锫

物理特性

锫是一种柔软的银白色放射性锕系金属，在元素周期表中位于锔之右，锎之左，镧系元素铽之下。锫的许多物理和化学特性与铽相似。锫的密度为14.78 g/cm³，介乎锔（13.52 g/cm³）和锎（15.1 g/cm³）之间；其熔点（986 °C）也低于锔（1340 °C），高于锎（900 °C）。锫的体积模量是锕系元素中相对较低的，大约为20 GPa（2×10¹⁰Pa）。
由于f轨道电子的内部跃迁，Bk³⁺离子会发出萤光，峰值在652纳米（红光）和742纳米（深红光，近红外线）波长处。激发功率和样本的温度会影响这两个峰值的相对亮度。要观察到这一萤光现象，可以把硅酸盐玻璃连同氧化锫或卤化锫一起加热，使锫离子在熔化了的玻璃中分散。
当温度介乎70 K和室温之间时，锫呈居里外斯顺磁性，实际磁矩为9.69玻尔磁子（µB），居里温度为101 K。实际磁矩值几乎与简单原子L-S耦合模型计算出的理论值9.72 µB相同。当温度降到大约34 K的时候，锫会转为呈反铁磁性。锫在标准状态下在氢氯酸中的溶解焓为−600 kJ/mol⁻¹，并可依此推算出水溶Bk³⁺离子的标准生成焓（ΔfH°）为−601 kJ/mol⁻¹。Bk³⁺与Bk⁰间的标准电极电势为−2.01 V。中性锫原子的电离电势为6.23 eV。

同素异形体

在一般情况下，锫的结构是最稳定的α型。该结构呈六方对称形，空间群为P6₃/mmc，晶格参数分别为341 pm和1107 pm。该晶体有着双六方密排结构，层序为ABAC，因此它与α-镧和锔以后的锕系元素的α型晶体同型（具有相似的结构）。这种结构随着压力和温度而变化。在室温下压缩到7 GPa时，α-锫会转变为β型，该结构属于面心立方（fcc）对称型，空间群为Fm3m。这种结构转变不会使体积产生变化，但其焓会增加3.66 kJ/mol。当继续加压到25 GPa时，锫更会转变为属于正交晶系的γ型结构，与α-铀相似。转变后的体积会增加12%，并使5f壳层电子离域。直到57 GPa锫都不会再进行相变。
加热后，α-锫会变为面心立方结构（但与β-锫稍有不同），空间群为Fm3m，晶格常数为500 pm。这种结构和层序为ABC的密排结构相同。这是一种亚稳态，并会在室温下缓慢地变回α-锫。科学家认为这一相变发生时的温度与锫的熔点非常相近。

化学特性

和所有锕系元素一样，锫可溶于各种无机酸溶液中，并在转化为Bk³⁺时释放氢气。这种三价氧化态（+3）特别在水溶液中最为稳定，但另外也存在四价（+4）的锫化合物。二价（+2）锫化合物也有可能存在，但目前仍不确定。锫的镧系同位素铽也有类似的特性。Bk⁴⁺在多数酸溶液中都呈绿色，Bk⁴⁺则在氢氯酸中呈黄色，并在硫酸中呈橘黄色。锫在室温下不会与氧发生剧烈反应，这可能是因为它的表面形成了氧化物保护层。另外，锫会与熔化了的金属、氢、各种卤素、氧族元素和氮族元素反应，形成各类二元化合物。

同位素

目前已知属性的锫同位素共有20中，同核异构体共6种，质量数从235到254不等，全都具有放射性。半衰期最长的有²⁴⁷Bk（1,380年）、²⁴⁸Bk（9年）和²⁴⁹Bk（330天）。其余的同位素半衰期从几微秒到几天不等。锫-249是所有同位素中最容易合成的。它主要释放软β粒子，因此较容易被探测到。锫-249的α辐射非常弱，只有其β辐射的1.45×10⁻³%，但也被用于探测该同位素。第二重要的锫同位素是锫-247，它像大部分锕系元素的同位素一样会释放α粒子。

存量

由于所有锫同位素的半衰期都在1,380年以下，远远不足以从地球形成时（数十亿年前）存留至今。因此所有的原始锫元素（地球形成时存在的锫）至今都已衰变殆尽了。
在地球上，锫主要集聚在几处曾在1945至1980年用于进行核试验的地点，以及一些核事故地点，如切尔诺贝尔核事故、三哩岛核泄漏事故和1968年图勒空军基地B-52坠毁事件等的发生地点。1952年11月1日，美国在埃内韦塔克环礁引爆了代号为常春藤麦克的氢弹。分析显示，爆炸碎片中含有高浓度的各种锕系元素，其中也包括了锫。由于正值冷战，研究结果起初被军方列为机密，直到1956年才被发布。
利用核反应堆产生的锫同位素主要是锫-249。在储存和运载时，大部分的锫会经β衰变变为锎-249。锎-249的半衰期为351年，相对其他在反应堆中产生的同位素来说相当长，
在含铀量很高的矿藏中，中子捕获和β衰变可以产生几个锫元素的原子，因此锫是自然产生的元素中最罕见的。

