Берклий — синтетический химический элемент ; имеет символ Bk и атомный номер 97. Он является членом ряда актинидов и трансурановых элементов . Он назван в честь города Беркли, Калифорния , где находилась Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (тогда Радиационная лаборатория Калифорнийского университета ), где он был открыт в декабре 1949 года. Берклий был пятым трансурановым элементом, открытым после нептуния , плутония , кюрия и америция .
Основной изотоп берклия, 249 Bk, синтезируется в малых количествах в специализированных высокопоточных ядерных реакторах , в основном в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси , США, и в Научно-исследовательском институте атомных реакторов в Димитровграде, Россия . Самый долгоживущий и второй по важности изотоп, 247 Bk, может быть синтезирован путем облучения 244 Cm альфа-частицами высокой энергии .
С 1967 года в США было произведено чуть более одного грамма берклия. Практического применения берклия за пределами научных исследований, которые в основном направлены на синтез более тяжелых трансурановых элементов и сверхтяжелых элементов , не существует . 22-миллиграммовая партия берклия-249 была приготовлена в течение 250-дневного периода облучения, а затем очищена в течение дополнительных 90 дней в Ок-Ридже в 2009 году. Этот образец был использован для синтеза нового элемента теннессина в первый раз в 2009 году в Объединенном институте ядерных исследований , Россия , после того как он подвергался бомбардировке ионами кальция-48 в течение 150 дней. Это стало кульминацией российско-американского сотрудничества по синтезу самых тяжелых элементов в периодической таблице.
Берклий — мягкий, серебристо-белый, радиоактивный металл. Изотоп берклий-249 испускает электроны низкой энергии и, таким образом, относительно безопасен в обращении. Он распадается с периодом полураспада 330 дней до калифорния -249, который является сильным излучателем ионизирующих альфа-частиц. Это постепенное превращение является важным соображением при изучении свойств элементарного берклия и его химических соединений, поскольку образование калифорния приводит не только к химическому загрязнению, но и к эффектам свободных радикалов и самонагреванию от испускаемых альфа-частиц.
Берклий — мягкий, серебристо-белый, радиоактивный актиноидный металл. В периодической таблице он расположен справа от актинида кюрия , слева от актинида калифорния и ниже лантанида тербия , с которым он имеет много общего в физических и химических свойствах. Его плотность 14,78 г/см 3 находится между плотностями кюрия (13,52 г/см 3 ) и калифорния (15,1 г/см 3 ), как и его температура плавления 986 °C, ниже, чем у кюрия (1340 °C), но выше, чем у калифорния (900 °C). [5] Берклий относительно мягок и имеет один из самых низких модулей объемной упругости среди актинидов, около 20 ГПа (2 × 1010 Па). [6]
Ионы берклия(III) показывают два острых пика флуоресценции при 652 нанометрах (красный свет) и 742 нанометрах (темно-красный – ближний инфракрасный ) из-за внутренних переходов в оболочке f-электронов . Относительная интенсивность этих пиков зависит от мощности возбуждения и температуры образца. Это излучение можно наблюдать, например, после диспергирования ионов берклия в силикатном стекле, путем плавления стекла в присутствии оксида или галогенида берклия. [7] [8]
Между 70 К и комнатной температурой берклий ведет себя как парамагнитный материал Кюри-Вейсса с эффективным магнитным моментом 9,69 магнетон Бора (μ B ) и температурой Кюри 101 К. Этот магнитный момент почти равен теоретическому значению 9,72 μ B , рассчитанному в рамках простой атомной модели связи LS . При охлаждении примерно до 34 К берклий переходит в антиферромагнитное состояние. [9] Энтальпия растворения в соляной кислоте при стандартных условиях составляет −600 кДж/моль, из чего стандартная энтальпия образования (Δ f H °) водных ионов Bk 3+ получается как −601 кДж/моль. Стандартный электродный потенциал Bk 3+ /Bk составляет −2,01 В. [10] Потенциал ионизации нейтрального атома берклия составляет 6,23 эВ. [11]
