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Berkelium

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Eigenschaften
[Rn] 5f97s2
97Bk
Allgemein
Name,Symbol,Ordnungszahl Berkelium, Bk, 97
Elementkategorie Actinoide
Gruppe,Periode,Block Ac,7,f
Aussehen silberweiß
CAS-Nummer

7440-40-6

Atomar[1]
Atommasse 247u
Atomradius 170pm
Elektronenkonfiguration [Rn] 5f97s2
1.Ionisierungsenergie 6.19785(25)eV[2]≈598kJ/mol[3]
2. Ionisierungsenergie 11.9(4) eV[2]≈1150 kJ/mol[3]
3. Ionisierungsenergie 21.6(4) eV[2]≈2080 kJ/mol[3]
4. Ionisierungsenergie 36.0(4) eV[2]≈3470 kJ/mol[3]
5. Ionisierungsenergie 56.0(1,9) eV[2]≈5400 kJ/mol[3]
Physikalisch[1]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 14,78 g·cm−3
Schmelzpunkt 1259K(986 °C)
Molares Volumen 16,84·10−6m3·mol−1
Chemisch[1]
Oxidationszustände +3,+4
Normalpotential −2,00 V (Bk3++ 3 e−→ Bk)[4]
−1,08 V (Bk4++4 e−→ Bk)[4]
Elektronegativität 1,30 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE(MeV) ZP

[5]

242Bk {syn.} 7,0min ε(≈ 100 %) 242Cm
SF(< 3 · 10−5%) ? ?
243Bk {syn.} 4,5h ε(≈ 100 %) 243Cm
α(≈ 0,15 %) 239Am
244Bk {syn.} 4,35h ε(?) 244Cm
α(0,006 %) 240Am
245Bk {syn.} 4,94d ε(≈ 100 %) 0,810 245Cm
α(0,12 %) 6,455 241Am
246Bk {syn.} 1,80d ε(≈ 100 %) 1,350 246Cm
α(0,1 %) 6,070 242Am
247Bk {syn.} 1380a α(≈ 100 %) 5,889 243Am
SF(?) ? ?
248Bk {syn.} > 9a β− 0,870 248Cf
ε 0,717 248Cm
α 5,803 244Am
249Bk {syn.} 330d β−(≈ 100 %) 0,125 249Cf
α(0,00145 %) 5,526 245Am
250Bk {syn.} 3,212h β−(100 %) 250Cf
Weitere Isotope sieheListe der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[6]
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen.

Berkeliumist ein künstlich erzeugteschemisches Elementmit demElementsymbolBk und derOrdnungszahl97. ImPeriodensystemsteht es in der Gruppe derActinoide(7. Periode,f-Block) und zählt auch zu denTransuranen.Berkelium wurde nach der StadtBerkeleyinKalifornienbenannt, in der es entdeckt wurde. Bei Berkelium handelt es sich um einradioaktivesMetallmit einem silbrig-weißen Aussehen. Es wurde im Dezember 1949 erstmals aus dem leichteren ElementAmericiumerzeugt. Es entsteht in geringen Mengen inKernreaktoren.Seine Anwendung findet es vor allem zur Erzeugung höherer Transurane undTransactinoide.

Geschichte

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Glenn T. Seaborg
60-Zoll-Zyklotron
Universität von Kalifornien, Berkeley

So wieAmericium(Ordnungszahl 95) undCurium(96) in den Jahren 1944 und 1945 nahezu zeitgleich entdeckt wurden, erfolgte in ähnlicher Weise in den Jahren 1949 und 1950 die Entdeckung der Elemente Berkelium (97) undCalifornium(98).

Die ExperimentatorenGlenn T. Seaborg,Albert GhiorsoundStanley G. Thompsonstellten am 19. Dezember 1949 die ersten Kerne im 60-Zoll-ZyklotronderUniversität von Kalifornien in Berkeleyher. Es war das fünfte Transuran, das entdeckt wurde. Die Entdeckung wurde zeitgleich mit der des Californiums veröffentlicht.[7][8][9][10]

Die Namenswahl folgte naheliegenderweise einem gemeinsamen Ursprung: Berkelium wurde nach dem Fundort, der StadtBerkeleyinKalifornien,benannt. Die Namensgebung folgt somit wie bei vielenActinoidenund denLanthanoiden:Terbium,das imPeriodensystemgenau über Berkelium steht, wurde nach der schwedischen StadtYtterbybenannt, in der es zuerst entdeckt wurde:It is suggested that element 97 be given the name berkelium (symbol Bk) after the city of Berkeley in a manner similar to that used in naming its chemical homologue terbium (atomic number 65) whose name was derived from the town of Ytterby, Sweden, where the rare earth minerals were first found.[8]Für das Element 98 wählte man den NamenCaliforniumzu Ehren der Universität und des Staates Kalifornien.