分离

锫在液体中有着较稳定的+4氧化态，因此要把锫从别的锕系元素中分离出来会较为简单。核合成会产生大量的锕系元素副产品，这些元素的氧化态主要为+3。在最初进行的实验当中，科学家没有用到这一分离法，而是使用了一种相对复杂的过程。三价锫离子可以被氧化为+4态，可用的氧化剂包括溴酸盐（BrO³⁻）、铋酸盐（BiO³⁻）、铬酸盐（CrO2−
4和Cr
2O2−
7）、硫醇银(I)（Ag₂S₂O₈）、二氧化铅（PbO₂）和臭氧（O₃）等，另也可用光化学氧化过程。制成的四价锫离子再通过离子交换层析法或液态-液态提取法分离出来。液态-液态提取法可使用HDEHP（二(2-乙基已基)膦酸）、各种胺、磷酸三丁酯或其他的各种试剂。这些过程都能将锫从多数三价的锕系元素和镧系元素中分离出来，但铈除外。（镧系元素并不是离子照射后的产物，而是在各种核裂变衰变链中产生的。）
橡树岭国家实验室采用的方法如下：先用氯化锂作为试剂对最初的锕系元素混合物进行离子交换法，再将其沉淀为氢氧化物，过滤后溶解在硝酸中。然后用正离子交换树脂对该溶液进行高压洗提，其中的锫再经由以上的任一方法氧化并提取出来。这个溶液当中几乎没有任何其他的锕系元素（但仍含铈）。把Bk⁴⁺还原为Bk³⁺之后，可再次用离子交换法把锫从铈中分离出去。

其他无机化合物

锫-249可以和氮、磷、硒和锑分别形成BkX型的化合物。这些化合物的晶体结构属于立方晶系，可在高温（约600 °C）、高真空环境下使三氢化锫（BkH₃）或锫金属与这些元素反应而制得。
三硫化二锫（Bk₂S₃）是一种棕黑色晶体。在1130 °C使氧化锫与硫化氢和二硫化碳的气态混合物反应，或使锫金属直接和硫反应，都可以形成三硫化二锫。
在1摩尔浓度的氢氧化钠溶液中，氢氧化锫(III)和氢氧化锫(IV)都是稳定的。磷酸锫(III)（BkPO₄）是一种固体，并在绿光照射下会有强烈的萤光反应。要制备氢化锫，须使锫金属和氢气在大约250 °C的温度下反应。氢化锫的化学式中，氢的系数不是整数：BkH₂₊ₓ（0 < x < 1）。锫还有几种其他的盐，包括硫氧化锫（Bk₂O₂S）以及水合硝酸锫（Bk(NO₃)₃·4H₂O）、水合氯化锫（BkCl₃·6H₂O）、水合硫酸锫（Bk₂(SO₄)₃·12H₂O）和水合草酸锫（Bk₂(C₂O₄)₃·4H₂O）。Bk₂(SO₄)₃·12H₂O在600 °C温度下于氩气中（为避免氧化成BkO₂）经热分解后，会产生硫氧化锫(III)晶体（Bk₂O₂SO₄）。该化合物在惰性环境里在1000 °C以下不会热分解。

有机化合物

锫能形成三角型(η⁵–C₅H₅)₃Bk茂金属，含有三个环戊二烯基团。合成方法是在70 °C下使三氯化锫与熔化了的二茂铍（Be(C₅H₅)₂）反应。该化合物呈琥珀色，密度为2.47 g/cm³，在250 °C以下不会热分解，并在大约350 °C升华。由于锫具有高放射性，所以这种化合物在几个星期之内便会自我破坏。(η⁵–C₅H₅)₃Bk当中的一个环戊二烯基可以被取代为氯原子，形成[Bk(C₅H₅)₂Cl]₂。该化合物的吸收光谱与(η⁵–C₅H₅)₃Bk的相似。

应用

目前锫在基础科学研究之外没有实际的用途。锫-249常被用于制备更重的超铀元素和超锕系元素，如铹、𬬻和𬭛。它也可以被用于制造锎-249。对锎的化学研究常用到锎-249，以取代放射性更强、须用中子撞击产生的锎-252同位素。
美国和俄罗斯从1989年起开始合作合成113至118号元素。橡树岭国家实验室于2009年在进行250天长的粒子照射后，产生了22毫克的锫-249。该样本被送往位于俄罗斯杜布纳的联合核研究所（JINR），并在U400回旋加速器中经钙离子撞击150天后，首次产生了共6颗的Ts原子。

核燃料循环

锫的核裂变属性与其邻近的锕系元素不同，这使锫不能成为一种有效的核反应燃料。锫-249的热中子捕获截面较大（710靶恩），共振积分为1200靶恩，但热中子裂变截面却很低。因此在热核反应堆中，大部分的锫-249会转变为锫-250，再迅速衰变为锎-250。理论上，锫-249可以在快中子增殖反应堆中维持核链反应。其临界质量较高，有192 kg。利用水或钢反射器，可以降低临界质量，但仍然会大大超出锫在全球的总产量。
锫-247在热中子反应堆和快中子反应堆中都能够维持核链反应，但由于制造方法繁复，其产量远低于临界质量。球体锫-247的临界质量为75.7 kg，加上水反射器后为41.2 kg，用钢反射器（厚30 cm）的话，则为35.2 kg。

安全

科学家并不了解锫会对人的身体有何影响，而且无法拿其他元素借鉴，因为锫的辐射产物很不同（锫释放电子，而大部分其他锕系元素则释放α粒子和中子）。锫-249所释放的电子能量颇低（不足126 keV），在其他衰变发生的同时，信号受到干扰而无法被探测到，因此相比其他锕系元素，它对人体相对无害。不过，锫-249会变为释放大量α粒子的锎-249同位素，半衰期只有330天。锎-249非常危险，必须在特殊的实验室里，在手套箱内处理。
大部分有关锫的毒性的数据都是来自于动物实验的。当老鼠进食锫之后，大约只有0.01%的锫元素会进入血液。血液中的锫有65%进入骨骼，并存留约50年；25%进入肺部（生物半衰期约为20年）；0.035%进入睾丸或0.01%进入卵巢，并永久存留；约10%排出体外。锫在以上的器官内都可以致癌，而在骨骼系统内，它还会破坏红血球。人类骨骼里锫-249的量的允许上限为0.4纳克。