f 9 7s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления бета: 1259  К (986 ° С 1807 ° F)
Точка кипения бета: 2900 К (2627 ° С, 4760 ° F)
Плотность (около  к.т. ) альфа: 14,78 г / см 3
бета: 13,25 г / см 3
Теплота плавления 7,92  кДж / моль (рассчитано)
Атомные свойства
Окислительные состояния +2, +3 , +4, +5 ,
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,3
энергия ионизации
  • 1-й: 601 кДж / моль
Радиус атома эмпирические: 170  м
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии берклия
Другие свойства
Естественное явление синтетический
Кристальная структура двойной гексагональной плотной упаковкой (DHCP)
Двойная гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура для берклия
Теплопроводность 10 Вт / (м · К)
Магнитное упорядочение парамагнитный
Количество CAS 7440-40-6
история
Именование после того, как в Беркли, штат Калифорния , где он был обнаружен
открытие Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (1949)
Основные Изотопы Берклия
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
245 Бк син 4,94 г ε 245 Cm
α 241 Am
246 Бк син 1,8 г α 242 Am
ε 246 Cm
247 Бк син 1380 г. α 243 Am
248 Бк син > 300 лет α 244 Am
249 Бк син 330 г α 245 Am
SF -
β - 249 Cf
| Рекомендации

Берклий является трансурановым радиоактивным химическим элементом с символом  Bk и атомным номером 97. Это является членом актинидов и элемент трансурановых серии. Он назван в честь города Беркли, штат Калифорния , расположения Национальной лаборатории Лоренса Беркли (тогда в Университете Калифорнии Радиационной лаборатории) , где он был обнаружен в декабре 1949 г. Берклий был пятым трансурановых элементов обнаружен после нептуния , плутония , кюрия и америций .

Основной изотоп берклия, 249 Bk, синтезируется в ничтожных количествах в специальных высокопоточных ядерных реакторах , в основном , в национальной лаборатории Oak Ridge в штате Теннесси , США, а также в научно - исследовательском институте атомных реакторов в Димитровграде, Россия . Производство второго по значимости изотопа 247 Bk включает облучение редкого изотопа 244 Cm с высокой энергией альфа - частицами .

Чуть более один грамм берклия был произведен в Соединенных Штатах с 1967 года Там нет практического применения берклия вне научных исследований, в основном направленных на синтез более тяжелых трансурановых элементов и трансактинидов . A 22 миллиграмма партия Берклия-249 была подготовлена в течение периода облучения 250 дней , а затем очищает в течение еще 90 дней при Oak Ridge в 2009 году Этот образец использовали для синтеза нового элемента tennessine в первый раз в 2009 году на Joint институт ядерных исследований , Россия , после того, как он был засыпан кальция-48 ионов на 150 дней. Это стало кульминацией сотрудничества России и США по синтезу тяжелых элементов в периодической таблице.

Берклий мягкий, серебристо-белый, радиоактивный металл. Изотопа беркелий-249 испускает низкоэнергетические электроны , и , таким образом , является относительно безопасным в обращении. Он распадается с периодом полураспада 330 дней Калифорний -249, который является сильным эмиттер ионизирующего альфа - частиц. Это постепенное преобразование является важным фактором при изучении свойств элементарного берклия и его химических соединений, так как образование калифорния приносит не только химическое загрязнение, но и свободно-радикальные эффекты и саморазогрев от испускаемого альфа - частиц.

Характеристики

физический

Последовательные слои сфер, расположенных сверху вниз: GRGBGRGB (G = зеленый, R = красный, B = синий)
Дважды гексагональный плотная упаковка с ДКС последовательности слоев в кристаллической структуре альфа-берклий (А: зеленый, В: синем, C: красный)

Берклий мягкий, серебристо-белый, радиоактивный актинидов металл. В периодической таблице , он находится справа от актиноидов кюри , слева от актиноидов калифорнии и ниже лантаноидов тербия , с которым он разделяет много общих черт в физических и химических свойствах. Его плотность 14.78 г / см 3 лежит между теми , кюрием (13,52 г / см 3 ) и калифорния (15,1 г / см 3 ), как это делает его температуру плавления 986 ° С, ниже, чем кюрием (+1340 ° C) , но выше , чем у калифорния (900 ° C). Берклий является относительно мягким и имеет один из самых низких модулей объемного среди актинидов, при температуре около 20 ГПа (2 × 10 10  Па).

