Berkelium

Berkelium on keinotekoinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Bk () ja järjestysluku 97. Berkelium on erittäin radioaktiivinen aktinoideihin kuuluva transuraaninen alkuaine. Se on pehmeää, vaaleaa tai harmahtavaa metallia. Sitä ei esiinny luonnossa. Berkelium oli viides löydetty transuraani neptuniumin, plutoniumin, curiumin ja amerikiumin jälkeen.

Berkelium on saanut nimensä kalifornialaisen Berkeleyn kaupungin mukaan. Glenn T. Seaborg, Stanley G. Thompson ja Albert Ghiorso valmistivat berkeliumia ensimmäisen kerran joulukuussa 1949 Kalifornian yliopistossa, Berkeleyssä. Löytö tehtiin pommittamalla amerikiumia alfahiukkasilla.Hobart & Peterson s. 1444 Löytämistä seuranneiden 65 vuoden aikana berkeliumia syntetisoitiin vain alle yhden gramman verran.

Alkuaineen pysyvin isotooppi on 247Bk, jonka puoliintumisaika on 1 380 vuotta. Se on kuitenkin harvinaista. Mitattavia määriä berkeliumia on valmistettu isotooppina 249Bk (puoliintumisaika 330 päivää), mikä on tehnyt mahdolliseksi sen joidenkin ominaisuuksien määrittelyn. Toiseksi tärkeintä isotooppia 247Bk valmistetaan säteilyttämällä curiumin isotooppia 244Cm korkea-energisillä alfahiukkasilla.Hobart & Peterson, s. 1445

 Fysikaaliset ominaisuudet 
Berkeliumilla on ainakin kolme allotrooppista muotoa, joista α-Bk ja β-Bk ovat tavallisemmat ja joista α-Bk on vakain huoneenlämpötilassa. Sen alkeiskoppi on heksagonaalinen tiivispakkaus (dhcp, avaruusryhmä P63/mmc, hilavakiot a = 341 pm ja c = 1 107 pm), joka on samanlainen kuin α-curiumilla ja α-lantaanilla. Paineen kasvaessa 8 gigapascalin yli, edelleen huoneenlämpötilassa, α-Bk muuttuu β-Bk-muodoksi. Tällä on pintakeskinen kuutiollinen symmetria (fcc, avaruusryhmä Fm3m ja hilavakio a = 499 pm). Jos berkeliumia kompressoidaan yli 22 GPa paineeseen (32 GPa joissain raporteissa), se muuttuu ortorombiseksi γ-berkeliumiksi, joka muistuttaa rakenteeltaan α-uraania.Hobart & Peterson s. 1458 Berkeliumin kimmomoduuli tämän muutospaineen 22 GPa alapuolella on noin 30 GPa, mutta normaalipaineessa α-Bk-muodolle on raportoitu kimmomoduuliksi 52 GPa.

Berkeliumin tiheys 14,78 g/cm3 (α-Bk-muodolle)Hobart & Peterson, s. 1458 on curiumin (13,5 g/cm3) ja kaliforniumin (15,1 g/cm3) tiheyksien välissä, kuten myös sen sulamispiste 986 ± 25 °CHobart & Peterson, s. 1458 on alle curiumin sulamispisteen (1 340 °C), mutta korkeampi kuin kaliforniumilla (900 °C). Kiehumispiste on 2 627 ± 50 °C.Hobart & Peterson, s. 1458 Berkelium on sangen pehmeää metallia ja väriltään valkoista tai harmahtavaa.

Berkelium on tavallisissa olosuhteissa paramagneettista, mutta muuttuu antiferromagneettiseksi alle 34 K:n lämpötilassa. Magneettinen momentti on 9,69 mB.Hobart & Peterson, s. 1460

 Kemialliset ominaisuudet 
Kuten kaikki aktinoidit, berkelium liukenee yleisimpiin epäorgaanisiin happoihin, vapauttaen vetykaasua ja muuttuen Bk3+-ioneiksi. Näitä ioneja sisältävät liuokset ovat usein väriltään vihreitä. Berkeliumin yleisin hapetusluku on +III, mutta myös hapetusluvun +IV yhdisteitä tunnetaan. Hapetusluvun +II yhdisteiden olemassaolo on epävarmaa. Bk4+-ionit ovat keltaisia vetykloorihapossa ja oranssinkellertäviä rikkihapossa. Berkeliumin kemialliset ominaisuudet muistuttavat huomattavasti sen lantanoideihin kuuluvan homologin, terbiumin, ominaisuuksia. Berkelium ei juurikaan reagoi ilman hapen kanssa, mahdollisesti sen pinnalle muodostuvasta oksidikerroksesta johtuen. Berkelium muodostaa binäärisiä yhdisteitä vedyn, halogeenien sekä happiryhmän ja typpiryhmän alkuaineiden kanssa.Hobart & Peterson, s. 1460–1471Stanley G. Thompson & Glenn T. Seaborg, 1950: Chemical Properties of Berkelium 

