Berkeliul este un element radioactiv transuranian din seria actinidelor cu simbolul Bk și numărul atomic 97, făcând totodată parte și din seria actinidelor. A fost numit după orașul Berkeley, din California, locul unde se află University of California Radiation Laboratory și unde acesta a fost descoperit în luna decembrie a anului 1949. Berkeliul a fost al cincilea element transuranian descoperit, după neptuniu, plutoniu, curiu și americiu.
Cel mai răspândit izotop al berkeliului, berkeliu-249, este sintetizat în cantități infime în reactorii nucleari, cum sunt cei de la Oak Ridge National Laboratory din Tennessee, SUA sau Research Institute of Atomic Reactors din Dimitrovgrad, Rusia. Producția celui de-al doilea izotop important, berkeliu-247, implică iradierea izotopului sintetic curiu-244 cu particule nucleare alfa. De asemenea, apare în mici cantități în combustibilul nuclear epuizat, fiind produs prin activarea combustibilului nuclear în reactori nucleari comerciali (element actinid minor).
Numai un gram din acest element rar a fost produs în Statele Unite din 1967. În plus, nu există aplicații practice ale berkeliului în afara celor ce fac referire la cercetarea științifică, astfel menționăm utilizarea la sinteza elementelor transuraniene mai grele și a transactinidelor. A mai fost produs un lot de 22 miligrame de berkeliu-249; acesta a fost preparat în timpul unei perioade de iradiere la Oak Ridge în 2009, ce a durat 250 zile. Iradierea a fost urmată de o purificare ce a durat mai mult de 90 de zile. Această cantitate infimă a fost folosită pentru sintetizarea unui nou element, denumit generic ununseptiu , după ce a fost bombardată cu ioni de calciu-48 timp de 150 de zile.
Berkeliul este un metal moale, de culoare alb-argintiu și radioactiv. Izotopul berkeliu-249 este mai puțin radioactiv, putând fi astfel relativ sigur de manipulat. În ciuda acestor fapte, izotopul are un timp de înjumătățire de 330 zile, iar produsul său final este izotopul californiu-249, ce se caracterizează printr-o emisie foarte puternică de particule alfa. Această transmutație treptată este foarte importantă pentru studierea proprietăților berkeliului și a compușilor săi, contribuind atât la contaminarea chimică, cât și la cel de autoiradiere sub flux de radiații alfa.
Istoric thumb|left|150px|Ciclotronul de 60 inch la the Lawrence Radiation Laboratory, University of California, Berkeley, în august 1939|alt=Black-and-white picture of heavy machinery with two operators sitting aside Deși mici cantități de berkeliu pot fi produse în urma experimentelor nucleare, acest element chimic a fost produs pentru prima dată prin sintetizare, iar apoi izolat și identificat în luna decembrie a anului 1949 de trioul de savanți Glenn T. Seaborg, Albert Ghiorso și Stanley Gerald Thompson. Aceștia au folosit un ciclotron de 60 de inch la University of California din Berkeley. Similar cu descoperirea aproape simultană a americiului (elementul 95) și a curiului (elementul 96) din 1944, noile elemente berkeliu și californiu (elementul 98) au fost produse între anii 1949 și 1950. Abstract Nomenclatură Numele ales pentru berkeliu a urmat tradiția anterioară a grupului Californian de a găsi o analogie între noul actinid descoperit și lantanidul poziționat deasupra în Tabelul periodic al elementelor. În prealabil, americiul a fost denumit după numele unui continent ca și analogul său, europiul, iar curiul a fost denumit astfel în onoarea savanților Marie și Pierre Curie, ca și gadoliniul, denumit în onoarea celui care a cercetat câteva pământuri rare, anume Johan Gadolin.