Als schwerste Schritte in der Vorbereitung zur Herstellung des Elements erwiesen sich die Entwicklung entsprechender chemischer Separationsmethoden und die Herstellung ausreichender Mengen an Americium für das Target-Material.

Die Probenvorbereitung erfolgte zunächst durch Auftragen von Americiumnitratlösung (mit demIsotop241Am) auf eine Platinfolie; die Lösung wurde eingedampft und der Rückstand dann zum Oxid (AmO2) geglüht.

Nun wurde diese Probe im 60-Zoll-Zyklotronmit beschleunigtenα-Teilchenmit einer Energie von 35MeVetwa 6 Stunden beschossen. Dabei entsteht in einer sogenannten (α,2n)-Reaktion243Bk sowie zwei freieNeutronen:

Nach dem Beschuss im Zyklotron wurde die Beschichtung mittelsSalpetersäuregelöst und erhitzt, anschließend wieder mit einer konzentrierten wässrigenAmmoniak-Lösungals Hydroxid ausgefällt und abzentrifugiert; der Rückstand wurde wiederum in Salpetersäure gelöst.

Um die weitgehende Abtrennung des Americiums zu erreichen, wurde diese Lösung mit einem Gemisch vonAmmoniumperoxodisulfatundAmmoniumsulfatversetzt und erhitzt, um vor allem das gelöste Americium auf dieOxidationsstufe+6 zu bringen. Nicht oxidiertes restliches Americium wurde durch Zusatz vonFlusssäurealsAmericium(III)-fluoridausgefällt. Auf diese Weise werden auch begleitendes Curium alsCurium(III)-fluoridund das erwartete Element 97 (Berkelium) alsBerkelium(III)-fluoridausgefällt. Dieser Rückstand wurde durch Behandlung mitKalilaugezum Hydroxid umgewandelt, welches nach Abzentrifugieren nun inPerchlorsäuregelöst wurde.

Elutionskurven:chromato­graphische Trennung von Tb, Gd, Eu sowie Bk, Cm, Am.[8]

Die weitere Trennung erfolgte in Gegenwart einesCitronensäure/Ammoniumcitrat-Puffers im schwach sauren Medium (pH≈ 3,5) mitIonenaustauschernbei erhöhter Temperatur.

DiechromatographischeTrennung konnte nur aufgrund vorheriger Vergleiche mit dem chemischen Verhalten der entsprechendenLanthanoidegelingen. So tritt bei einer Trennung dasTerbiumvorGadoliniumundEuropiumaus einerSäule.Falls das chemische Verhalten des Berkeliums dem einesEka-Terbiumsähnelt, sollte das fragliche Element 97 daher in dieser analogen Position zuerst erscheinen, entsprechend vor Curium und Americium.

Der weitere Verlauf des Experiments brachte zunächst kein Ergebnis, da man nach einem α-Teilchen als Zerfallssignatur suchte. Erst die Suche nachcharakteristischer RöntgenstrahlungundKonversionselektronenals Folge einesElektroneneinfangsbrachte den gewünschten Erfolg. Das Ergebnis der Kernreaktion wurde mit243Bk angegeben, obwohl man anfänglich auch244Bk für möglich hielt.

Im Jahr 1958 isoliertenBurris B. CunninghamundStanley G. Thompsonerstmals wägbare Mengen, die durch langjährige Neutronenbestrahlung von239Pu in dem Testreaktor derNational Reactor Testing StationinIdahoerzeugt wurden.[11]

Isotope

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Von Berkelium existieren nurRadionuklideund keine stabilenIsotope.Insgesamt sind 12 Isotope und 5Kernisomeredes Elements bekannt. Die langlebigsten sind247Bk (Halbwertszeit1380 Jahre),248Bk (9 Jahre) und249Bk (330 Tage). Die Halbwertszeiten der restlichen Isotope liegen im Bereich von Millisekunden bis Stunden oder Tagen.[5]

Nimmt man beispielhaft den Zerfall des langlebigsten Isotops247Bk heraus, so entsteht durch α-Zerfall zunächst das langlebige243Am, das seinerseits durch erneuten α-Zerfall in239Np übergeht. Der weitere Zerfall führt dann über239Pu zum235U, dem Beginn derUran-Actinium-Reihe(4 n + 3).

