Berkelium

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Curium ← Berkelium → Kalifornium
Tb
↑
Bk
↓
-  
 
 


Yleistä
Nimi Berkelium
Tunnus Bk
Järjestysluku 97
Luokka aktinoidi
Lohko f-lohko
Ryhmä -
Jakso 7
Tiheys(alfa) 14,78
(beeta) 13,25 · 103 kg/m3
Kovuus- (Mohsin asteikko)
Värihopeanvalkoinen tai metallinharmaa
Löytövuosi, löytäjä 1949, Glenn T. Seaborg, Stanley G. Thompson ja Albert Ghiorso
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)(247)
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)- pm
Kovalenttisäde- pm
Van der Waalsin säde- pm
Orbitaalirakenne[Rn] 5f97s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
Hapetusluvut(+II), +III, +IV
Kiderakenneheksagonaalinen tiivispakkaus
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste1 259 K (986 °C)
Kiehumispiste2 900 K (2 627 °C)
Moolitilavuus- · 10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö- kJ/mol
Sulamislämpö7,92[1] kJ/mol
Höyrynpaine- Pa - K:ssa
Äänen nopeus- m/s - K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus1,3 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti luotettavaa dataa ei saatavissa kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus- S/m
Lämmönjohtavuus- W/(m·K)
CAS-numero7440-40-6
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Berkelium on keinotekoinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Bk (lat. berkelium) 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.[2][3] Löytämistä seuranneiden 65 vuoden aikana berkeliumia syntetisoitiin vain alle yhden gramman verran.[4]

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.[5]

Fysikaaliset ominaisuudet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Valomikroskooppikuva berkeliummetallin pinnasta
Berkeliumin α-muodon kiderakenne, heksagonaalinen tiivispakkaus.

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.[6] Berkeliumin kimmomoduuli tämän muutospaineen 22 GPa alapuolella on noin 30 GPa, mutta normaalipaineessa α-Bk-muodolle on raportoitu kimmomoduuliksi 52 GPa.[1]

Berkeliumin tiheys 14,78 g/cm3 (α-Bk-muodolle)[7] on curiumin (13,5 g/cm3) ja kaliforniumin (15,1 g/cm3) tiheyksien välissä, kuten myös sen sulamispiste 986 ± 25 °C[a][7] on alle curiumin sulamispisteen (1 340 °C), mutta korkeampi kuin kaliforniumilla (900 °C). Kiehumispiste on 2 627 ± 50 °C.[7] 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.[8]

Kemialliset ominaisuudet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[9][10]

Isotoopit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[11]

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)[12] α
249Bk 330 d β− (>99 %), α (1,45·10−3 %)
250Bk 3,217 h β−
251Bk 55,6 min β−

Lähde:[13][14]

 

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

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[15]

Käyttö

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Kesti 250 päivää valmistaa tarpeeksi berkeliumia (kuvassa) tennessiinin syntetisointia varten.[16]

Berkeliumilla ei ole mitään käyttökohteita tieteellisen tutkimuksen ulkopuolella.[17]

Tieteessä sitä on käytetty sitä raskaampien aktinoidien ja transaktinoidien tuottamisen. Esimerkiksi alkuainetta Z=117, 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.[16] 249Bk isotooppia on yleisesti käytetty syntetisoitaessa lawrenciumia, rutherfordiumia ja bohriumia.[17]

Lähteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  • Hobart, David E. & Peterson, Joseph R.: ”luku 10”, Berkelium, s. 1444–1498. (Teoksessa: Morss, Lester R. ym. (toim.) The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, 3. painos) Dordrecht: Springer, 2006. ISBN 1402035985 Teoksen verkkoversio (pdf). (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)

Huomautukset

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑ Myös näiden virherajojen sisään sopiva sulamispiste 1050 ± 50 °C on raportoitu kirjallisuudessa.[7]

Viitteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑ a b Hobart & Peterson, s. 1459
  2. ↑ Hobart & Peterson s. 1444
  3. ↑ 97. Berkelium Elementymology & Elements Multidict elements.vanderkrogt.net. Viitattu 11.12.2016. (englanniksi)
  4. ↑ Joonas Gustavsson: Tutkijat huomasivat: Harvinainen alkuaine rikkoo kvanttimekaniikan sääntöjä – ”Kuin olisi vaihtoehtoisessa universumissa” 4.10.2017. Tekniikan Maailma. Viitattu 19.11.2017.
  5. ↑ Hobart & Peterson, s. 1445
  6. ↑ Hobart & Peterson s. 1458
  7. ↑ a b c d Hobart & Peterson, s. 1458
  8. ↑ Hobart & Peterson, s. 1460
  9. ↑ Hobart & Peterson, s. 1460–1471
  10. ↑ Stanley G. Thompson & Glenn T. Seaborg, 1950: Chemical Properties of Berkelium (englanniksi)
  11. ↑ Hobart & Peterson, s. 1445–1448
  12. ↑ Milsted, J. & Friedman, A. M. & Stevens, C. M.: The alpha half-life of berkelium-247; a new long-lived isomer of berkelium-248. Nuclear Physics, syyskuu 1965, 71. vsk, nro 2, s. 299–304. Elsevier. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 11.12.2016. (englanniksi)
  13. ↑ Hobart & Peterson, s. 1446
  14. ↑ Audi, G. et al.: The NUBASE2012 evaluation of nuclear properties. Chinese Physics C, 2012, 36. vsk, nro 12, s. 1157–1286. IOP Publishing. Artikkelin verkkoversio. (pdf) Viitattu 9.11.2016. (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
  15. ↑ Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport (pdf) Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire. Viitattu 25.11.2016. (englanniksi)
  16. ↑ a b Lauren Schenkman: Finally, Element 117 Is Here! 7.4.2010. ScienceMagazine.com. Viitattu 14.1.2016. (englanniksi)
  17. ↑ a b Hobart & Peterson, s. 1447

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Berkelium.
Wikisanakirjassa on tähän liittyvä sananselitys: berkelium.
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkelium&oldid=22653860”