Берклий (Bk)

Берклий не встречается в природе в земной коре. Впервые он был синтезирован в декабре 1949 года Стэнли Г. Томпсоном, Гленном Т. Сиборгом и Альбертом Гиорсо в Калифорнийском университете в Беркли с использованием ядерной реакции 241Am (4He, 2n) 243Bk в 60-дюймовом циклотроне Беркли. Элемент был назван в честь города в Калифорнии, где он был впервые синтезирован. Первый изотоп берклия, полученный в этом эксперименте, имел массовое число 243 и период полураспада 4,5 ч. 247Bk имеет период полураспада 1,4×103 лет, что делает его одним из наименее радиоактивных изотопов берклия. 249Bk имеет период полураспада 320 дней, что позволяет выделять его и изучать в макроскопическом масштабе, хотя исследования показали, что излучение, испускаемое берклием, создаёт опасность для здоровья. Например, длительное воздействие излучения берклия, как было показано, вызывает накопление берклия в скелетной системе крыс. Излучение также неблагоприятно для образования эритроцитов [620], [621], [622], [623], [624]. Известных изотопных применений у берклия, кроме научных исследований, нет; в них он служил мишенью для получения теннессина (рис. IUPAC.97.1).

Беркелий был впервые получен Стэнли Г. Томпсоном, Гленном Т. Сиборгом, Кеннетом Стритом-младшим и Альбертом Джиорсо, работавшими в Калифорнийском университете в Беркли, в декабре 1949 года. Они бомбардировали изотоп америция, америций-241, альфа-частицами с помощью устройства, называемого циклотроном. В результате образовались берклий-243 и два свободных нейтрона. Наиболее стабильный изотоп берклия, берклий-247, имеет период полураспада около 1380 лет. Он распадается в америций-243 посредством альфа-распада.

Первое наблюдаемое количество соединения берклия, хлорид берклия (BkCl3), было получено в 1962 году и имело массу около 3 миллиардных долей грамма (0,000000003 грамма). Оксихлорид берклия (BkOCl), фторид берклия (BkF3), диоксид берклия (BkO2) и триоксид берклия (BkO3) были идентифицированы и изучены методом рентгеновской дифракции.

Поскольку когда-либо было получено лишь небольшое количество берклия, какие-либо известные применения берклия и его соединений, помимо фундаментальных научных исследований, отсутствуют.

Берклий, восьмой член актинидного переходного ряда, был впервые получен в 1949 году Томпсоном, Джиорсо и Сиборгом путем бомбардировки 241Am ускоренными альфа-частицами. Это привело к появлению новой активности электронного захвата, элюирующейся на хроматографической колонке непосредственно перед кюрием. Эту активность отнесли к изотопу элемента 97 с массовым числом 243. Он был назван берклием в честь Беркли, Калифорния, города его открытия. Первоначальное изучение его химических свойств было ограничено экспериментами с индикаторными количествами вещества (ионный обмен и соосаждение), однако этого оказалось достаточно, чтобы установить стабильность Bk(III) и доступность ионов Bk(IV) в водном растворе, а также оценить электрохимический потенциал пары Bk(IV)/Bk(III).

Полное исследование элемента невозможно только методами индикаторных количеств, поэтому в 1952 году была начата кампания по длительному облучению около 8 граммов 239Pu в ядерном реакторе в Арко, Айдахо, для получения макроколичеств берклия. В 1958 году около 0,6 микрограмма 249Bk с периодом полураспада 330 дней было выделено, отделено и очищено Каннингемом и соавт., которые определили спектр поглощения в водном растворе и измерили магнитную восприимчивость Bk(III). Первое структурное определение соединения берклия было выполнено в 1962 году. По данным рентгеновской дифракции было получено четыре линии от 4 нанограмм диоксида берклия-249 и они были проиндексированы как гранецентрированная кубическая решетка. Первые образцы металлического берклия в объемных количествах (> 1 микрограмма) были приготовлены в 1969 году восстановлением BkF3 парами металлического лития при 1300 K Хейром, Петерсоном и соавт. Металл Bk имеет серебристый вид, легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах и быстро окисляется воздухом или кислородом при повышенных температурах с образованием оксида. Металл проявляет две кристаллические формы: двойную гексагональную плотноупакованную (dhcp) и гранецентрированную кубическую (fcc). Было приготовлено и изучено множество сплавов и соединений берклия, включая гидриды, оксиды, галогениды, халькогениды, пниктогениды, оксалаты, оксихлориды, органометаллические и координационные соединения, и это лишь некоторые из них. Известны степени окисления берклия Bk(0), Bk(III) и Bk(IV) в объемных образцах, имеются некоторые данные в пользу существования Bk(II), но относительно возможного существования ионов Bk(V) имеются лишь предположения.

В настоящее время известно четырнадцать изотопов берклия, синтезированных с массовыми числами от 238 до 251. Как и другие актинидные элементы, берклий имеет тенденцию накапливаться в скелетной системе. Из-за своей редкости берклий в настоящее время не имеет коммерческого применения, однако благодаря сравнительно длительному периоду полураспада и доступности в микрограммовых количествах Bk-249 широко используется в качестве мишени для синтеза более тяжелых элементов бомбардировкой заряженными частицами. Берклий является первым членом второй половины актинидного ряда, и поэтому исследования физико-химических свойств этого элемента позволяют более точно экстраполировать поведение более тяжелых элементов, изучение которых серьезно ограничено дефицитом материала, очень короткими периодами полураспада и высокой радиоактивностью.

Дополнительная литература: D. E. Hobart и J. R. Peterson (2006) "Berkelium," Chapter 10 in The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Third Edition, L. R. Morss, J. Fuger, and N. M. Edelstein, Eds, Springer Publishers.

Этот элемент рассмотрен и обновлен Дэвидом Хобартом, Лос-Аламосская национальная лаборатория, 2011