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

→Liste der Berkeliumisotope

Vorkommen

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Berkeliumisotope kommen auf der Erde wegen ihrer im Vergleich zum Alter der Erde zu geringen Halbwertszeit nicht natürlich vor.

Über die Erstentdeckung vonEinsteiniumundFermiumin den Überresten der ersten amerikanischen Wasserstoffbombe,Ivy Mike,am 1. November 1952 auf demEniwetok-Atollhinaus wurden nebenPlutoniumundAmericiumauch Isotope vonCurium,Berkelium undCaliforniumgefunden, darunter das249Bk, das durch denβ-Zerfallin249Cf übergeht. Aus Gründen der militärischen Geheimhaltung wurden die Ergebnisse erst später im Jahr 1956 publiziert.[12]

In Kernreaktoren entsteht vor allem das Berkeliumisotop249Bk, es zerfällt bereits während derZwischenlagerung(vor der Endlagerung) fast komplett zum Californiumisotop249Cf mit 351 Jahren Halbwertszeit. Dieses zählt zumTransuranabfallund ist daher in derEndlagerungunerwünscht.

Gewinnung und Darstellung

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Berkelium wird durch Beschuss von leichteren Actinoiden mit Neutronen in einemKernreaktorerzeugt. Die Hauptquelle ist der 85MWHigh-Flux-Isotope Reactor (HFIR) amOak Ridge National Laboratoryin Tennessee, USA, der auf die Herstellung von Transcuriumelementen (Z > 96) eingerichtet ist.[13]

Gewinnung von Berkeliumisotopen

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Berkelium entsteht in Kernreaktoren ausUran(238U) oderPlutonium(239Pu) durch zahlreiche nacheinander folgendeNeutroneneinfängeund β-Zerfälle – unter Ausschluss von Spaltungen oder α-Zerfällen.[14]

Ein wichtiger Schritt ist hierbei die (n,γ)- oder Neutroneneinfangsreaktion, bei welcher das gebildete angeregte Tochternuklid durch Aussendung einesγ-Quantsin den Grundzustand übergeht. Die hierzu benötigten freien Neutronen entstehen durchKernspaltunganderer Kerne im Reaktor. In diesem kernchemischen Prozess wird zunächst durch eine (n,γ)-Reaktion gefolgt von zweiβ−-Zerfällendas239Pu gebildet. InBrutreaktorenwird dieser Prozess zum Erbrüten neuen Spaltmaterials genutzt.

Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.

Letzteres wird hierzu mit einer Neutronenquelle, die einen hohenNeutronenflussbesitzt, bestrahlt. Die hierbei möglichen Neutronenflüsse sind um ein Vielfaches höher als in einem Kernreaktor. Aus239Pu wird durch vier aufeinander folgende (n,γ)-Reaktionen243Pu gebildet, welches durch β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 4,96 Stunden zu243Am zerfällt. Das durch eine weitere (n,γ)-Reaktion gebildete244Am zerfällt wiederum durch β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 10,1 Stunden letztlich zu244Cm. Aus244Cm entstehen durch weitere (n,γ)-Reaktionen im Reaktor in jeweils kleiner werdenden Mengen die nächst schwereren Isotope.

Die Entstehung von250Cm auf diesem Wege ist jedoch sehr unwahrscheinlich, da249Cm nur eine kurze Halbwertszeit besitzt und so weitere Neutroneneinfänge in der kurzen Zeit unwahrscheinlich sind.

249Bk ist das einzige Isotop des Berkeliums, das auf diese Weise gebildet werden kann. Es entsteht durch β-Zerfall aus249Cm – das erste Curiumisotop, welches einen β-Zerfall eingeht (Halbwertszeit 64,15 min[5]).