При нормальных условиях берклий принимает свою наиболее стабильную α-форму, которая имеет гексагональную симметрию, пространственную группу P6 3 /mmc , параметры решетки 341 пм и 1107 пм. Кристалл имеет двойную гексагональную плотную упаковку со слоистой последовательностью ABAC и поэтому является изотипным (имеющим схожую структуру) с α-лантаном и α-формами актинидов за пределами кюрия. [12] Эта кристаллическая структура изменяется с давлением и температурой. При сжатии при комнатной температуре до 7 ГПа α-берклий переходит в β-модификацию, которая имеет гранецентрированную кубическую ( ГЦК ) симметрию и пространственную группу Fm 3 m . Этот переход происходит без изменения объема, но энтальпия увеличивается на 3,66 кДж/моль. [13] При дальнейшем сжатии до 25 ГПа берклий переходит в орторомбическую структуру γ-берклия, похожую на структуру α-урана. Этот переход сопровождается уменьшением объема на 12% и делокализацией электронов на электронной оболочке 5f . [14] Дальнейшие фазовые переходы не наблюдаются вплоть до 57 ГПа. [6] [15]
При нагревании α-берклий переходит в другую фазу с решеткой ГЦК (но немного отличающуюся от β-берклия), пространственной группой Fm 3 m и постоянной решетки 500 пм; эта структура ГЦК эквивалентна плотнейшей упаковке с последовательностью ABC. Эта фаза метастабильна и постепенно возвращается к исходной фазе α-берклия при комнатной температуре . [12] Считается, что температура фазового перехода довольно близка к точке плавления. [16] [17] [18]
Как и все актиниды , берклий растворяется в различных водных неорганических кислотах, выделяя газообразный водород и переходя в состояние берклия(III). Это трехвалентное состояние окисления (+3) является наиболее стабильным, особенно в водных растворах, [19] [20] но известны также четырехвалентные (+4), [21] пятивалентные (+5), [22] и, возможно, двухвалентные (+2) соединения берклия. Существование солей двухвалентного берклия неопределенно и было описано только в смешанных расплавах хлорида лантана(III) - хлорида стронция . [23] [24] Аналогичное поведение наблюдается для лантаноидного аналога берклия, тербия . [25] Водные растворы ионов Bk 3+ имеют зеленый цвет в большинстве кислот. Цвет ионов Bk 4+ желтый в соляной кислоте и оранжево-желтый в серной кислоте . [23] [26] [27] Берклий не реагирует быстро с кислородом при комнатной температуре, возможно, из-за образования защитного оксидного слоя на поверхности. Однако он реагирует с расплавленными металлами, водородом , галогенами , халькогенами и пниктогенами , образуя различные бинарные соединения. [9] [16]
Были охарактеризованы девятнадцать изотопов и шесть ядерных изомеров (возбужденных состояний изотопа) берклия с массовыми числами от 233 до 253 (кроме 235 и 237). [28] Все они радиоактивны. Самые длинные периоды полураспада наблюдаются у 247 Bk (1380 лет), 248 Bk (более 300 лет) и 249 Bk (330 дней); периоды полураспада других изотопов составляют от микросекунд до нескольких дней. Изотоп, который легче всего синтезировать, — это берклий-249. Он испускает в основном мягкие β-частицы , которые неудобны для обнаружения. Его альфа-излучение довольно слабое (1,45 × 10−3 %) относительно β-излучения, но иногда используется для обнаружения этого изотопа. Второй важный изотоп берклия, берклий-247, является альфа-излучателем, как и большинство изотопов актинидов. [28] [29]
Все изотопы берклия имеют период полураспада, слишком короткий, чтобы быть первичными . Поэтому любой первичный берклий — то есть берклий, присутствовавший на Земле во время ее формирования — к настоящему времени распался.
На Земле берклий в основном сконцентрирован в определенных областях, которые использовались для атмосферных испытаний ядерного оружия между 1945 и 1980 годами, а также в местах ядерных инцидентов, таких как катастрофа на Чернобыльской АЭС , авария на Три-Майл-Айленде и крушение B-52 на авиабазе Туле в 1968 году . Анализ обломков на полигоне испытаний первого термоядерного оружия Соединенных Штатов , Айви Майк , (1 ноября 1952 года, атолл Эниветок ), выявил высокие концентрации различных актинидов, включая берклий. По соображениям военной секретности этот результат не был опубликован до 1956 года. [30]
Ядерные реакторы производят в основном среди изотопов берклия берклий-249. Во время хранения и перед утилизацией топлива большая его часть бета-распадается до калифорния-249. Последний имеет период полураспада 351 год, что относительно долго по сравнению с периодами полураспада других изотопов, производимых в реакторе, [31] и поэтому нежелателен в продуктах утилизации.
