Берклий (Bk)

Беркелий в природе в земной коре не встречается. 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 и изучать его в макроскопических количествах, хотя исследования показали, что излучение, испускаемое берклием, создаёт опасность для здоровья. Например, было показано, что длительное воздействие излучения берклия вызывает накопление берклия в скелетной системе крыс. Излучение также неблагоприятно влияет на образование эритроцитов [620], [621], [622], [623], [624]. У берклия нет известных изотопных применений, кроме научных исследований, где он служил мишенью для получения теннессина (рис. IUPAC.97.1).

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

Первое видимое количество соединения берклия, хлорида берклия (BkCl3), было получено в 1962 году и весило около 3 миллиардных долей грамма (0,000000003 г). Оксихлорид берклия (BkOCl), фторид берклия (BkF3), диоксид берклия (BkO2) и триоксид берклия (BkO3) были идентифицированы и изучены методом, известным как рентгеновская дифракция.

Поскольку было получено лишь небольшое количество берклия, не известно каких-либо применений берклия и его соединений вне фундаментальных научных исследований.

Берклий, восьмой член переходного ряда актиноидов, впервые был получен в 1949 году Томпсоном, Гиорсо и Сиборгом путём бомбардировки 241Am высокоэнергетическими α-частицами на ускорителе. Это привело к появлению новой активности электронного захвата, элюировавшейся 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, где он был открыт. Первоначальное изучение его химических свойств ограничивалось экспериментами с индикаторными количествами (ионообмен и соосаждение), но этого было достаточно, чтобы установить стабильность Bk(III) и доступность ионов Bk(IV) в водном растворе и оценить электрохимический потенциал пары Bk(IV)/Bk(III).

Полное исследование элемента невозможно только индикаторными методами, поэтому в 1952 году была начата кампания по длительному облучению около 8 г 239Pu в ядерном реакторе в Арко, Айдахо, чтобы получить макроскопические количества берклия. В 1958 году около 0,6 мкг 249Bk с периодом полураспада 330 суток было извлечено, разделено и очищено Каннингемом и соавторами, которые определили спектр поглощения в водном растворе и измерили магнитную восприимчивость Bk(III). Первое структурное определение соединения берклия было выполнено в 1962 году. Было получено четыре линии рентгеновской дифракции от 4 нг диоксида берклия-249, которые были индексированы как гранецентрированная кубическая структура. Первые объёмные образцы (> 1 мкг) металлического берклия были приготовлены в 1969 году восстановлением BkF3 паром металлического лития при 1300 K Хэйром, Петерсоном и соавторами. Металл Bk имеет серебристый вид, легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах и быстро окисляется воздухом или кислородом при повышенных температурах с образованием оксида. Металл существует в двух кристаллических формах: двойной гексагональной плотнейшей упаковке (dhcp) и гранецентрированной кубической решётке (fcc). Было приготовлено и изучено множество сплавов и соединений берклия, включая, среди прочего, гидриды, оксиды, галогениды, халькогениды, пниктиды, оксалаты, оксихлориды, органометаллические и координационные соединения. Известны состояния окисления Bk(0), Bk(III) и Bk(IV) в макроскопических количествах, и имеются некоторые данные в пользу существования Bk(II), однако о возможном существовании ионов Bk(V) имеются лишь предположения.

В настоящее время известно и синтезировано четырнадцать изотопов берклия с массовыми числами от 238 до 251. Как и другие актиноидные элементы, берклий имеет тенденцию накапливаться в скелетной системе. Из-за своей редкости берклий в настоящее время не имеет коммерческого применения; однако благодаря относительно длительному периоду полураспада и доступности в микрограммовых количествах Bk-249 широко используется в качестве мишени для синтеза более тяжёлых элементов путём бомбардировки заряженными частицами. Берклий является первым членом второй половины актиноидного ряда, и поэтому изучение физико-химических свойств этого элемента позволяет делать более точные экстраполяции на поведение более тяжёлых элементов, изучение которых сильно ограничено дефицитом материала, очень короткими периодами полураспада и высокой радиоактивностью.

Дополнительная литература: D. E. Hobart and 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 обновлён Дэвидом Хобартом, Лос-Аламосская национальная лаборатория, 2011