Astfel, grupul care a descoperit Berkeliu a declarat: ''Este sugerat ca elementul 97 să primească numele de berkeliu (și simbolul Bk) după orașul Berkeley într-o manieră similară cu cea utilizată la denumirea elementului terbiu , a cărui nume a derivat de la orașul Ytterby, din Suedia, unde au fost găsite minereuri de ale acestuia.''." Această tradiție s-a sfârșit cu berkeliul, astfel, denumirea următorului element, californiu, nu a avut nicio legătură cu analogul (disprosiul). thumb|right|200px|Glenn T. Seaborg
Structură atomică
thumb|right|Configurația electronică a atomului de berkeliu Izotopi Aproximativ douăzeci de izotopi și șase izomeri nucleari (forme excitate ale izotopilor) ai berkeliului au fost caracterizați, numerele atomice ai acestora aflându-se între 235 și 254. Toți dintre aceștia sunt radioactivi. Cea mai lungă perioadă de înjumătățire este observată la 247Bk (1,380 ani), 248Bk (9 ani) și la 249Bk (330 zile); timpul de înjumătățire a celorlalți izotopi poate varia între câteva microsecunde și câteva zile. Izotopul ce este cel mai simplu de sintetizat este berkeliu-249. Acesta emite cele mai ușoare particule beta, acestea constituind un obstacol în detectarea sa. Radiațiile sale alfa sunt destul de slabe – 1.45% în ceea ce privește radiațiile beta-, dar ajută, câteodată, la detectarea izotopului. Al doilea izotop al berkeliului, din punctul de vedere al importanței, este berkeliu-247, și se descompune cu particule alfa ca majoritatea izotopilor actinidelor. Berkeliul mai are și 2 izotopi metastabili, cea mai stabilă fiind 248mBk cu timpul de înjumătățire de 23,7 ore.http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Bk-pg2.html Environmental Chemistry – Berkelium Prepararea izotopilor
Berkeliul este produs prin bombardarea actinidelor mai ușoare (ca 238U sau 239Pu) cu neutroni într-un reactor nuclear. În cazul folosirii uraniului pe post de combustil, plutoniul este produs, în primă fază, prin captura neutronilor (așa-zisa reacție (n,γ) sau fuziunea neutronilor), iar apoi prin dezintegrarea beta:
(perioadele scrise de sub săgeți sunt timpurile de înjumătățire) Plutoniul-239 este mai bine iradiat de către o sursă ce are un flux de neutroni mare, chiar de câteva ori mai mare decât într-un reactor nuclear convențional, ca de exemplu High Flux Isotope Reactor cu 85 de megawatt (HFIR) de la Oak Ridge National Laboratory din Tennessee, Statele Unite ale Americii. Fluxul mare promovează reacțiile de fuziune care implică nu doar unul ci mai mulți neutroni, convetind 239Pu în 244Cm, iar apoi în 249Cm:
Curiul-249 are un timp de înjumătățire foarte mic, de doar 64 de minute, astfel conversia lui spre 250Cm este puțin probabilă. În schimb, el se transformă prin emisii beta în 249Bk:
Astfel produs, 249Bk are un timp de înjumătățire realtiv lung, de 330 zile și astfel, poate captura alt neutron. Totuși, produsul, 250Bk are un timp de înjumătățire de 3,212 ore și de aceea poate fi folosit la producerea actinidelor mai grele. În schimb, acesta se dezintegrează până la izotopul californului 250Cf:
Reacțiile de mai sus ilustrează faptul că, în ciuda fatelor că 247Bk este un izotop mult mai stabil al berkeliului, producerea sa în reactori nucleari este foarte ineficientă. Aceste fapt face 249Bk cel mai accesibil izotop al berkeliului, care încă mai este disponibil în mici cantități (doar 0.66 grame a fost produse în Statele Unite în toată perioada dintre anii 1967 și 1983 ) la un preț ce s-a ridicat la 185 USD per microgram.Hammond C. R. "The elements" in 86th edition (2005) of the CRC Handbook of Chemistry and Physics Izotopul 248Bk a fost obținut în 1956 prin bombardarea unui amestec de izotopi de curiu cu 25 de particule MeV α. Deși detectarea directă a fost împiedicat de interferențe de semnal puternic de la 245Bk, existența unui nou izotop a fost dovedită prin creșterea produsului dezintegrat, 248Cf, care a fost caracterizat în prealabil. Timpul de înjumătățire al 248Cf a fost estimat la 23 ± 5 ore, iar de atunci, nu se mai cunoaște nicio valoare mai sigură. Berkeliul-247 a fost produs în timpul aceluiași an prin iradierea 244Cm cu particule alfa:
Berkeliul-242 a fost sintetizat în 1979 prin bombardarea 235U cu 11B, 238U cu 10B, 232Th cu 14N sau 232Th with 15N. În urma capturării electronilor, acesta a convertit în to 242Cm, ce are un timp de înjumătățire de of 7,0 ± 1,3 minute. O căutare pentru un izotop ca 241Bk, a fost fără succes la aceea vreme.