Трансурановые элементы от америция до фермия , включая берклий, встречались в природе в естественном ядерном реакторе деления в Окло , но больше там не встречаются. [32]
Берклий также является одним из элементов, которые теоретически были обнаружены в звезде Пшибыльского . [33]
Хотя очень небольшие количества берклия, возможно, были получены в предыдущих ядерных экспериментах, он был впервые намеренно синтезирован , выделен и идентифицирован в декабре 1949 года Гленном Т. Сиборгом , Альбертом Гиорсо , Стэнли Джеральдом Томпсоном и Кеннетом Стритом-младшим. Они использовали 60-дюймовый циклотрон в Калифорнийском университете в Беркли . Подобно почти одновременному открытию америция (элемент 95) и кюрия (элемент 96) в 1944 году, новые элементы берклий и калифорний (элемент 98) были получены в 1949–1950 годах. [25] [34] [35] [36] [37]
Выбор названия для элемента 97 следовал предыдущей традиции калифорнийской группы проводить аналогию между недавно открытым актиноидом и элементом лантаноидом , расположенным над ним в периодической таблице . Ранее америций был назван в честь континента, как его аналог европий , а кюрий был назван в честь ученых Марии и Пьера Кюри, поскольку лантаноид над ним, гадолиний , был назван в честь исследователя редкоземельных элементов Йохана Гадолина . Таким образом, отчет об открытии группы из Беркли гласит: «Предлагается дать элементу 97 название берклий (символ Bk) в честь города Беркли способом, аналогичным тому, который использовался при наименовании его химического гомолога тербия (атомный номер 65), чье название произошло от города Иттербю , Швеция , где впервые были обнаружены редкоземельные минералы». [35] Эта традиция закончилась на берклии, хотя название следующего открытого актинида, калифорния , было связано не с его лантаноидным аналогом диспрозием , а с местом открытия. [38]
Самыми сложными этапами синтеза берклия были его отделение от конечных продуктов и производство достаточного количества америция для целевого материала. Сначала раствор нитрата америция ( 241 Am ) наносили на платиновую фольгу, раствор выпаривали, а остаток путем отжига превращали в диоксид америция ( AmO 2 ). Эта мишень облучалась альфа-частицами с энергией 35 МэВ в течение 6 часов в 60-дюймовом циклотроне в Радиационной лаборатории Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли. Реакция (α,2n), вызванная облучением, давала изотоп 243 Bk и два свободных нейтрона : [35]
После облучения покрытие растворяли азотной кислотой , а затем осаждали в виде гидроксида с использованием концентрированного водного раствора аммиака . Продукт центрифугировали и повторно растворяли в азотной кислоте. Чтобы отделить берклий от непрореагировавшего америция, этот раствор добавляли к смеси аммония и сульфата аммония и нагревали для перевода всего растворенного америция в степень окисления +6. Неокисленный остаточный америций осаждали добавлением плавиковой кислоты в виде фторида америция(III) ( AmF3 ). Этот шаг давал смесь сопутствующего продукта кюрия и ожидаемого элемента 97 в виде трифторидов. Смесь переводили в соответствующие гидроксиды путем обработки ее гидроксидом калия , и после центрифугирования растворяли в хлорной кислоте . [35]
Дальнейшее разделение проводилось в присутствии буферного раствора лимонной кислоты / аммония в слабокислой среде ( pH ≈3,5) с использованием ионного обмена при повышенной температуре. В то время поведение хроматографического разделения для элемента 97 было неизвестно, но предполагалось по аналогии с тербием. Первые результаты оказались разочаровывающими, поскольку не удалось обнаружить никаких признаков испускания альфа-частиц из продукта элюирования. При дальнейшем анализе, поиске характеристических рентгеновских лучей и сигналов конверсионных электронов , в конечном итоге был обнаружен изотоп берклия. Его массовое число было неопределенным между 243 и 244 в первоначальном отчете [25] , но позже было установлено как 243. [35]
Берклий производится путем бомбардировки более легких актинидов урана ( 238 U) или плутония ( 239 Pu) нейтронами в ядерном реакторе . В более распространенном случае уранового топлива плутоний производится сначала путем захвата нейтронов (так называемая (n,γ) реакция или нейтронный синтез), за которым следует бета-распад: [39]