Берклий (III) ионы показывает два острых флуоресценции пики при 652  нм (красный свет) и 742 нм (глубокий красный цвет - в ближней инфракрасной области ) из - за внутренних переходов на F-электронной оболочкой . Относительная интенсивность этих пиков зависит от мощности возбуждения и температуры образца. Это излучение может наблюдаться, например, после диспергирования ионов Берклия в силикатном стекле, путем плавления стекла в присутствии оксида Берклия или галогенид.

Между 70 K и комнатной температуре, беркелий ведет себя как Кюри-Вейсса парамагнитного материала с эффективным магнитным моментом 9,69  магнетонов БораB ) и температурой Кюри 101 K. Этот магнитный момент почти равен теоретическому значению 9,72 мкм в рассчитывается в простой атомно - LS модели сцепления . При охлаждении до около 34 К, беркелий претерпевает переход к антиферромагнитному состоянию. Энтальпия растворения в соляной кислоте при стандартных условиях составляет -600 кДж / моль, из которого стандартное изменение энтальпии образованияF H °) водных Bk 3+ ионов получается как -601 кДж / моль. Стандартный потенциал Bk 3+ / Бк 0 является -2,01 В. потенциал ионизации нейтрального атома Берклия 6.23 эВ.

аллотропов

При условиях окружающей среды, беркелий принимает свою наиболее стабильную форму альфа , который имеет гексагональную симметрию, пространственная группа Р6 3 / ММС , параметры решетки 341  часов и 1107 часов. Кристалл имеет двух- гексагональной плотной упаковкой структуру с последовательностью слоев ДКС и поэтому изотипичен (имеющие аналогичную структуру) с альфа-лантана и альфа-форм актинидов за пределами кюрий. Эта кристаллическая структура изменяется с давлением и температурой. При сжатии при комнатной температуре до 7 ГПа, α-беркелий переходит в бета - модификации, которая имеет гранецентрированную кубическую ( ГЦК ) симметрии и пространственная группа Fm 3 м . Этот переход происходит без изменения объема, но энтальпия увеличивается на 3,66 кДж / моль. При дальнейшем сжатии до 25 ГПА, беркелий переходит к ромбической структуре γ-Берклий аналогичной тем , что альфа-уран. Этот переход сопровождается уменьшением на 12% объема и делокализации электронов в 5f электронной оболочки . Никакие дальнейшие фазовые переходы не наблюдаются вплоть до 57 ГПа.

При нагревании α-беркелий переходит в другую фазу с ГЦК решеткой (но немного отличается от бета-берклия), пространственная группа Fm 3 м , а постоянная решетки 500 мкм; эта ГЦК структура эквивалентна плотнейшей упаковки с последовательностью ABC. Эта фаза является метастабильной и постепенно возвращается к исходной фазе α-Берклий при комнатной температуре . Температура фазового перехода , как полагают, весьма близко к точке плавления.

химикат

Как и все актиниды , беркелий растворяется в различных водных неорганических кислотах, высвобождая газообразный водород и превращение в Берклии (III) состояние. Это трехвалентное состояние окисления (+3) является наиболее стабильным, особенно в водных растворах, но четырехвалентного (+4) и , возможно , двухвалентного также известны (+2) Берклий соединения. Существование двухвалентных солей Берклий является неопределенным и только было сообщено в смешанном хлорид лантана - стронция хлорида расплавов. Аналогичное поведение наблюдается для лантанидов аналога берклия, тербия . Водные растворы Bk 3+ ионов зеленого цвета в большинстве кислот. Цвет Бк 4+ ионов желтого цвета в соляной кислоте и оранжево-желтого цвета в серной кислоте . Берклий быстро не вступают в реакцию с кислородом при комнатной температуре, возможно , из - за формирования защитной поверхности оксидного слоя. Тем не менее, он реагирует с расплавленными металлами, водород , галогены , халькогены и подгруппа азота с образованием различных бинарных соединений.