Durch Neutroneneinfang entsteht zwar aus249Bk auch das250Bk, dies zerfällt aber schon mit einer Halbwertszeit von 3,212 Stunden[5]durch β-Zerfall zu250Cf.[15][16]

Das langlebigste Isotop, das247Bk, kann somit nicht in Kernreaktoren hergestellt werden, so dass man sich oftmals mit dem eher zugänglichen249Bk begnügen muss. Berkelium steht heute weltweit lediglich in sehr geringen Mengen zur Verfügung, weshalb es einen sehr hohen Preis besitzt. Dieser beträgt etwa 185US-DollarproMikrogramm249Bk.[17]

Das Isotop248Bk wurde 1956 durch Beschuss mit 25-MeV α-Teilchen aus einem Gemisch von Curiumnukliden hergestellt. Seine Existenz mit dessen Halbwertszeit von 23 ± 5 Stunden wurde durch das β-Zerfallsprodukt248Cf festgestellt.[18]

247Bk wurde 1965 aus244Cm durch Beschuss mit α-Teilchen hergestellt. Ein eventuell entstandenes Isotop248Bk konnte nicht nachgewiesen werden.[19]

Das Berkeliumisotop242Bk wurde 1979 durch Beschuss von235U mit11B,238U mit10B, sowie232Th mit14N bzw.15N erzeugt. Es wandelt sich durchElektroneneinfangmit einer Halbwertszeit von 7,0 ± 1,3 Minuten zum242Cm um. Eine Suche nach einem zunächst vermuteten Isotop241Bk blieb ohne Erfolg.[20]

Darstellung elementaren Berkeliums

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Die ersten Proben von Berkeliummetall wurden 1969 durch Reduktion von BkF3bei 1000 °C mitLithiumin Reaktionsapparaturen ausTantalhergestellt.[21]

Elementares Berkelium kann ferner auch aus BkF4mit Lithium oder durch Reduktion von BkO2mitLanthanoderThoriumdargestellt werden.[22]

Eigenschaften

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1,7 Mikrogramm Berkelium
(Größe ca. 100 μm)

ImPeriodensystemsteht das Berkelium mit der Ordnungszahl 97 in der Reihe der Actinoide, sein Vorgänger ist dasCurium,das nachfolgende Element ist dasCalifornium.SeinAnalogonin der Reihe derLanthanoideist dasTerbium.

Doppelt-hexagonal dichteste Kugelpackung mit der Schichtfolge ABAC in der Kristallstruktur von α-Bk
(A: grün; B: blau; C: rot).

Physikalische Eigenschaften

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Berkelium ist ein radioaktives Metall mit silbrig-weißem Aussehen und einem Schmelzpunkt von 986 °C.

Die beiStandardbedingungenauftretendeModifikationα-Bk kristallisiert imhexagonalen Kristallsystemin derRaumgruppeP63/mmc(Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194mit denGitterparameterna= 341,6 ± 0,3pmundc= 1106,9 ± 0,7 pm sowie vierFormeleinheitenproElementarzelle,einem Metallradius von 170pmund einer Dichte von 14,78 g/cm3.DieKristallstrukturbesteht aus einer doppelt-hexagonal dichtesten Kugelpackung(d. h.c.p.) mit der Schichtfolge ABAC und ist damitisotypzur Struktur vonα-La.[21]

Bei höheren Temperaturen geht α-Bk in β-Bk über. Die β-Modifikation kristallisiert imkubischen Kristallsystemin der RaumgruppeFm3m(Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225mit dem Gitterparametera= 499,7 ± 0,4 pm, einem Metallradius von 177 pm und einer Dichte von 13,25 g/cm3.Die Kristallstruktur besteht aus einer kubisch dichtesten Kugelpackung mit der Stapelfolge ABC, was einemkubisch flächenzentrierten Gitter(f.c.c.) entspricht.[21]

DieLösungsenthalpievon Berkelium-Metall inSalzsäurebei Standardbedingungen beträgt −600,2 ± 5,1 kJ·mol−1.Ausgehend von diesem Wert erfolgte die erstmalige Berechnung derStandardbildungsenthalpie(ΔfH0) von Bk3+(aq)auf −601 ± 5 kJ·mol−1und desStandardpotentialsBk3+/ Bk0auf −2,01 ± 0,03 V.[23]

Zwischen 70 K und Raumtemperatur verhält sich Berkelium wie einCurie-Weiss-Paramagnetmit einem effektiven magnetischen Moment von 9,69Bohrschen Magnetonen(µB) und einerCurie-Temperaturvon 101 K. Beim Abkühlen auf etwa 34 K erfährt Berkelium einen Übergang zu einemantiferromagnetischenZustand.[24]Dieses magnetische Moment entspricht fast dem theoretischen Wert von 9,72 µB.[25][26]