Плутоний-239 далее облучается источником, который имеет высокий поток нейтронов , в несколько раз выше, чем у обычного ядерного реактора, например, 85-мегаваттного высокопоточного изотопного реактора (HFIR) в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси, США. Более высокий поток способствует реакциям синтеза, в которых участвует не один, а несколько нейтронов, преобразуя 239 Pu в 244 Cm, а затем в 249 Cm:
Кюрий-249 имеет короткий период полураспада 64 минуты, и поэтому его дальнейшее превращение в 250 Cm имеет низкую вероятность. Вместо этого он трансформируется путем бета-распада в 249 Bk: [28]
Полученный таким образом 249 Bk имеет длительный период полураспада 330 дней и, таким образом, может захватить еще один нейтрон. Однако продукт, 250 Bk, снова имеет относительно короткий период полураспада 3,212 часа и, таким образом, не дает более тяжелых изотопов берклия. Вместо этого он распадается на изотоп калифорния 250 Cf: [40] [41]
Хотя 247 Bk является наиболее стабильным изотопом берклия, его производство в ядерных реакторах очень затруднено, поскольку его потенциальный предшественник 247 Cm никогда не подвергался бета-распаду. [42] Таким образом, 249 Bk является наиболее доступным изотопом берклия, который до сих пор доступен только в небольших количествах (в США за период с 1967 по 1983 год было произведено всего 0,66 грамма [43] ) по высокой цене порядка 185 долларов США за микрограмм. [5] Это единственный изотоп берклия, доступный в больших количествах, и, следовательно, единственный изотоп берклия, свойства которого можно подробно изучить. [44]
Изотоп 248 Bk был впервые получен в 1956 году путем бомбардировки смеси изотопов кюрия α-частицами с энергией 25 МэВ. Хотя его прямое обнаружение было затруднено сильной интерференцией сигнала с 245 Bk, существование нового изотопа было доказано ростом продукта распада 248 Cf, который был ранее охарактеризован. Период полураспада 248 Bk был оценен как23 ± 5 часов, [45] хотя более поздняя работа 1965 года дала период полураспада более 300 лет (что может быть связано с изомерным состоянием). [46] Берклий-247 был получен в том же году путем облучения 244 Cm альфа-частицами: [47]
Берклий-242 был синтезирован в 1979 году путем бомбардировки 235 U с 11 B, 238 U с 10 B, 232 Th с 14 N или 232 Th с 15 N. Он преобразуется путем захвата электронов в 242 Cm с периодом полураспада7,0 ± 1,3 минуты. Поиск изначально предполагаемого изотопа 241 Bk оказался безуспешным; [48] 241 Bk с тех пор был синтезирован. [49]
Тот факт, что берклий легко принимает степень окисления +4 в твердых телах и относительно стабилен в этом состоянии в жидкостях, значительно способствует отделению берклия от многих других актинидов. Они неизбежно производятся в относительно больших количествах во время ядерного синтеза и часто благоприятствуют состоянию +3. Этот факт еще не был известен в первоначальных экспериментах, в которых использовалась более сложная процедура разделения. Различные неорганические окислители могут быть применены к растворам берклия(III) для перевода его в состояние +4, например, броматы ( BrO−3), висмутаты ( BiO−3), хроматы ( CrO2−4и Cr2O2−7), тиолята серебра (I) ( Ag 2 S 2 O 8 ), оксида свинца (IV) ( PbO 2 ), озона ( O 3 ) или фотохимических окислительных процедур. Совсем недавно было обнаружено, что некоторые органические и био-вдохновленные молекулы, такие как хелатор, называемый 3,4,3-LI(1,2-HOPO), также могут окислять Bk (III) и стабилизировать Bk (IV) в мягких условиях. [21] Затем берклий (IV) извлекается с помощью ионного обмена , экстракционной хроматографии или жидкостно-жидкостной экстракции с использованием HDEHP (бис-(2-этилгексил) фосфорной кислоты), аминов , трибутилфосфата или различных других реагентов. Эти процедуры отделяют берклий от большинства трехвалентных актинидов и лантаноидов , за исключением лантаноида церия (лантаноиды отсутствуют в мишени облучения, но создаются в различных цепях распада ядерного деления ). [50]
Более подробная процедура, принятая в Национальной лаборатории Оук-Ридж, была следующей: исходная смесь актинидов обрабатывается ионным обменом с использованием реагента хлорида лития , затем осаждается в виде гидроксидов , фильтруется и растворяется в азотной кислоте. Затем она обрабатывается элюированием под высоким давлением из катионообменных смол , а фаза берклия окисляется и извлекается с использованием одной из процедур, описанных выше. [50] Восстановление полученного таким образом берклия(IV) до степени окисления +3 дает раствор, который почти свободен от других актинидов (но содержит церий). Затем берклий и церий разделяются с помощью еще одного цикла ионообменной обработки. [51]
Для того чтобы охарактеризовать химические и физические свойства твердого берклия и его соединений, в 1952 году была начата программа на испытательном реакторе материалов в Арко , штат Айдахо , США. Она привела к изготовлению восьмиграммовой мишени из плутония-239 и первому производству макроскопических количеств (0,6 микрограмма) берклия Беррисом Б. Каннингемом и Стэнли Джеральдом Томпсоном в 1958 году после непрерывного облучения этой мишени в реакторе в течение шести лет. [43] [52] Этот метод облучения был и остается единственным способом получения взвешенных количеств элемента, и большинство исследований твердого тела берклия проводились на образцах размером микрограмм или субмикрограмм. [16] [53]
Основными мировыми источниками облучения являются 85-мегаваттный высокопоточный изотопный реактор в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси, США, [54] и петлевой реактор СМ-2 в Научно-исследовательском институте атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде, Россия , [55], которые оба предназначены для производства транскюриевых элементов (атомный номер больше 96). Эти объекты имеют схожие уровни мощности и потока и, как ожидается, будут иметь сопоставимые производственные мощности для транскюриевых элементов, [56] хотя количества, произведенные в НИИАР, публично не сообщаются. В «типичной кампании по переработке» в Окридже десятки граммов кюрия облучаются для получения дециграммовых количеств калифорния , миллиграммовых количеств берклия-249 и эйнштейния и пикограммовых количеств фермия . [57] [58] Всего с 1967 года в Ок-Ридже было произведено чуть более одного грамма берклия-249. [16]
Первый образец металлического берклия весом 1,7 микрограмма был получен в 1971 году путем восстановления фторида берклия(III) парами лития при 1000 °C; фторид был подвешен на вольфрамовой проволоке над тиглем из тантала, содержащим расплавленный литий. Позднее этим методом были получены образцы металла весом до 0,5 миллиграмма. [12] [59]
Аналогичные результаты получены с фторидом берклия(IV). [14] Металлический берклий также может быть получен восстановлением оксида берклия(IV) торием или лантаном . [59] [60]
Известны два оксида берклия со степенью окисления берклия +3 ( Bk 2 O 3 ) и +4 ( BkO 2 ). [61] Оксид берклия(IV) представляет собой коричневое твердое вещество, [62] тогда как оксид берклия(III) представляет собой желто-зеленое твердое вещество с температурой плавления 1920 °C [63] [62] и образуется из BkO 2 путем восстановления молекулярным водородом :
При нагревании до 1200 °C оксид Bk 2 O 3 претерпевает фазовый переход; он претерпевает еще один фазовый переход при 1750 °C. Такое трехфазное поведение типично для полуторных оксидов актинидов . Оксид берклия (II), BkO, был описан как хрупкое серое твердое вещество, но его точный химический состав остается неопределенным. [64]
В галогенидах берклий принимает степени окисления +3 и +4. [ 65] Состояние +3 является наиболее стабильным, особенно в растворах, в то время как четырехвалентные галогениды BkF4 и Cs2BkCl6 известны только в твердой фазе. [66] Координация атома берклия в его трехвалентном фториде и хлориде является трехшапочной тригонально - призматической с координационным числом 9. В трехвалентном бромиде она является двухшапочной тригонально-призматической (координация 8) или октаэдрической (координация 6), [67] , а в иодиде она является октаэдрической. [68]