Изотопы

Около двадцати шести изотопов и ядерных изомеров (возбужденные состояния изотопа) из берклия были охарактеризованы с массовыми числами в диапазоне от 235 до 254. Все они радиоактивны. Самые длинные периоды полураспада наблюдаются для 247 Bk (1380 года), 248 Bk (более 300 лет) и 249 Bk (330 дней); период полураспада остальных изотопов колеблются от микросекунд до нескольких дней. Изотоп , который является самым простым для синтеза является беркелии-249. Это излучает главным образом мягкие бета-частицы , которые неудобны для обнаружения. Его альфа - излучение является довольно слабым - 1,45 × 10 - 3 % по отношению к бета-излучению - но иногда используется для обнаружения этого изотопа. Второй важные беркелии изотоп, беркелии-247, представляет собой альфа-излучатель, как и большинство изотопов актинидов.

Вхождение

Все изотопы беркелий имеют период полураспада слишком короткий , чтобы быть изначальными . Таким образом, любой изначальная беркелий, то есть беркелий присутствует на Земле в процессе ее формирования, заглох в настоящее время.

На Земле беркелии в основном сосредоточены в определенных областях, которые были использованы для атмосферных испытаний ядерного оружия в период между 1945 и 1980 годами, а также в местах ядерных инцидентов, такие как аварии на Чернобыльской АЭС , Three Mile Island авария и 1968 Thule Air Base B-52 авария . Анализ мусора на полигоне первой американской водородной бомбы , Ivy Mike , (1 ноябрь 1952, Эниветки ), показал высокие концентрации различных актинидов, в том числе берклия. По соображениям военной тайны этот результат был опубликован только в 1956 году.

Ядерные реакторы производят в основном, среди изотопов Берклия, Берклий-249. Во время хранения и до утилизации топлива, большая часть бета - распада до калифорния-249. Последний имеет период полураспада 351 лет, что является относительно длинным по сравнению с другими изотопами , полученными в реакторе, и поэтому нежелательно в продуктах утилизации.

Эти трансурановые элементы из америция в фермий , в том числе берклия, произошли , естественно , в природном реакторе ядерного деления на Ок , но больше не делать.

история

Черно-белое изображение тяжелой техники с двумя операторами, сидя в стороне
60-дюймовый циклотрон в Радиационной лаборатории Лоренса, Калифорнийский университет, Беркли, в августе 1939 года
Печать из Университета Калифорнии, Беркли (UC Berkeley)
Берклий назван в честь Калифорнийского университета в Беркли

Хотя очень небольшое количество берклия , возможно , были произведены в предыдущих ядерных экспериментов было первым преднамеренно синтезирован , выделены и идентифицированы в декабре 1949 года Сиборг , Гиорсо , Стэнли Г. Томпсон и Кеннет Стрит, младший . Они использовали 60-дюймовый циклотрон в Университете Калифорнии, Беркли . Подобно почти одновременное открытие америция (элемент 95) и кюрий (элемент 96) в 1944 году, новые элементы беркелии и калифорния (элемент 98) оба были произведены в 1949-1950 гг.

Выбор имени для элемента 97 следовал за предыдущие традиции калифорнийской группы провести аналогию между вновь открывшимися актинидами и лантанидами элементом , расположенным над ним в периодической таблице . Ранее америций был назван в честь континента в качестве его аналога европия и кюрия честь ученых Мари и Пьер Кюри , как лантаноидов над ним, гадолиний , был назван в честь исследователя из редкоземельных элементов Гадолин . Таким образом , сообщают об открытии группой Беркли гласит: «Предполагается , что элемент 97 будет дано название берклия (символ Бк) после того, как в городе Беркли, аналогично тому , который используется в обозначении его химический гомолог тербия (атомный номер 65) , чьи название происходит от города Иттерий , Швеция , где редкоземельные минералы впервые были найдены «. Эта традиция закончилась берклий, хотя, как именование следующей обнаруженных актинидов, калифорния , не было связана с его лантаноидным аналогом диспрозия , но после того, как на месте обнаружения.

Наиболее сложные этапы синтеза берклия были его отделением от конечных продуктов и производство достаточного количеств америция для материала мишени. Во- первых, америций ( 241 Am) нитрата раствор наносился на платиновой фольги, раствор выпаривают , а остаток превращают путем отжига до диоксида америций (Amo 2 ). Эта цель была облучают 35 МэВ альфа - частиц в течение 6 часов в 60-дюймовом циклотроне в радиационной лаборатории Лоуренса, Университет Калифорнии, Беркли. (Α, 2n) реакции , вызванной облучением давала 243 Bk изотоп и два свободных нейтронов :

После облучения, покрытие растворяют в азотной кислоте , а затем осаждают в виде гидроксида с использованием концентрированного водного раствора аммиака . Продукт центрифугируют и повторно растворяют в азотной кислоте. Для того, чтобы отделить берклия от непрореагировавшего америций, этот раствор добавляли к смеси аммония и сульфата аммония и нагревают , чтобы преобразовать все растворенное америций в степени окисления +6. Неокисленный остаточный америций осаждали добавление фтористоводородной кислоты в качестве америция (III) фторида ( AmF
3
). Этот шаг получал смесь сопутствующего продукта кюрия и ожидаемый элемент 97 в виде трифторидов. Смесь превращают в соответствующие гидроксиды путем обработки егогидроксида калия, и после центрифугирования, растворяют вхлорной кислоте.

Графики, показывающие аналогичному кривые Элюирование (количество металла против капель) для (вверху и внизу) тербия против беркелий, гадолиний против кюрия, америция против европия
Хроматографические элюции кривые , раскрывающие сходство между лантаноидов тербия (Tb), гадолиний (Gd) и европия (Eu) (верхний график) и их соответствующей актинидов берклия (Bk), кюрий (Cm) и америций (Am) (нижний график )

Дальнейшее разделение проводилось в присутствии лимонной кислоты / аммония буферного раствора в слабо кислой среде ( рН ≈3.5), с использованием ионного обмена при повышенной температуре. Хроматографическое поведение разделения было неизвестно для элемента 97 в то время, но ожидалось , по аналогии с тербием. Первые результаты были неутешительными , так как никакая подпись выбросов альфа-частиц не может быть обнаружена из элюирования продукта. При дальнейшем анализе, в поисках характерных рентгеновских лучей и конверсионных электронов сигналов, A беркелий изотоп был обнаружен в конечном итоге. Его массовое число было неопределенным между 243 и 244 в первоначальном докладе, но позже было установлено как 243.

Синтез и извлечение

Получение изотопов

Берклий производится путем бомбардировки легкие актинидов урана ( 238 U) или плутоний ( 239 Pu) с нейтронами в ядерном реакторе . В более общем случае уранового топлива плутоний произведен сначала захвата нейтронов (так называемые (п, γ) реакции или слитый нейтронов) , а затем бета-распада:

(что времена полураспада )

Плутоний-239 дополнительно облучает источник , который имеет высокий поток нейтронов , в несколько раз выше , чем у обычного ядерный реактора, такие как 85-мегаватт высокий изотопный реактор (HFIR) в национальной лаборатории Oak Ridge в Теннесси, США. Выше , поток способствует реакций синтеза с участием не один , а несколько нейтронов, преобразование 239 Pu в 244 Cm , а затем в 249 Cm:

Кюрий-249 имеет короткий период полураспада 64 минут, и , таким образом , его дальнейшее преобразование в 250 Cm имеет низкую вероятность. Вместо этого он преобразует бета-распада в 249 Бк:

Полученный таким образом 249 Bk имеет длительный период полураспада 330 дней и , таким образом , может захватить другой нейтрон. Однако продукт, 250 Бк, опять - таки имеет относительно короткий период полураспада 3.212 часов , и , таким образом , не дает каких - либо более тяжелые изотопы Берклий. Вместо этого он распадается на калифорниевом изотоп 250 Cf:

Хотя 247 Бк является наиболее стабильным изотопом берклия, его производство в ядерных реакторах очень difficut , поскольку его потенциал прародитель 247 Cm никогда не наблюдалось претерпевают бета - распад. Таким образом, 249 Бк является наиболее доступным изотоп берклия, который до сих пор доступен только в небольших количествах (всего 0,66 грамма были произведены в США за период 1967-1983 годов) по высокой цене порядка 185 долларов США за микрограмм. Это единственный беркелий изотоп доступен в больших количествах, и , таким образом , единственным беркелий изотопа, свойства которого могут быть широко изучены.