Chemische Eigenschaften

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Berkelium ist wie alle Actinoide sehr reaktionsfähig. Es reagiert allerdings nicht schnell mit Sauerstoff bei Raumtemperatur, was möglicherweise auf die Bildung einer schützenden Oxidschicht zurückzuführen ist. Jedoch reagiert es mit geschmolzenen Metallen, Wasserstoff, Halogenen, Chalkogenen und Penteliden zu verschiedenen binären Verbindungen.[25][26]

In wässriger Lösung ist die dreiwertigeOxidationsstufeam beständigsten, jedoch kennt man auch vierwertige und zweiwertige[27]Verbindungen. Wässrige Lösungen mit Bk3+-Ionen haben eine gelbgrüne Farbe, mit Bk4+-Ionen sind sie in salzsaurer Lösung beige, in schwefelsaurer Lösung orange-gelb.[28][29][30]Ein ähnliches Verhalten ist für sein LanthanoidanalogonTerbiumzu beobachten.[9][10]

Bk3+-Ionen zeigen zwei scharfeFluoreszenzpeaksbei 652 nm (rotes Licht) und 742 nm (dunkelrot – nahes Infrarot) durch interne Übergänge in der f-Elektronen-Schale.[31][32]

Spaltbarkeit

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Berkelium eignet sich anders als die benachbarten Elemente Curium und Californium auch theoretisch nur sehr schlecht alsKernbrennstoffin einem Reaktor. Neben der sehr geringen Verfügbarkeit und dem damit verbundenen hohen Preis kommt hier erschwerend hinzu, dass die günstigeren Isotope mit geraderMassenzahlnur eine geringe Halbwertszeit haben. Das einzig infrage kommende geradzahlige Isotop,248Bk im Grundzustand, ist nur sehr schwer zu erzeugen,[33]zudem liegen keine ausreichenden Daten über dessenWirkungsquerschnittevor.[34][35]

249Bk ist im Prinzip in der Lage, eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, und damit für einenschnellen Reaktoroder eine Atombombe geeignet. Die kurze Halbwertszeit von 330 Tagen zusammen mit der komplizierten Gewinnung und dem hohen Bedarf vereiteln entsprechende Versuche. Diekritische Masseliegt unreflektiert bei 192 kg, mit Wasserreflektor immer noch 179 kg, ein Vielfaches der Weltjahresproduktion.[36]

247Bk kann sowohl in einem thermischen als auch in einem schnellen Reaktor eine Kettenreaktion aufrechterhalten und hat mit 1380 Jahren eine ausreichend große Halbwertszeit, um sowohl als Kernbrennstoff als auch Spaltstoff für eineAtombombezu dienen. Es kann allerdings nicht in einem Reaktor erbrütet werden und ist damit in der Produktion noch aufwendiger und kostenintensiver als die anderen genannten Isotope. Damit einher geht eine noch geringere Verfügbarkeit, was angesichts der benötigten Masse von mindestens 35,2 kg (kritische Masse mit Stahlreflektor) als Ausschlusskriterium angesehen werden kann.[36]

Verwendung

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Die Berkeliumprobe für die Synthese vonTenness(in gelöster Form)[37]

Die Verwendung für Berkeliumisotope liegt hauptsächlich in der wissenschaftlichen Grundlagenforschung.249Bk ist ein gängiges Nuklid zur Synthese noch schwerererTransuraneundTransactinoidewieLawrencium,RutherfordiumundBohrium.[38]Es dient auch als Quelle für das Isotop249Cf, welches Studien über die Chemie des Californiums ermöglicht. Es hat den Vorzug vor dem radioaktiveren252Cf, welches ansonsten durch Neutronenbeschuss im High-Flux-Isotope Reactor (HFIR) erzeugt wird.[39]

Eine 22-Milligramm-Probe249Bk wurde im Jahr 2009 in einer 250-Tage-Bestrahlung hergestellt und dann in einem 90-Tage-Prozess in Oak Ridge gereinigt. Diese Probe führte zu den ersten 6 Atomen des ElementsTennessamVereinigten Institut für Kernforschung(JINR),Dubna,Russland, nach einem Beschuss mit Calcium-Ionen im U400-Zyklotron für 150 Tage. Diese Synthese war ein Höhepunkt der russisch-amerikanischen Zusammenarbeit zwischen JINR undLawrence Livermore National Laboratorybei der Synthese der Elemente 113 bis 118, die 1989 gestartet wurde.[40][41]

Verbindungen

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→ Kategorie:Berkeliumverbindung

Obwohl das Isotop247Bk die längste Halbwertszeit ausweist, ist das Isotop249Bk leichter zugänglich und wird überwiegend für die Bestimmung der chemischen Eigenschaften herangezogen.

Oxide

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Von Berkelium existierenOxidederOxidationsstufen+3 (Bk2O3) und +4 (BkO2).[42][43]

Berkelium(IV)-oxid(BkO2) ist ein brauner Feststoff und kristallisiert imkubischen Kristallsystemin derFluorit-Strukturin derRaumgruppeFm3m(Raumgruppen-Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225mit denKoordinationszahlenCf[8], O[4]. DerGitterparameterbeträgt 533,4 ± 0,5pm.[44]

Berkelium(III)-oxid(Bk2O3) entsteht aus BkO2durch Reduktion mit Wasserstoff:

Es ist ein gelbgrüner Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 1920 °C.[45]Es bildet ein kubisch-raumzentriertes Kristallgitter mita= 1088,0 ± 0,5 pm.[44]

Halogenide

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Halogenide sind für die Oxidationsstufen +3 und +4 bekannt.[46]Die stabilste Stufe +3 ist für sämtliche Verbindungen von Fluor bis Iod bekannt und auch in wässriger Lösung stabil. Die vierwertige Stufe ist nur in der festen Phase stabilisierbar.

Oxidations-
zahl		 Fluor Chlor Brom Iod
+3 Berkelium(III)-fluorid
BkF3
gelbgrün 		Berkelium(III)-chlorid
BkCl3
grün 		Berkelium(III)-bromid
BkBr3
gelbgrün 		Berkelium(III)-iodid
BkI3
gelb
+4 Berkelium(IV)-fluorid
BkF4
gelbgrün

Berkelium(IV)-fluorid(BkF4) ist eine gelbgrüneIonenverbindungund kristallisiert immonoklinen Kristallsystemund istisotypmitUran(IV)-fluorid.[47]

Berkelium(III)-fluorid(BkF3) ist ein gelbgrüner Feststoff und besitzt zwei kristalline Strukturen, die temperaturabhängig sind (Umwandlungstemperatur: 350 bis 600 °C). Bei niedrigen Temperaturen ist dieorthorhombischeStruktur (YF3-Typ) zu finden. Bei höheren Temperaturen bildet es eintrigonalesSystem (LaF3-Typ).[48][47]

Berkelium(III)-chlorid(BkCl3) ist ein grüner Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 603 °C[46]und kristallisiert imhexagonalen Kristallsystem.[49][50]Seine Kristallstruktur ist isotyp mitUran(III)-chlorid(UCl3). Das Hexahydrat (BkCl3· 6 H2O) weist eine monokline Kristallstruktur auf.[51]

Berkelium(III)-bromid(BkBr3) ist ein gelbgrüner Feststoff und kristallisiert bei niedrigen Temperaturen imPuBr3-Typ,bei höheren Temperaturen imAlCl3-Typ.[52]

Berkelium(III)-iodid(BkI3) ist ein gelber Feststoff und kristallisiert im hexagonalen System (BiI3-Typ).[53][54][55]

Die Oxihalogenide BkOCl, BkOBr und BkOI besitzen einetetragonaleStruktur vom PbFCl-Typ.[56][57]

Chalkogenide und Pentelide

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Berkelium(III)-sulfid (Bk2S3) wurde entweder durch Behandeln von Berkelium(III)-oxid mit einem Gemisch vonSchwefelwasserstoffundKohlenstoffdisulfidbei 1130 °C dargestellt, oder durch die direkte Umsetzung von metallischem Berkelium mit Schwefel. Dabei entstanden bräunlich-schwarze Kristalle mit kubischer Symmetrie und einer Gitterkonstanten vona= 844 pm.[56][58]

DiePentelidedes Berkeliums (249Bk) des Typs BkX sind für die ElementeStickstoff,[59]Phosphor,ArsenundAntimondargestellt worden. Ihre Herstellung erfolgt durch die Reaktion von entwederBerkelium(III)-hydrid(BkH3) oder metallischem Berkelium mit diesen Elementen bei erhöhter Temperatur im Hochvakuum in Quarzampullen. Sie kristallisieren im NaCl-Gitter mit den Gitterkonstanten 495,1 pm für BkN, 566,9 pm für BkP, 582,9 pm für BkAs und 619,1 pm für BkSb.[60]

Weitere anorganische Verbindungen

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Berkelium(III)- und Berkelium(IV)-hydroxid sind beide als Suspension in1 MNatronlauge stabil und wurden spektroskopisch untersucht.[61]Berkelium(III)-phosphat (BkPO4) wurde als Feststoff dargestellt, der eine starke Fluoreszenz bei einer Anregung durch einen Argon-Laser (514,5 nm-Linie) zeigt.[62][63]

Weitere Salze des Berkeliums sind bekannt, z. B. Bk2O2S, (BkNO3)3· 4 H2O, BkCl3· 6 H2O, Bk2(SO4)3· 12 H2O und Bk2(C2O4)3· 4 H2O.[64][58]Eine thermische Zersetzung in einer Argonatmosphäre bei ca. 600 °C (um eine Oxidation zum BkO2vermeiden) von Bk2(SO4)3· 12 H2O führt zu raumzentrierten orthorhombischen Kristallen von Berkelium(III)-oxisulfat (Bk2O2SO4). Diese Verbindung ist unter Schutzgas bis mindestens 1000 °C thermisch stabil.[65][58]

Berkeliumhydride werden durch Umsetzung des Metalls mit Wasserstoffgas bei Temperaturen über 250 °C hergestellt.[59]Sie bilden nicht-stöchiometrische Zusammensetzungen mit der nominalen Formel BkH2+x(0 < x < 1). Während die Trihydride eine hexagonale Symmetrie besitzen, kristallisiert das Dihydrid in einerfcc-Struktur mit der Gitterkonstantena= 523 pm.[56][66]

Metallorganische Verbindungen

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Berkelium bildet einen trigonalen (η5–C5H5)3Bk-Komplex mit dreiCyclopentadienylringen,die durch Umsetzung von Berkelium(III)-chlorid mit geschmolzenem Be(C5H5)2bei etwa 70 °C synthetisiert werden können. Es besitzt eine gelbe Farbe und orthorhombische Symmetrie mit den Gitterkonstantena= 1411 pm,b= 1755 pm undc= 963 pm sowie einer berechneten Dichte von 2,47 g/cm3.Der Komplex ist bis mindestens 250 °C stabil und sublimiert bei ca. 350 °C. Die hohe Radioaktivität bewirkt allerdings eine schnelle Zerstörung der Verbindungen innerhalb weniger Wochen.[67][68]Ein C5H5-Ring im (η5–C5H5)3Bk kann durch Chlor ersetzt werden, wobei das dimere [Bk(C5H5)2Cl]2entsteht. Das optische Absorptionsspektrum dieser Verbindung ist sehr ähnlich zum (η5–C5H5)3Bk.[69][65][70]

Sicherheitshinweise

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Einstufungen nach derCLP-Verordnungliegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf derRadioaktivitätberuhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Literatur

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Commons:Berkelium– Sammlung von Bildern und Audiodateien
Wiktionary: Berkelium– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Eintrag zuBerkelium.In:Römpp Online.Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.
  • Amanda Yarnell:Berkelium,Chemical & Engineering News, 2003.

Einzelnachweise

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  1. ↑Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: David E. Hobart and Joseph R. Peterson:Berkelium.Hrsg.: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger. Springer, Dordrecht 2006,ISBN 1-4020-3555-1,S.1444–1498,doi:10.1007/1-4020-3598-5_10(nevada.edu[PDF; abgerufen am 30. März 2019]).
  2. ↑abcdeEintrag zuberkeliumin Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019):NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1).Hrsg.:NIST,Gaithersburg, MD.doi:10.18434/T4W30F(physics.nist.gov/asd).Abgerufen am 13. Juni 2020.
  3. ↑abcdeEintrag zuberkeliumbeiWebElements,webelements,abgerufen am 13. Juni 2020.
  4. ↑abHobart, Peterson (2006), S. 1482.
  5. ↑abcdG. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra:The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties;in:Nuclear Physics A,2003,729(1), S. 3–128.doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.(PDF;1,0 MB).
  6. ↑Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieses Element entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  7. ↑S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. T. Seaborg:Element 97;in:Physical Review,1950,77(6), S. 838–839 (doi:10.1103/PhysRev.77.838.2).
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