Фторид берклия(IV) ( BkF 4 ) представляет собой желто-зеленое ионное твердое вещество и изотипичен тетрафториду урана или тетрафториду циркония . [69] [71] [72] Фторид берклия(III) ( BkF 3 ) также является желто-зеленым твердым веществом, но имеет две кристаллические структуры. Наиболее стабильная фаза при низких температурах изотипична фториду иттрия(III) , тогда как при нагревании до температуры от 350 до 600 °C она переходит в структуру, обнаруженную в трифториде лантана . [69] [71] [73]
Видимые количества хлорида берклия(III) ( BkCl 3 ) были впервые выделены и охарактеризованы в 1962 году и весили всего 3 миллиардных грамма . Его можно приготовить, введя пары хлористого водорода в откачанную кварцевую трубку, содержащую оксид берклия при температуре около 500 °C. [74] Это зеленое твердое вещество имеет температуру плавления 600 °C, [65] и является изотипичным с хлоридом урана(III) . [75] [76] При нагревании почти до точки плавления BkCl 3 переходит в орторомбическую фазу. [77]
Известны две формы бромида берклия(III): одна с берклием, имеющим координацию 6, и одна с координацией 8. [53] Последняя менее стабильна и переходит в первую фазу при нагревании примерно до 350 °C. Важное явление для радиоактивных твердых веществ было изучено на этих двух кристаллических формах: структура свежих и выдержанных образцов 249 BkBr 3 исследовалась с помощью рентгеновской дифракции в течение периода, превышающего 3 года, так что различные фракции берклия-249 бета-распались до калифорния-249. Никаких изменений в структуре не наблюдалось при превращении 249 BkBr 3 — 249 CfBr 3. Однако были отмечены другие различия для 249 BkBr 3 и 249 CfBr 3 . Например, последний может быть восстановлен водородом до 249 CfBr 2 , но первый не может - этот результат был воспроизведен на отдельных образцах 249 BkBr 3 и 249 CfBr 3 , а также на образцах, содержащих оба бромида. [67] Срастание калифорния с берклием происходит со скоростью 0,22% в день и является внутренним препятствием при изучении свойств берклия. Помимо химического загрязнения, 249 Cf, будучи альфа-излучателем, вызывает нежелательное самоповреждение кристаллической решетки и, как следствие, самонагревание. Однако химического эффекта можно избежать, выполняя измерения как функцию времени и экстраполируя полученные результаты. [66]
Пниктиды берклия-249 типа BkX известны для элементов азота , [78] фосфора , мышьяка и сурьмы . Они кристаллизуются в структуре каменной соли и готовятся реакцией либо гидрида берклия(III) ( BkH 3 ) , либо металлического берклия с этими элементами при повышенной температуре (около 600 °C) в условиях высокого вакуума. [79]
Берклий(III) сульфид, Bk 2 S 3 , получают либо обработкой оксида берклия смесью паров сероводорода и дисульфида углерода при 1130 °C, либо прямой реакцией металлического берклия с элементарной серой. Эти процедуры дают коричневато-черные кристаллы. [80]
Гидроксиды берклия(III) и берклия( IV ) оба стабильны в 1 молярных растворах гидроксида натрия . Фосфат берклия(III) ( BkPO4 ) был получен в виде твердого вещества, которое демонстрирует сильную флуоресценцию при возбуждении зеленым светом. [81] Гидриды берклия получают путем реакции металла с водородом при температуре около 250 °C. [78] Они нестехиометричны с номинальной формулой BkH
2+ х(0 < x < 1). [80] Известно несколько других солей берклия, включая оксисульфид ( Bk 2 O 2 S ) и гидратированный нитрат ( Bk(NO
3)
3·4Ч
2O ), хлорид ( BkCl
3·6H
2O ), сульфат ( Bk
2(ТАК
4)
3·12ч
2O ) и оксалат ( Bk
2(С)
2О
4)
3·4Ч
2O ). [66] Термическое разложение при температуре около 600 °C в атмосфере аргона (чтобы избежать окисления до BkO 2 ) Bk
2(ТАК
4)
3·12ч
2O дает кристаллы оксисульфата берклия(III) ( Bk 2 O 2 SO 4 ). Это соединение термически стабильно до температуры не менее 1000 °C в инертной атмосфере. [82]