Изотопа 248 Ки были впервые получены в 1956 году путем бомбардировки смеси изотопов кюрия с 25 МОВ альфа-частицами. Хотя его прямое обнаружение было затруднено сильным интерференции сигнала с 245 Bk, существование нового изотопа было доказано ростом продукта распада 248 Cf , которые были ранее охарактеризованы. Полураспада 248 Bk была оценена как 23 ± 5 часов, хотя позже 1965 работа дала полураспада свыше 300 лет (что может быть связано с изомерного состояния). Берклий-247 был произведен в течение того же года, облучая 244 Cm с альфа-частицами:

Берклий-242 был синтезирован в 1979 году при бомбардировке 235 U с 11 B, 238 U с 10 B, 232 Th с 14 Н или 232 Th с 15 N. Он преобразует с помощью электронного захвата до 242 см с периодом полураспада 7,0 ± 1,3 минут. Поиски первоначально подозреваемого изотопа 241 Bk тогда безуспешными; 241 Бк с тех пор были синтезированы.

разделение

Тот факт , что беркелии легко предполагают степень окисления +4 в твердых телах, а также относительно стабилен в этом состоянии в жидкости в значительной степени способствует отделению берклия от многих других актинидов. Они неизбежно производятся в относительно больших количествах во время ядерного синтеза и часто благоприятствуют +3 состояние. Этот факт еще не был известен в первоначальных экспериментах, которые использовали более сложную процедуру разделения. Различные неорганические окислители могут быть применены к берклию растворы (III) , чтобы преобразовать его в состоянии +4, такие как броматы ( BrO -
3
), висмутат ( BiO -
3
), хроматы ( CrO 2-
4
и Cr
2
O 2-
7
), серебро (I)тиолят ( Ag
2
S
2
O
8
), свинец (IV) оксид (PbO
2
),озон(O
3
), или фотохимические процедуры окисления. Совсем недавно было обнаруженочто некоторые органические и био-вдохновил молекулы, такие как хелатор под названием 3,4,3-LI (1,2-НОРО), также может окислять Bk (III) и стабилизировать Bk (IV)соответствиимягкие условия. Берклий (IV)затем экстрагируют сионного обмена, экстракцияхроматографииили жидкостной экстракциииспользованием HDEHP (бис- (2-этилгексил) фосфорной кислотой),аминами,трибутилфосфатомили различными другими реагентами. Эти процедуры отделяют берклий от большинства трехвалентный актинидов илантанидов, за исключением лантанидовцерия(лантаноиды отсутствуют в мишени облученияно они создаются в различныхделении ядерцепочек распада).

Более подробно процедура , принятая в Национальной лаборатории Oak Ridge следующим образом : начальная смесь актинидов обработана с использованием ионного обмена хлорида лития реагента, а затем осаждают в виде гидроксидов , фильтруют и растворяют в азотной кислоте. Затем обрабатывают под высоким давлением элюции из катионообменных смол, и фаза беркелий окисляется и экстрагируют с помощью одной из процедур , описанных выше. Снижение полученного таким образом берклия (IV) в состояние окисления +3 дает решение, которое является практически свободным от других актинидов (но содержит церий). Берклий и церий затем разделяют с другим раундом ионообменной обработки.

подготовка массивного металла

Для того чтобы охарактеризовать химические и физические свойства твердого берклия и его соединений, программа была начата в 1952 году на испытания материалов реактора , Арко, штат Айдахо , США. Это привело к подготовке восьми грамм плутоний-239 мишени и в первой постановке макроскопических величин (0,6 мкг) берклия по Burris Б. Cunningham и Стэнли Г. Томпсон в 1958 году, после того, как реактор непрерывного облучения этой мишени для шести года. Этот метод облучения составлял и до сих пор является единственным способом получения весовых количеств элемента, и большинство твердотельного исследования берклия было проведено на микрограммы или submicrogram размера образцов.

Основные мировые источники облучения являются 85 мегаватта High Flux Изотоп Реактор в Национальной лаборатории Oak Ridge в штате Теннесси, США, и петлевой реактор СМ-2 в Научно - исследовательском институте атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде, Россия , которые являются посвященный производству transcurium элементов (атомный номер больше , чем 96). Эти объекты имеют аналогичные мощности и потока уровней, и , как ожидается, имеют сопоставимые производственные мощности для transcurium элементов, хотя объемы , производимые в НИИАР публично не сообщалось. В «типичной кампании обработки» в Oak Ridge, десятки грамм кюрия представляет собой облученные для получения дециграмм количеств калифорнии , миллиграмм количества Берклия-249 и эйнштейния и пикограмм количеств фермия . В общей сложности, чуть более чем один грамм Берклий-249 был произведен в Oak Ridge с 1967 года.

Первый образец беркелий металла весом 1,7 микрограмм был подготовлен в 1971 году путем восстановления берклия (III) , фтористый с литиевым паром при 1000 ° С; фторид был подвешен на вольфрамовой проволоки над танталовый тигель , содержащий расплавленный литий. Позже, образцы металла весом до 0,5 миллиграммов , были получены с помощью этого метода.

Аналогичные результаты были получены при Берклий (IV) фторид. Берклий металл также может быть получен восстановлением Берклия (IV) оксид с торием или лантаном .

соединений

Оксиды

Два оксиды берклия известны, с беркелий окисления состоянии +3 (Bk 2 O 3 ) и +4 (БКО 2 ). Берклий (IV) , оксид представляет собой твердое вещество коричневого цвета, в то время как оксид беркелия (III) представляет собой желто-зеленую твердое вещество с температурой плавления 1920 ° С , и формируются из БКО 2 путем уменьшения с молекулярным водородом :

При нагревании до 1200 ° С, оксид Бк 2 O 3 претерпевает изменение фазы; он претерпевает еще одно изменение фазы при 1750 ° С. Такое поведение трехфазного характерно для актинидов полуторных . Берклий (II) , оксид, БКО, сообщаются в виде твердого вещества серого цвета хрупкого , но его точный химический состав остается неопределенным.

Галогениды

В галогенидов , беркелий предполагает степенях окисления +3 и +4. +3 , состояние является наиболее стабильным, особенно в растворах, в то время как тетравалентные галогениды Bkf 4 и Cs 2 BkCl 6 известны только в твердой фазе. Координация атома Берклия в трехвалентный фториде и хлориде tricapped тригональной призматической , с координационным числом от 9. В трехвалентного бромиде, она bicapped тригональное призматическое (координация 8) или октаэдрический (координация 6), а в йодиде это октаэдрическое ,

Окисление
номер
F Cl бром я
+4 Bkf 4
(желтый)
Cs 2 BkCl 6
(оранжевый)
+3 Bkf 3
(желтый)
BkCl 3
(зеленый)
Cs 2 NaBkCl 6
BkBr 3
(желто-зеленый)
BKI 3
(желтый)

Берклий (IV) , фторид (BKF 4 ) представляет собой желто-зеленый твердое вещество ионного и изотипично с тетрафторидом урана или цирконий (IV) фторидом . Берклий (III) , фторид (BKF 3 ) также желто-зеленое твердое вещество, но оно имеет две кристаллические структуры. Наиболее стабильная фаза при низких температурах изотипичен с иттрия (III) фторида , а при нагревании до температуры между 350 и 600 ° С, она превращается в структуру найденного в лантана (III) фторид .

Видимые количества берклия (III) хлорида (BkCl 3 ) впервые были выделены и охарактеризованы в 1962 году, и весил всего 3 миллиардных долей грамма . Он может быть получен путем введения хлористого водорода паров в вакуумную кварцевую трубку , содержащую оксид Берклий при температуре около 500 ° C. Это твердое вещество зеленого цвета , имеет температуру плавления 600 ° С, и изотипично с ураном (III) хлоридом . При нагревании до почти точка плавления, BkCl 3 превращается в ромбическую фазу.

Две формы берклия (III) , бромид известны: один с Берклий , имеющий координацию 6, и один с координацией 8. Последний является менее стабильным и переходит в первой фазе при нагревании до примерно 350 ° С. Важное явление для радиоактивных твердых веществ , было изучено на этих два кристаллических формах: структура свежих и выдержанных 249 BkBr 3 образцов исследовались с помощью дифракции рентгеновских лучей в течение более 3 -х лет, так что различные фракции Берклия-249 имели бета распадались до калифорния-249. Никаких изменений в структуре не наблюдалось на 249 BkBr 3 - 249 CfBr 3 трансформации. Тем не менее, другие различия были отмечены за 249 BkBr 3 и 249 CfBr 3 . Например, последний может быть восстановлен водородом до 249 CfBr 2 , но первый не мог - этот результат был воспроизведен на индивидуальный 249 BkBr 3 и 249 CfBr 3 образцов, а также на образцах , содержащих как бромиды. Срастание калифорния в берклии происходит со скоростью 0,22% в день и является внутренним препятствием при изучении свойств беркелий. Помимо химического загрязнения, 249 Cf, будучи альфа - излучатель, приносит нежелательное саморазрушению кристаллической решетки и в результате саморазогрев. Химическое действие , однако , можно избежать путем выполнения измерений в зависимости от времени и экстраполяции полученных результатов.

Другие неорганические соединения

В пниктиды из берклия-249 типа BKX известны для элементов азота , фосфора , мышьяка и сурьмы . Они кристаллизуются в структуре каменной соли и их получают с помощью реакции либо Берклий (III) гидрида (BKH 3 ) или металлического берклия с под высоким вакуумом этих элементов при повышенной температуре (около 600 ° C).

Берклий (III) , сульфид, Бк 2 S 3 , получают путем обработки оксида либо Берклий со смесью сероводорода и сероуглерода паров при 1130 ° С, или путем непосредственного взаимодействи металлического берклия с элементарной серой. Эти процедуры дают коричневато-черные кристаллы.

Берклий (III) , и беркелии (IV) , гидроксиды являются стабильными в 1 молярных растворах гидроксида натрия . Берклий (III) , фосфат (BkPO 4 ), был подготовлен в виде твердого вещества, которое показывает сильную флуоресценцию при возбуждении зеленым светом. Берклий гидриды получают взаимодействие металла с газообразным водородом при температуре около 250 ° С. Они не являются стехиометрическими с номинальной формулой BKH 2 + х (0 <х <1). Некоторые другие соли берклия известны, в том числе РЗЭ (Бк 2 O 2 S) и гидратированного нитрата ( Bk (NO
3
)
3
· 4H
2
O
), хлорид (BkCl
3
· 6H
2
O
),сульфат(Бк
2
(SO
4
)
3
· 12H
2
O
) иоксалат(Бк
2

2
O
4
)
3
· 4H
2
O
). Термическое разложение при температуре около 600 ° С варгоновойатмосфере (во избежание окисления доBKO
2
) изBk
2
(SO
4
)
3
· 12H
2
O
дает кристаллы берклия (III) оксисульфат (Bk
2
O
2
SO
4
). Это соединение является термически стабильнымпо меньшей мере1000 ° C в инертной атмосфере.

Organoberkelium соединения

Берклий образует тригональный (η 55 Н 5 ) 3 Ок металлоценового комплекса с тремя циклопентадиенильных кольцами, которые могут быть синтезированы путем взаимодействия Берклия (III) хлорида с расплавленным beryllocene ( В5 Н 5 ) 2 ) при температуре около 70 ° С. Он имеет янтарный цвет и плотность 2,47 г / см 3 . Комплекс устойчив к нагреванию , по меньшей мере , 250 ° С, и сублимирует без плавления при примерно 350 ° С. Высокая радиоактивность берклия постепенно разрушает соединение (в течение недели). Один циклопентадиенили кольцо (η 55 Н 5 ) 3 Ок могут быть замещены хлором, получ [Ки (С 5 Н 5 ) 2 Cl] 2 . Спектры оптического поглощения этого соединения очень похожи на те из (п 5 -C 5 H 5 ) 3 Bk.

Приложения

Очень маленький образец синей жидкости в пластиковой пипеткой провел рукой носить тяжелое защитное оборудование
Целевой беркелий используется для синтеза tennessine (в растворенном состоянии)

Там в настоящее время не использовать для любого изотопа берклия вне фундаментальных научных исследований. Берклий-249 является общим целевым нуклидом подготовить еще более тяжелые трансурановые элементы и трансактиниды , такие как лоуренсий , резерфордия и бории . Это также полезно в качестве источника изотопа калифорния-249, который используется для проведения исследований по химии калифорний в предпочтении к более радиоактивного калифорния-252 , который производится в нейтронной бомбардировки объектов , таких как HFIR.

A 22 миллиграмма партия Берклия-249 была подготовлена в 250-дневном облучении в , а затем очищает в течение 90 дней при Oak Ridge в 2009 г. Это дали целевой первые 6 атомов tennessine в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ), Дубна , Россия, после бомбардировки его ионами кальция в циклотроне U400 в течение 150 дней. Этот синтез был кульминацией сотрудничества России и США между ОИЯИ и Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора по синтезу элементов 113 до 118 , который был начат в 1989 году.

ядерный топливный цикл

В ядерном делении свойство берклия отличается от таковых из соседних актинидов кюрия и калифорнии, и они предполагают , берклий выполнять плохо в качестве топлива в ядерном реакторе. В частности, беркелии-249 имеет умеренно большой захват нейтронов поперечное сечение 710 барна для тепловых нейтронов , 1200 барна резонансного интеграла , но очень низкого сечения деления для тепловых нейтронов. В тепловом реакторе, большая часть его , следовательно , будут преобразованы в Берклий-250 , который быстро затухает до калифорния-250. В принципе, беркелии-249 может поддерживать цепную ядерную реакцию в реакторе на быстрых нейтронах нейтронов . Его критическая масса является относительно высокой скоростью 192 кг; она может быть уменьшена с помощью воды или стального отражателя , но будет по- прежнему превышает мировое производство этого изотопа.

Берклий-247 может поддерживать цепную реакцию как в тепловых нейтронов, и в реакторе на быстрых нейтронах, однако, его производство является довольно сложным и, следовательно, доступность значительно ниже, чем его критической массы, которая составляет около 75,7 кг для голой сферы, 41,2 кг с отражателем и 35.2 кг со стальным отражателем (30 см толщины).

Вопросы здравоохранения

Мало что известно о влиянии берклия на организме человека, и аналогия с другими элементами , не может быть сделана из различных продуктов излучения ( электронов для Берклия и альфа - частиц , нейтронов , или как для большинства других актинидов). Низкая энергия электронов , испускаемых из Берклия-249 (менее 126 к) затрудняет его обнаружение, из - за помехи сигнала с другими процессами распада, но и делает этот изотоп относительно безвредного для человека по сравнению с другими актинидами. Тем не менее, беркелий-249 преобразует с периодом полураспада всего 330 дней до сильного альфа-излучателем калифорния-249, который является весьма опасным и должен быть обработан в перчаточном боксе в специализированной лаборатории.

Большинство имеющихся данных беркелий токсичности происходят из исследования на животных. После приема внутрь крыс, только около 0,01% беркелий заканчивается в потоке крови. Оттуда, около 65% идет в кости, где он остается в течение примерно 50 лет, 25% в легких (биологический период полураспада около 20 лет), 0,035% к яичкам или 0,01% в яичниках , где беркелий STAYS на неопределенный срок. Баланс около 10% выводится из организма. Во всех этих органах беркелии могут способствовать развитию рака, и в скелетной системе его излучение может повредить эритроциты. Максимально допустимое количество берклия-249 в скелете человека составляет 0,4  нанограмм .

Рекомендации

Список используемой литературы

  • Greenwood, Норман Н .; Эрншо, Алан (1997). Химия элементов (2 - е изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8 .
  • Holleman, Arnold F .; Wiberg, Нильс (2007). Учебник неорганической химии (сто вторая ред.). Берлин: де Gruyter. ISBN  978-3-11-017770-1 .
  • Петерсон, JR; Хобарт, DE (1984). «Химия берклия» . В Emeléus, Гарри Julius. Прогресс в области неорганической химии и радиохимии . 28 . Academic Press. стр. 29-64. DOI : 10.1016 / S0898-8838 (08) 60204-4 . ISBN  978-0-12-023628-2 .

внешняя ссылка