 Isotoopit 
Berkeliumin kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Berkeliumin pitkäikäisin isotooppi on 247Bk (puoliintumisaika 1 380 vuotta). Muita pitkiä puoliintumisaikoja on isotoopeilla 248Bk (yli 9 vuotta) ja 249Bk (330 vuorokautta). Berkeliumin isotoopeista 249Bk on helpointa syntetisoida, ja se on ainoa isotooppi, jota on valmistettu makroskooppisia määriä. Sitä on valmistettu Yhdysvalloissa yhteensä yksi gramma koko vuosien 1967–2001 välisenä aikana. Se hajoaa kalifornium-249:ksi. Loppujen isotooppien puoliintumisajat vaihtelevat minuuteista muutamaan päivään.Hobart & Peterson, s. 1445–1448
 Isotooppi  Puoliintumisaika  Hajoamistyyppi 238Bk  2,4 min  EC 240Bk  4,8 min  EC 241Bk  4,6 min  EC 242Bk  7,0 min  EC 243Bk  4,5 h  EC (99,85 %), α (0,15 %) 244Bk  4,35 h  EC (>99 %), α (6·10−3 %) 245Bk  4,94 d  EC (>99,88 %), α (0,12 %) 246Bk  1,80 d  EC  247Bk  1 380 a  α 248mBk  23,7 h  β− (70 %), EC (30 %) 248m*Bk  > 9 a (ehkä > 300 a)  α 249Bk  330 d  β− (>99 %), α (1,45·10−3 %) 250Bk  3,217 h  β− 251Bk  55,6 min  β−
Lähde:Hobart & Peterson, s. 1446  
EC = elektronisieppaus 
SF = spontaani fissio 
α = alfahajoaminen 
β+ = beeta-plus-hajoaminen 
β− = beeta-miinus-hajoaminen 
IT = isomeerinen transitio 
m = välitila tai virittynyt atomi 
m* = ei tiedetä, onko välitila tai virittynyt atomi vai perustila

 Fissio-ominaisuudet 
Berkeliumin käyttäytyminen fissiossa on erilaista kuin sitä lähellä olevien aktinoidien curiumin ja kaliforniumin. Siitä ei saada käyttökelpoista ydinpolttoainetta. Teoriassa 249Bk voi ylläpitää ketjureaktiota nopeassa hyötöreaktorissa. Berkeliumista ei myöskään saa helposti ydinasetta. Isotoopin 249Bk kriittinen massa on 192 kg, ja vaikka sitä voidaan pienentää erilaisilla neutroniheijastimilla aina 131 kg:aan saakka, niin tämäkin määrä ylittää koko maailman berkeliumin tuotannon moninkertaisesti. Isotooppi 247Bk voi ylläpitää ketjureaktiota sekä termaalisia neutroneja että nopeita neutroneja hyödyntävässä reaktorissa, mutta sen valmistaminen on monimutkaista joten tällä on vain teoreettista merkitystä. Tämän isotoopin kriittinen massa on 75,7 kg puhtaalle pallomaiselle kappaleelle, 41,2 kg 20 cm vettä sisältävän neutroniheijastimen kanssa ja 35,2 kg 30 cm paksun teräsheijastimen kanssa.

 Käyttö 
Berkeliumilla ei ole mitään käyttökohteita tieteellisen tutkimuksen ulkopuolella.Hobart & Peterson, s. 1447

Tieteessä sitä on käytetty sitä raskaampien aktinoidien ja transaktinoidien tuottamisen. Esimerkiksi alkuainetta 117 eli tennessiiniä valmistettiin ensi kerran Dubnan ydintutkimuskeskuksessa (JINR) säteilyttämällä 249Bk-kohtiota syklotronissa 150 päivän ajan. Sitä ennen 22 mg painoisen kohtion tuottaminen kesti 250 päivää Lawrence Livermoren laboratoriossa ja vielä 90 päivää kului sen puhdistamiseen Oak Ridgen ydintutkimuslaitoksessa. 249Bk-isotooppia on yleisesti käytetty syntetisoitaessa lawrenciumia, rutherfordiumia ja bohriumia.

 Lähteet 


 Huomautukset 

 Viitteet 

 Aiheesta muualla 

 Helsingin Sanomien juttu berkeliumista 
 PubChem: Berkelium 
 Periodictable: Berkelium 
 Mindat: The Mineralogy of Berkelium 

 The Royal Society of Chemistry (RSC): Berkelium 

Luokka:Alkuaineet