Берклий образует тригональный (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk металлоценовый комплекс с тремя циклопентадиенильными кольцами, который может быть синтезирован путем реакции хлорида берклия(III) с расплавленным бериллоценом ( Be(C 5 H 5 ) 2 ) при температуре около 70 °C. Он имеет янтарный цвет и плотность 2,47 г/см 3 . Комплекс стабилен при нагревании по крайней мере до 250 °C и сублимируется без плавления при температуре около 350 °C. Высокая радиоактивность берклия постепенно разрушает соединение (в течение нескольких недель). [74] [83] Одно циклопентадиенильное кольцо в (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk может быть замещено хлором с получением [Bk(C 5 H 5 ) 2 Cl] 2 . Спектры оптического поглощения этого соединения очень похожи на спектры (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk. [84]
В настоящее время нет никакого применения для любого изотопа берклия за пределами фундаментальных научных исследований. [16] Берклий-249 является распространенным целевым нуклидом для получения еще более тяжелых трансурановых элементов и сверхтяжелых элементов , [86] таких как лоуренсий , резерфордий и борий . [16] Он также полезен в качестве источника изотопа калифорний-249, который используется для исследований химии калифорния вместо более радиоактивного калифорния-252, который производится на установках нейтронной бомбардировки, таких как HFIR. [16] [87]
22-миллиграммовая партия берклия-249 была приготовлена в течение 250 дней облучения и затем очищена в течение 90 дней в Ок-Ридже в 2009 году. Эта мишень дала первые 6 атомов теннессина в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ), Дубна , Россия, после бомбардировки ее ионами кальция в циклотроне У400 в течение 150 дней. Этот синтез стал кульминацией российско-американского сотрудничества между ОИЯИ и Ливерморской национальной лабораторией имени Лоуренса по синтезу элементов 113-118, которое было начато в 1989 году. [88] [89]
Свойства ядерного деления берклия отличаются от свойств соседних актинидов кюрия и калифорния, и они предполагают, что берклий плохо работает в качестве топлива в ядерном реакторе. В частности, берклий-249 имеет умеренно большое сечение захвата нейтронов 710 барн для тепловых нейтронов , резонансный интеграл 1200 барн , но очень низкое сечение деления для тепловых нейтронов. В тепловом реакторе большая его часть будет поэтому преобразована в берклий-250, который быстро распадается до калифорния-250. [90] [91] [92] В принципе, берклий-249 может поддерживать ядерную цепную реакцию в быстром реакторе-размножителе . Его критическая масса относительно высока и составляет 192 кг, что может быть уменьшено с помощью водяного или стального отражателя, но все равно превысит мировое производство этого изотопа. [93]
Берклий-247 может поддерживать цепную реакцию как в реакторе на тепловых нейтронах, так и в реакторе на быстрых нейтронах, однако его производство довольно сложно, и поэтому доступность намного ниже его критической массы, которая составляет около 75,7 кг для голой сферы, 41,2 кг с водяным отражателем и 35,2 кг со стальным отражателем (толщиной 30 см). [93]
Мало что известно о влиянии берклия на организм человека, и аналогии с другими элементами не могут быть проведены из-за различных продуктов излучения ( электроны для берклия и альфа-частицы , нейтроны или и то, и другое для большинства других актинидов). Низкая энергия электронов, испускаемых берклием-249 (менее 126 кэВ), затрудняет его обнаружение из-за помех сигнала с другими процессами распада, но также делает этот изотоп относительно безвредным для человека по сравнению с другими актинидами. Однако берклий-249 превращается с периодом полураспада всего 330 дней в сильный альфа-излучатель калифорний-249, который довольно опасен и с которым нужно работать в перчаточном боксе в специальной лаборатории. [94]
Большинство имеющихся данных о токсичности берклиума получены в ходе исследований на животных. При попадании внутрь крыс только около 0,01% берклиума попадает в кровоток. Оттуда около 65% поступает в кости, где он остается около 50 лет, 25% — в легкие (биологический период полураспада около 20 лет), 0,035% — в яички или 0,01% — в яичники, где берклий остается неопределенно долго. Остаток в размере около 10% выводится. [95] Во всех этих органах берклий может способствовать развитию рака, а в скелете его излучение может повредить эритроциты. Максимально допустимое количество берклия-249 в скелете человека составляет 0,4 нанограмма . [5] [96]
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )