Berkelio

El berkelio es un elemento químico radiactivo transuránico con el símbolo Bk y el número atómico 97. Es un miembro de la serie de elementos actínidos y transuránicos. Lleva el nombre de la ciudad de Berkeley, California, la ubicación del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (entonces el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California) donde se descubrió en diciembre de 1949. El berkelio fue el quinto elemento transuránico descubierto después del neptunio, el plutonio, el curio y el americio.

El principal isótopo de berkelio, Bk, se sintetiza en cantidades diminutas en reactores nucleares de alto flujo dedicados, principalmente en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, Estados Unidos, y en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos en Dimitrovgrad, Rusia. La producción del segundo isótopo más importante, Bk, implica la irradiación del raro isótopo Cm con partículas alfa de alta energía.

Se ha producido poco más de un gramo de berkelio en los Estados Unidos desde 1967. No existe una aplicación práctica del berkelio fuera de la investigación científica, que se dirige principalmente a la síntesis de elementos transuránicos más pesados ​​y elementos superpesados. Se preparó un lote de 22 miligramos de berkelio-249 durante un período de irradiación de 250 días y luego se purificó durante otros 90 días en Oak Ridge en 2009. Esta muestra se utilizó para sintetizar el nuevo elemento tennessine por primera vez en 2009 en el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear, Rusia, después de haber sido bombardeado con iones de calcio-48 durante 150 días. Esta fue la culminación de la colaboración entre Rusia y Estados Unidos en la síntesis de los elementos más pesados ​​de la tabla periódica.

El berkelio es un metal radiactivo blando de color blanco plateado. El isótopo berkelio-249 emite electrones de baja energía y, por lo tanto, su manipulación es relativamente segura. Se desintegra con una vida media de 330 días a californio-249, que es un fuerte emisor de partículas alfa ionizantes. Esta transformación gradual es una consideración importante cuando se estudian las propiedades del berkelio elemental y sus compuestos químicos, ya que la formación de californio trae no solo contaminación química, sino también efectos de radicales libres y autocalentamiento de las partículas alfa emitidas.

Características

Físico

El berkelio es un metal actínido radiactivo blanco plateado suave. En la tabla periódica, se encuentra a la derecha del actínido curio, a la izquierda del actínido californio y debajo del lantánido terbio con el que comparte muchas similitudes en propiedades físicas y químicas. Su densidad de 14,78 g/cm se sitúa entre las del curio (13,52 g/cm) y el californio (15,1 g/cm), al igual que su punto de fusión de 986 °C, inferior al del curio (1340 °C) pero superior al de californio (900 °C). El berkelio es relativamente blando y tiene uno de los módulos de volumen más bajos entre los actínidos, aproximadamente 20 GPa (2 × 10 Pa).

Los iones de berkelio (III) muestran dos picos de fluorescencia nítidos a 652 nanómetros (luz roja) y 742 nanómetros (rojo oscuro - infrarrojo cercano) debido a las transiciones internas en la capa de electrones f. La intensidad relativa de estos picos depende de la potencia de excitación y la temperatura de la muestra. Esta emisión se puede observar, por ejemplo, después de dispersar iones de berkelio en un vidrio de silicato, fundiendo el vidrio en presencia de óxido o haluro de berkelio.

Entre 70 K y temperatura ambiente, el berkelio se comporta como un material paramagnético Curie-Weiss con un momento magnético efectivo de 9,69 magnetones de Bohr (µB ₎ y una temperatura de Curie de 101 K. Este momento magnético es casi igual al valor teórico de 9,72 µ _B calculado dentro del modelo de acoplamiento LS atómico simple. Al enfriarse a aproximadamente 34 K, el berkelio experimenta una transición a un estado antiferromagnético. La entalpía de disolución en ácido clorhídrico en condiciones estándar es −600 kJ/mol, de donde se obtiene la entalpía estándar de formación (Δ _f H °) de iones Bk acuosos como −601 kJ/mol. El potencial de electrodo estándar Bk /Bk es −2,01 V.El potencial de ionización de un átomo de berkelio neutro es de 6,23 eV.

Alótropos

En condiciones ambientales, el berkelio asume su forma α más estable que tiene una simetría hexagonal, grupo espacial P6 ₃ /mmc, parámetros de red de 341 pm y 1107 pm. El cristal tiene una estructura de empaquetamiento cerrado de doble hexágono con la secuencia de capas ABAC y, por lo tanto, es isotípico (que tiene una estructura similar) con α-lantano y α-formas de actínidos más allá del curio. Esta estructura cristalina cambia con la presión y la temperatura. Cuando se comprime a temperatura ambiente a 7 GPa, el α-berkelio se transforma en la modificación β, que tiene una simetría cúbica centrada en las caras (fcc) y un grupo espacial Fm 3 m. Esta transición ocurre sin cambio de volumen, pero la entalpía aumenta en 3,66 kJ/mol.Tras una mayor compresión a 25 GPa, el berkelio se transforma en una estructura ortorrómbica de γ-berkelio similar a la del α-uranio. Esta transición va acompañada de una disminución del volumen del 12 % y una deslocalización de los electrones en la capa de electrones 5f. No se observan más transiciones de fase hasta 57 GPa.

Al calentarse, el berkelio α se transforma en otra fase con una red fcc (pero ligeramente diferente del berkelio β), grupo espacial Fm 3 my la constante de red de 500 pm; esta estructura fcc es equivalente al empaquetamiento más cercano con la secuencia ABC. Esta fase es metaestable y volverá gradualmente a la fase original de berkelio α a temperatura ambiente. Se cree que la temperatura de transición de fase está bastante cerca del punto de fusión.

Químico

Como todos los actínidos, el berkelio se disuelve en varios ácidos inorgánicos acuosos, liberando hidrógeno gaseoso y convirtiéndolo en el estado de berkelio (III). Este estado de oxidación trivalente (+3) es el más estable, especialmente en soluciones acuosas, pero también se conocen compuestos tetravalentes (+4) y posiblemente divalentes (+2) de berkelio. La existencia de sales divalentes de berkelio es incierta y solo se ha informado en fusiones mixtas de cloruro de lantano (III) y cloruro de estroncio. Se observa un comportamiento similar para el análogo lantánido del berkelio, el terbio. Las soluciones acuosas de iones Bk son verdes en la mayoría de los ácidos. El color de los iones Bk es amarillo en ácido clorhídrico y amarillo anaranjado en ácido sulfúrico.El berkelio no reacciona rápidamente con el oxígeno a temperatura ambiente, posiblemente debido a la formación de una capa protectora de óxido en la superficie. Sin embargo, reacciona con metales fundidos, hidrógeno, halógenos, calcógenos y pnictógenos para formar varios compuestos binarios.

Isótopos

Se han caracterizado unos veinte isótopos y seis isómeros nucleares (estados excitados de un isótopo) de berkelio con números de masa que van desde 233 a 253 (excepto 235, 237 y 239). Todos ellos son radiactivos. Las vidas medias más largas se observan para Bk (1380 años), Bk (más de 300 años) y Bk (330 días); las vidas medias de los otros isótopos van desde microsegundos hasta varios días. El isótopo más fácil de sintetizar es el berkelio-249. Esto emite principalmente partículas β blandas que son inconvenientes para la detección. Su radiación alfa es bastante débil (1,45 × 10%) con respecto a la radiación β, pero a veces se usa para detectar este isótopo. El segundo isótopo importante de berkelio, el berkelio-247, es un emisor alfa, como lo son la mayoría de los isótopos de actínidos.

Ocurrencia

Todos los isótopos de berkelio tienen una vida media demasiado corta para ser primordiales. Por lo tanto, cualquier berkelio primordial, es decir, el berkelio presente en la Tierra durante su formación, ya se ha descompuesto.

En la Tierra, el berkelio se concentra principalmente en ciertas áreas, que se utilizaron para las pruebas de armas nucleares atmosféricas entre 1945 y 1980, así como en los sitios de incidentes nucleares, como el desastre de Chernobyl, el accidente de Three Mile Island y la base aérea de Thule de 1968. Accidente del B-52. El análisis de los escombros en el sitio de prueba de la primera arma termonuclear de los Estados Unidos, Ivy Mike, (1 de noviembre de 1952, Enewetak Atoll), reveló altas concentraciones de varios actínidos, incluido el berkelio. Por razones de secreto militar, este resultado no se publicó hasta 1956.

Los reactores nucleares producen principalmente, entre los isótopos de berkelio, berkelio-249. Durante el almacenamiento y antes de la eliminación del combustible, la mayor parte de su beta se descompone en californio-249. Este último tiene una vida media de 351 años, que es relativamente larga en comparación con los otros isótopos producidos en el reactor y, por lo tanto, no es deseable en los productos de eliminación.

Los elementos transuránicos desde el americio hasta el fermio, incluido el berkelio, se produjeron naturalmente en el reactor de fisión nuclear natural de Oklo, pero ya no lo hacen.

Berkelium también es uno de los elementos que se han detectado en la estrella de Przybylski.

Historia

Aunque posiblemente se produjeron cantidades muy pequeñas de berkelio en experimentos nucleares anteriores, Glenn T. Seaborg, Albert Ghiorso, Stanley Gerald Thompson y Kenneth Street Jr. lo sintetizaron, aislaron e identificaron intencionalmente por primera vez en diciembre de 1949. ciclotrón de la Universidad de California, Berkeley. Similar al descubrimiento casi simultáneo del americio (elemento 95) y el curio (elemento 96) en 1944, los nuevos elementos berkelio y californio (elemento 98) se produjeron en 1949-1950.

La elección del nombre para el elemento 97 siguió la tradición anterior del grupo californiano de trazar una analogía entre el actínido recién descubierto y el elemento lantánido situado encima de él en la tabla periódica. Anteriormente, el americio recibió el nombre de un continente como su análogo europio, y el curio honró a los científicos Marie y Pierre Curie, ya que el lantánido que se encuentra arriba, el gadolinio, recibió el nombre del explorador de los elementos de tierras raras Johan Gadolin. Así, el informe del descubrimiento del grupo de Berkeley dice: "Se sugiere que al elemento 97 se le dé el nombre de berkelio (símbolo Bk) en honor a la ciudad de Berkeley de una manera similar a la que se usa para nombrar a su homólogo químico terbio (número atómico 65) cuyo El nombre se derivó de la ciudad de Ytterby, Suecia, donde se encontraron por primera vez los minerales de tierras raras".Sin embargo, esta tradición terminó con el berkelio, ya que el nombre del siguiente actínido descubierto, californio, no estaba relacionado con su análogo de lantánido, disprosio, sino con el lugar del descubrimiento.

Los pasos más difíciles en la síntesis de berkelio fueron su separación de los productos finales y la producción de cantidades suficientes de americio para el material objetivo. En primer lugar, una solución de nitrato de americio (Am) se revistió sobre una lámina de platino, la solución se evaporó y el residuo se convirtió por hibridación en dióxido de americio (_AmO2). Este objetivo fue irradiado con partículas alfa de 35 MeV durante 6 horas en el ciclotrón de 60 pulgadas en el Laboratorio de Radiación Lawrence, Universidad de California, Berkeley. La reacción (α,2n) inducida por la irradiación produjo el isótopo Bk y dos neutrones libres:₉₅Soy+₂Él→₉₇negro+ 2₀norte

Después de la irradiación, el recubrimiento se disolvió con ácido nítrico y luego se precipitó como hidróxido usando una solución acuosa concentrada de amoníaco. El producto se centrifugó y se volvió a disolver en ácido nítrico. Para separar el berkelio del americio sin reaccionar, esta solución se añadió a una mezcla de amonio y sulfato de amonio y se calentó para convertir todo el americio disuelto al estado de oxidación +6. El americio residual no oxidado se precipitó mediante la adición de ácido fluorhídrico como fluoruro de americio (III) (_AmF3). Este paso produjo una mezcla del producto acompañante curio y el esperado elemento 97 en forma de trifluoruros. La mezcla se convirtió en los hidróxidos correspondientes tratándola con hidróxido de potasio y, después de la centrifugación, se disolvió en ácido perclórico.

La separación adicional se llevó a cabo en presencia de una solución tampón de ácido cítrico/amonio en un medio débilmente ácido (pH≈3.5), usando intercambio iónico a temperatura elevada. El comportamiento de separación cromatográfica era desconocido para el elemento 97 en ese momento, pero se anticipó por analogía con el terbio. Los primeros resultados fueron decepcionantes porque no se pudo detectar ninguna firma de emisión de partículas alfa del producto de elución. Con más análisis, buscando rayos X característicos y señales de conversión de electrones, finalmente se detectó un isótopo de berkelio. Su número de masa era incierto entre 243 y 244 en el informe inicial, pero luego se estableció como 243.

Síntesis y extracción

Preparación de isótopos

El berkelio se produce mediante el bombardeo de actínidos más ligeros de uranio (U) o plutonio (Pu) con neutrones en un reactor nuclear. En un caso más común de combustible de uranio, el plutonio se produce primero por captura de neutrones (la llamada reacción (n, γ) o fusión de neutrones) seguida por la desintegración beta:(los tiempos son vidas medias)

El plutonio-239 es irradiado además por una fuente que tiene un alto flujo de neutrones, varias veces más alto que un reactor nuclear convencional, como el High Flux Isotope Reactor (HFIR) de 85 megavatios en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, EE. UU. El flujo más alto promueve reacciones de fusión que involucran no uno sino varios neutrones, convirtiendo Pu en Cm y luego en Cm:

Curium-249 tiene una vida media corta de 64 minutos y, por lo tanto, su conversión posterior a Cm tiene una baja probabilidad. En cambio, se transforma por decaimiento beta en Bk:

El Bk así producido tiene una vida media larga de 330 días y, por lo tanto, puede capturar otro neutrón. Sin embargo, el producto, Bk, nuevamente tiene una vida media relativamente corta de 3,212 horas y, por lo tanto, no produce isótopos de berkelio más pesados. En cambio, se descompone en el isótopo californio Cf:

Aunque Bk es el isótopo más estable del berkelio, su producción en reactores nucleares es muy difícil porque nunca se ha observado que su potencial progenitor Cm sufra una desintegración beta. Por lo tanto, Bk es el isótopo de berkelio más accesible, que todavía está disponible solo en pequeñas cantidades (solo se han producido 0,66 gramos en los EE. UU. durante el período 1967-1983) a un alto precio del orden de 185 USD por microgramo. Es el único isótopo de berkelio disponible a granel y, por lo tanto, el único isótopo de berkelio cuyas propiedades se pueden estudiar de forma exhaustiva.

El isótopo Bk se obtuvo por primera vez en 1956 bombardeando una mezcla de isótopos de curio con partículas α de 25 MeV. Aunque su detección directa se vio obstaculizada por la fuerte interferencia de la señal con Bk, la existencia de un nuevo isótopo se demostró por el crecimiento del producto de desintegración Cf que se había caracterizado previamente. La vida media de Bk se estimó como23 ± 5 horas, aunque el trabajo posterior de 1965 dio una vida media de más de 300 años (lo que puede deberse a un estado isomérico). Berkelium-247 se produjo durante el mismo año irradiando Cm con partículas alfa:

El berkelio-242 se sintetizó en 1979 bombardeando U con B, U con B, Th con N o Th con N. Se convierte por captura de electrones en Cm con una vida media de7,0 ± 1,3 minutos. Una búsqueda de un isótopo Bk inicialmente sospechado no tuvo éxito; Desde entonces, Bk ha sido sintetizado.

Separación

El hecho de que el berkelio asuma fácilmente el estado de oxidación +4 en los sólidos y sea relativamente estable en este estado en los líquidos ayuda en gran medida a la separación del berkelio de muchos otros actínidos. Estos se producen inevitablemente en cantidades relativamente grandes durante la síntesis nuclear y, a menudo, favorecen el estado +3. Este hecho aún no se conocía en los experimentos iniciales, que utilizaron un procedimiento de separación más complejo. Se pueden aplicar varios agentes de oxidación inorgánicos a las soluciones de berkelio (III) para convertirlo al estado +4, como los bromatos (BrO−3), bismutatos (BiO−3), cromatos (CrO2−4y Cr2O _{_} _2−7), tiolato de plata (I) (Ag ₂ S ₂ O ₈), óxido de plomo (IV) (PbO ₂), ozono (O ₃) o procedimientos de oxidación fotoquímica. Más recientemente, se ha descubierto que algunas moléculas orgánicas y bioinspiradas, como el quelante llamado 3,4,3-LI(1,2-HOPO), también pueden oxidar Bk(III) y estabilizar Bk(IV) bajo condiciones suaves.A continuación, se extrae el berkelio (IV) mediante intercambio iónico, cromatografía de extracción o extracción líquido-líquido utilizando HDEHP (ácido bis-(2-etilhexil)fosfórico), aminas, fosfato de tributilo u otros reactivos. Estos procedimientos separan el berkelio de la mayoría de los actínidos y lantánidos trivalentes, a excepción del lantánido de cerio (los lantánidos están ausentes en el objetivo de irradiación pero se crean en varias cadenas de descomposición de la fisión nuclear).

Un procedimiento más detallado adoptado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge fue el siguiente: la mezcla inicial de actínidos se procesa con intercambio iónico usando el reactivo de cloruro de litio, luego se precipita como hidróxidos, se filtra y se disuelve en ácido nítrico. Luego se trata con elución a alta presión de resinas de intercambio catiónico, y la fase de berkelio se oxida y se extrae usando uno de los procedimientos descritos anteriormente. La reducción del berkelio (IV) así obtenido al estado de oxidación +3 produce una solución que está casi libre de otros actínidos (pero contiene cerio). Luego, el berkelio y el cerio se separan con otra ronda de tratamiento de intercambio iónico.

Preparación de metales a granel

Para caracterizar las propiedades químicas y físicas del berkelio sólido y sus compuestos, se inició un programa en 1952 en el Material Testing Reactor, Arco, Idaho, EE. UU. Resultó en la preparación de un objetivo de plutonio-239 de ocho gramos y en la primera producción de cantidades macroscópicas (0,6 microgramos) de berkelio por parte de Burris B. Cunningham y Stanley Gerald Thompson en 1958, después de una irradiación continua del reactor de este objetivo durante seis años.. Este método de irradiación fue y sigue siendo la única forma de producir cantidades ponderables del elemento, y la mayoría de los estudios de estado sólido de berkelio se han realizado en muestras de microgramos o submicrogramos.

Las principales fuentes de irradiación del mundo son el reactor de isótopos de alto flujo de 85 megavatios del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, EE. UU., y el reactor de bucle SM-2 del Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (NIIAR) en Dimitrovgrad, Rusia, que dedicada a la producción de elementos de transcurio (número atómico superior a 96). Estas instalaciones tienen niveles de potencia y flujo similares, y se espera que tengan capacidades de producción comparables para elementos de transcurio, aunque las cantidades producidas en NIIAR no se informan públicamente. En una "campaña de procesamiento típica" en Oak Ridge, se irradian decenas de gramos de curio para producir cantidades de decigramos de californio, cantidades de miligramos de berkelio-249 y einstenio, y cantidades de picogramos de fermio.En total, se ha producido poco más de un gramo de berkelio-249 en Oak Ridge desde 1967.

La primera muestra de berkelio metálico que pesaba 1,7 microgramos se preparó en 1971 mediante la reducción de fluoruro de berkelio (III) con vapor de litio a 1000 °C; el fluoruro se suspendió en un alambre de tungsteno sobre un crisol de tantalio que contenía litio fundido. Posteriormente, con este método se obtuvieron muestras de metal con un peso de hasta 0,5 miligramos.BkF ₃ + 3 Li → Bk + 3 LiF

Se obtienen resultados similares con fluoruro de berkelio (IV). El berkelio metálico también se puede producir mediante la reducción del óxido de berkelio (IV) con torio o lantano.

Compuestos

Óxidos

Se conocen dos óxidos de berkelio, con el estado de oxidación de berkelio de +3 (Bk ₂ O ₃) y +4 (BkO ₂). El óxido de berkelio(IV) es un sólido marrón, mientras que el óxido de berkelio(III) es un sólido amarillo verdoso con un punto de fusión de 1920 °C y se forma a partir de BkO ₂ por reducción con hidrógeno molecular:2 BkO ₂ + H ₂ → Bk ₂ O ₃ + H ₂ O

Al calentarse a 1200 °C, el óxido Bk ₂ O ₃ sufre un cambio de fase; sufre otro cambio de fase a 1750 °C. Este comportamiento trifásico es típico de los sesquióxidos de actínidos. Se ha informado que el óxido de berkelio (II), BkO, es un sólido gris quebradizo, pero su composición química exacta sigue siendo incierta.

Haluros

En los haluros, el berkelio asume los estados de oxidación +3 y +4. El estado +3 es el más estable, especialmente en soluciones, mientras que los haluros tetravalentes BkF ₄ y Cs ₂ BkCl ₆ sólo se conocen en fase sólida. La coordinación del átomo de berkelio en su trivalente fluoruro y cloruro es prismático trigonal tricpado, con el número de coordinación 9. En el bromuro trivalente, es prismático trigonal bicapado (coordinación 8) u octaédrico (coordinación 6), y en el yoduro es octaédrico.

El fluoruro de berkelio (IV) (BkF ₄) es un sólido iónico de color amarillo verdoso y es isotípico con el tetrafluoruro de uranio o el tetrafluoruro de circonio. El fluoruro de berkelio (III) (BkF ₃) también es un sólido amarillo verdoso, pero tiene dos estructuras cristalinas. La fase más estable a bajas temperaturas es isotípica con el fluoruro de itrio (III), mientras que al calentarse entre 350 y 600 °C, se transforma en la estructura que se encuentra en el trifluoruro de lantano.

Las cantidades visibles de cloruro de berkelio (III) (BkCl ₃) se aislaron y caracterizaron por primera vez en 1962 y pesaban solo 3 mil millonésimas de gramo. Se puede preparar introduciendo vapores de cloruro de hidrógeno en un tubo de cuarzo al vacío que contiene óxido de berkelio a una temperatura de unos 500 °C. Este sólido verde tiene un punto de fusión de 600 °C y es isotípico con el cloruro de uranio (III). Al calentarse casi hasta el punto de fusión, BkCl ₃ se convierte en una fase ortorrómbica.

Se conocen dos formas de bromuro de berkelio (III): una con berkelio que tiene coordinación 6 y otra con coordinación 8. La última es menos estable y se transforma en la primera fase al calentarse a aproximadamente 350 ° C. Se ha estudiado un fenómeno importante para los sólidos radiactivos en estas dos formas de cristal: la estructura de las muestras de BkBr ₃ frescas y envejecidas se probó mediante difracción de rayos X durante un período de más de 3 años, de modo que varias fracciones de berkelio-249 se descompusieron beta. al californio-249. No se observó ningún cambio en la estructura tras la transformación BkBr ₃ - CfBr ₃. Sin embargo, se observaron otras diferencias para BkBr ₃ y CfBr ₃. Por ejemplo, este último podría reducirse con hidrógeno a CfBr ₂, pero el primero no; este resultado se reprodujo en muestras individuales de BkBr ₃ y CfBr ₃, así como en las muestras que contenían ambos bromuros. El intercrecimiento de californio en berkelio ocurre a una tasa de 0,22% por día y es un obstáculo intrínseco en el estudio de las propiedades del berkelio. Además de una contaminación química, Cf, al ser un emisor alfa, provoca un autodaño indeseable de la red cristalina y el autocalentamiento resultante. Sin embargo, el efecto químico se puede evitar realizando mediciones en función del tiempo y extrapolando los resultados obtenidos.

Otros compuestos inorgánicos

Los pnictides de berkelio-249 del tipo BkX son conocidos por los elementos nitrógeno, fósforo, arsénico y antimonio. Cristalizan en la estructura de sal de roca y se preparan mediante la reacción de hidruro de berkelio (III) (BkH ₃) o berkelio metálico con estos elementos a temperatura elevada (alrededor de 600 °C) bajo alto vacío.

El sulfuro de berkelio(III), Bk ₂ S ₃, se prepara tratando el óxido de berkelio con una mezcla de vapores de sulfuro de hidrógeno y disulfuro de carbono a 1130 °C, o haciendo reaccionar directamente el berkelio metálico con azufre elemental. Estos procedimientos producen cristales de color negro pardusco.

Los hidróxidos de berkelio (III) y berkelio (IV) son estables en soluciones 1 molar de hidróxido de sodio. El fosfato de berkelio (III) (BkPO ₄) se ha preparado como un sólido, que muestra una fuerte fluorescencia bajo excitación con una luz verde. Los hidruros de berkelio se producen haciendo reaccionar metal con gas hidrógeno a temperaturas de unos 250 °C. Son no estequiométricos con la fórmula nominal BkH_{2+ x}(0 < x < 1). Se conocen varias otras sales de berkelio, incluido un oxisulfuro (Bk ₂ O ₂ S) y nitrato hidratado (Bk (NO₃)₃·4H₂O), cloruro (BkCl₃·6H₂O), sulfato (Bk₂(ASI QUE₄)₃·12H₂O) y oxalato (Bk₂(C₂O₄)₃·4H₂O). Descomposición térmica a unos 600 °C en atmósfera de argón (para evitar la oxidación a BkO ₂) de Bk₂(ASI QUE₄)₃·12H₂O produce los cristales de oxisulfato de berkelio (III) (Bk ₂ O ₂ SO ₄). Este compuesto es térmicamente estable a por lo menos 1000 °C en atmósfera inerte.

Compuestos de organoberkelio

El berkelio forma un complejo de metaloceno trigonal (η –C ₅ H ₅) ₃ Bk con tres anillos de ciclopentadienilo, que se puede sintetizar haciendo reaccionar cloruro de berkelio (III) con el beriloceno fundido (Be(C ₅ H ₅) ₂) a aproximadamente 70 ° C. Tiene un color ámbar y una densidad de 2,47 g/cm. El complejo es estable al calentamiento hasta al menos 250 °C y se sublima sin fundirse a aproximadamente 350 °C. La alta radiactividad del berkelio destruye gradualmente el compuesto (en un período de semanas). Un anillo de ciclopentadienilo en (η –C ₅ H ₅) ₃ Bk puede sustituirse por cloro para producir[Bk(C ₅ H ₅) ₂ Cl] ₂. Los espectros de absorción óptica de este compuesto son muy similares a los de (η –C ₅ H ₅) ₃ Bk.

Aplicaciones

Actualmente no hay uso para ningún isótopo de berkelio fuera de la investigación científica básica. El berkelio-249 es un nucleido diana común para preparar elementos transuránicos aún más pesados ​​y elementos superpesados, como el laurencio, el rutherfordio y el bohrio. También es útil como fuente del isótopo californio-249, que se utiliza para estudios sobre la química del californio con preferencia al californio-252 más radiactivo que se produce en instalaciones de bombardeo de neutrones como el HFIR.

Se preparó un lote de 22 miligramos de berkelio-249 en una irradiación de 250 días y luego se purificó durante 90 días en Oak Ridge en 2009. Este objetivo produjo los primeros 6 átomos de tennessina en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR), Dubna, Rusia, tras bombardearla con iones de calcio en el ciclotrón U400 durante 150 días. Esta síntesis fue la culminación de la colaboración Rusia-Estados Unidos entre JINR y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en la síntesis de los elementos 113 a 118 que se inició en 1989.

Ciclo del combustible nuclear

Las propiedades de fisión nuclear del berkelio son diferentes de las de los actínidos vecinos curio y californio, y sugieren que el berkelio funciona mal como combustible en un reactor nuclear. Específicamente, el berkelio-249 tiene una sección transversal de captura de neutrones moderadamente grande de 710 graneros para neutrones térmicos, 1200 graneros de resonancia integral, pero una sección transversal de fisión muy baja para neutrones térmicos. En un reactor térmico, gran parte se convertirá en berkelio-250, que se descompone rápidamente en californio-250. En principio, el berkelio-249 puede sostener una reacción nuclear en cadena en un reactor reproductor rápido. Su masa crítica es relativamente alta con 192 kg; se puede reducir con un reflector de agua o de acero, pero aun así superaría la producción mundial de este isótopo.

Berkelium-247 puede mantener una reacción en cadena tanto en un reactor de neutrones térmicos como en uno de neutrones rápidos, sin embargo, su producción es bastante compleja y, por lo tanto, la disponibilidad es mucho menor que su masa crítica, que es de unos 75,7 kg para una esfera desnuda. 41,2 kg con reflector de agua y 35,2 kg con reflector de acero (30 cm de espesor).

Problemas de salud

Se sabe poco sobre los efectos del berkelio en el cuerpo humano, y es posible que no se establezcan analogías con otros elementos debido a los diferentes productos de radiación (electrones para berkelio y partículas alfa, neutrones o ambos para la mayoría de los otros actínidos). La baja energía de los electrones emitidos por el berkelio-249 (menos de 126 keV) dificulta su detección debido a la interferencia de la señal con otros procesos de descomposición, pero también hace que este isótopo sea relativamente inofensivo para los humanos en comparación con otros actínidos. Sin embargo, el berkelio-249 se transforma con una vida media de solo 330 días en el fuerte emisor alfa californio-249, que es bastante peligroso y debe manipularse en una caja de guantes en un laboratorio dedicado.

La mayoría de los datos disponibles sobre la toxicidad del berkelio provienen de investigaciones con animales. Tras la ingestión por ratas, solo alrededor del 0,01% del berkelio termina en el torrente sanguíneo. De ahí, cerca del 65% va a los huesos, donde permanece unos 50 años, el 25% a los pulmones (vida media biológica unos 20 años), el 0,035% a los testículos o el 0,01% a los ovarios donde permanece indefinidamente el berkelio. El resto de alrededor del 10% se excreta. En todos estos órganos, el berkelio podría promover el cáncer, y en el esqueleto, su radiación puede dañar los glóbulos rojos. La cantidad máxima permitida de berkelio-249 en el esqueleto humano es de 0,4 nanogramos.