Proprietăți Proprietăți fizice
thumb|)
Berkeliul este un metal actinid, sintetic și radioactiv, de culoare albă-argintie. În Tabelul periodic al elementelor, acesta este localizat la dreapta de elementul curiu, la stânga de californiu și sub terbiu, elementul cu care berkeliul împărtășește multe similarități în proprietățile chimice și fizice. Densitatea sa, de 14.78 g/cm3, este mai mare decât ce a curiului (13.52 g/cm3) și mai mică decât cea a californiului (15.1 g/cm3), în timp ce punctul de topire, în valoare de 986 °C, este mai mic decât ce al curiului (1340 °C), dar mai mare decât cel al californiului (900 °C). Berkeliul este relativ moale și are cea mai mică compresie uniformă (în valoare de 20 Gigapascali) dintre toate actinidele. Ionii de Berkeliu (III) formează vârfuri fluorescente la 652 nanometri (lumină roșie) și la 742 nanometri (lumină aproape infraroșie), datorită tranziției interne de pe stratul electronic f. Intensitatea relativă a acestor vârfuri depinde de puterea de excitație și de temperatura la care este supusă proba de berkeliu. Emisia poate fi observată, de exemplu, după dispersia ionilor de berkeliu într-un pahar de silicat, prin topirea paharului în prezența unui oxid sau halogen de berkeliu.Rita Cornelis, Joe Caruso, Helen Crews, Klaus Heumann Handbook of elemental speciation II: species in the environment, food, medicine & occupational health. Volume 2 of Handbook of Elemental Speciation, John Wiley and Sons, 2005, ISBN 0-470-85598-3 p. 553
thumb|right|Berkeliu Între temperatura de 70 K și cea a camerei, berkeliul devine un material paramagnetic (datorită legii Curie-Weiss) cu un moment magnetic efectiv de 9.69 magnetoni Procopiu-Bohri (µB) și un punct Curie de 101 K. La o temperatură mai scăzută de 34 K, berkeliul suferă o tranziție spre o stare de antiferomagnetism. Entalpia de dizolvare în acidul clorhidric la condiții normale de temperatură și presiune este −600 kJ/mol−1, de unde entalpia de dizolvare standard (ΔfH°) a unei soluții cu ioni Bk3+ este −601 kJ/mol−1. Potențialul standard 3+/Bk0 este −2.01 V. Potențialul de ionizare al unui atom neutru de berkeliu este de 6.23 eV.
Proprietăți chimice Ca toate actinidele, berkeliul se dizolvă în diferiți acizi anorganici, în urma reacției rezultând hidrogen gazos. Starea de oxidare trivalentă este cea mai stabilă, în special în soluțiile apoase, deși sunt cunoscuți și compuși ai berkeliului cu valența patru sau doi. Existența sărurilor de berkeliu cu valența doi este nesigură, dar câțiva dintre aceștia pot apărea în amestecuri în topitură de clorură de lantan sau clorură de stronțiu. Un comportament similar este observat și la lantanidul analog berkeliului, anume terbiul. Soluțiile apoase a ionilor de Bk3+ au culoarea verde combinate cu acizii, iar culoarea ionilor Bk4+ este galbenă în acid clorhidric și portocalie în acid sulfuric. Berkeliul nu reacționează rapid cu oxigenul la temperatura camerei, acest lucru datorându-se, probabil, stratului de oxid subțire ce apare la suprafața metalului. Totuși, acesta reacționează cu hidrogenul, halogenii, calcogenii și pnictogenii, formând compuși binari. Compușii elementului Cu ajutorul difracției cu raze X au fost identificați diverși compuși ai berkeliului, precum bioxidul de berkeliu, fluorura de berkeliu (BkF3), oxiclorura de berkeliu (BkOCl) și trioxidul de berkeliu (BkO3). În anul 1962 a fost izolată o cantitate vizibilă de clorură de berkeliu (BkCl3), cu masa de 3 miliardimi de gram. Aceasta a fost prima dată când s-a putut produce un compus de berkeliu, pur. Oxizi Sunt cunoscuți doi oxizi de berkeliu, în care starea de oxidare a actinidului este +3 (Bk2O3) și +4 (BkO2). Oxidul de berkeliu (IV) este un compus solid, de culoare brună, ce cristalizează în sistemul de cristalizare cubic. Oxidul de berkeliu (III) este format din reducerea BkO2 cu hidrogen molecular, după reacția: