El berkelio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Bk y su número atómico es 97. Es miembro de la serie de los actínidos y transuránicos . Recibe su nombre de la ciudad de Berkeley, California , donde se encontraba el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (en aquel entonces Laboratorio de Radiación de la Universidad de California ), donde fue descubierto 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 del berkelio, el 249 Bk, se sintetiza en cantidades minúsculas en reactores nucleares especializados de alto flujo , principalmente en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee , Estados Unidos, y en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos en Dimitrovgrad, Rusia . El isótopo de vida más larga y el segundo más importante, el 247 Bk, se puede sintetizar mediante la irradiación de 244 Cm con partículas alfa de alta energía .
Desde 1967, en Estados Unidos se ha producido poco más de un gramo de berkelio. No hay ninguna 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 tenesina por primera vez en 2009 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear , Rusia , después de ser 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 radioactivo , blando y de color blanco plateado . El isótopo berkelio-249 emite electrones de baja energía , por lo que su manipulación es relativamente segura. Se desintegra en californio -249, un potente emisor de partículas alfa ionizantes, con una vida media de 330 días . Esta transformación gradual es un factor importante a tener en cuenta a la hora de estudiar las propiedades del berkelio elemental y sus compuestos químicos, ya que la formación de californio no solo conlleva contaminación química, sino también efectos de radicales libres y autocalentamiento a partir de las partículas alfa emitidas.
El berkelio es un metal actínido radiactivo, blando y de color blanco plateado. 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 3 se encuentra entre las del curio (13,52 g/cm 3 ) y el californio (15,1 g/cm 3 ), al igual que su punto de fusión de 986 °C, inferior al del curio (1340 °C) pero superior al del californio (900 °C). [5] El berkelio es relativamente blando y tiene uno de los módulos volumétricos más bajos entre los actínidos, de unos 20 GPa (2 × 1010 Pa). [6]
Los iones de berkelio (III) muestran dos picos de fluorescencia agudos a 652 nanómetros (luz roja) y 742 nanómetros (rojo intenso – infrarrojo cercano ) debido a 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. [7] [8]
Entre 70 K y la temperatura ambiente, el berkelio se comporta como un material paramagnético de Curie-Weiss con un momento magnético efectivo de 9,69 magnetones de Bohr (μ B ) 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 atómico LS simple . Al enfriarse a aproximadamente 34 K, el berkelio experimenta una transición a un estado antiferromagnético . [9] La entalpía de disolución en ácido clorhídrico en condiciones estándar es de −600 kJ/mol, de la cual se obtiene la entalpía estándar de formación (Δ f H °) de iones acuosos Bk 3+ como −601 kJ/mol. El potencial de electrodo estándar Bk 3+ /Bk es de −2,01 V. [10] El potencial de ionización de un átomo de berkelio neutro es de 6,23 eV. [11]
En condiciones ambientales, el berkelio asume su forma α más estable que tiene una simetría hexagonal , grupo espacial P6 3 /mmc , parámetros reticulares de 341 pm y 1107 pm. El cristal tiene una estructura de empaquetamiento cerrado doblemente hexagonal con la secuencia de capas ABAC y, por lo tanto, es isotípico (tiene una estructura similar) con α-lantano y formas α de actínidos más allá del curio. [12] Esta estructura cristalina cambia con la presión y la temperatura. Cuando se comprime a temperatura ambiente a 7 GPa, el α-berkelio se transforma a 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. [13] Tras una mayor compresión hasta 25 GPa, el berkelio se transforma en una estructura de γ-berkelio ortorrómbica similar a la del uranio α. Esta transición va acompañada de una disminución del volumen del 12 % y de una deslocalización de los electrones en la capa electrónica 5f . [14] No se observan más transiciones de fase hasta 57 GPa. [6] [15]
Al calentarse, el α-berkelio se transforma en otra fase con una red fcc (pero ligeramente diferente de la del β-berkelio), un grupo espacial Fm de 3 m y una constante de red de 500 pm; esta estructura fcc es equivalente al empaquetamiento más cercano con la secuencia ABC. Esta fase es metaestable y gradualmente volverá a la fase original de α-berkelio a temperatura ambiente . [12] Se cree que la temperatura de la transición de fase está bastante cerca del punto de fusión. [16] [17] [18]
Como todos los actínidos , el berkelio se disuelve en varios ácidos inorgánicos acuosos, liberando hidrógeno gaseoso y convirtiéndose en el estado berkelio (III). Este estado de oxidación trivalente (+3) es el más estable, especialmente en soluciones acuosas, [19] [20] pero también se conocen compuestos de berkelio tetravalentes (+4), [21] pentavalentes (+5), [22] y posiblemente divalentes (+2). La existencia de sales de berkelio divalentes es incierta y solo se ha informado en fundidos mixtos de cloruro de lantano (III) - cloruro de estroncio . [23] [24] Se observa un comportamiento similar para el análogo lantánido del berkelio, el terbio . [25] Las soluciones acuosas de iones Bk 3+ son verdes en la mayoría de los ácidos. El color de los iones Bk 4+ es amarillo en ácido clorhídrico y amarillo anaranjado en ácido sulfúrico . [23] [26] [27] 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 pictógenos para formar varios compuestos binarios. [9] [16]
Se han caracterizado diecinueve isótopos y seis isómeros nucleares (estados excitados de un isótopo) del berkelio, con números másicos que van desde 233 a 253 (excepto 235 y 237). [28] Todos ellos son radiactivos. Las vidas medias más largas se observan para 247 Bk (1.380 años), 248 Bk (más de 300 años) y 249 Bk (330 días); las vidas medias de los otros isótopos varían desde microsegundos hasta varios días. El isótopo que es más fácil de sintetizar es el berkelio-249. Este emite principalmente partículas β blandas que son incómodas para la detección. Su radiación alfa es bastante débil (1,45 × 10−3 %) con respecto a la radiación β, pero a veces se utiliza para detectar este isótopo. El segundo isótopo importante del berkelio, el berkelio-247, es un emisor alfa, como lo son la mayoría de los isótopos de actínidos. [28] [29]
Todos los isótopos de berkelio tienen una vida media demasiado corta para ser primordiales . Por lo tanto, todo el berkelio primordial (es decir, el berkelio presente en la Tierra durante su formación) ya se ha desintegrado.
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 Chernóbil , el accidente de Three Mile Island y el accidente del B-52 de la Base Aérea Thule en 1968. El análisis de los escombros en el sitio de pruebas de la primera arma termonuclear de los Estados Unidos , Ivy Mike , (1 de noviembre de 1952, atolón Enewetak ), reveló altas concentraciones de varios actínidos, incluido el berkelio. Por razones de secreto militar, este resultado no se publicó hasta 1956. [30]
Los reactores nucleares producen, entre los isótopos de berkelio, principalmente berkelio-249. Durante el almacenamiento y antes de la eliminación del combustible, la mayor parte de este isótopo se desintegra en californio-249. Este último tiene una vida media de 351 años, que es relativamente larga en comparación con las vidas medias de otros isótopos producidos en el reactor [31] 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 producían de forma natural en el reactor de fisión nuclear natural de Oklo , pero ya no lo hacen. [32]
El berkelio es también uno de los elementos que teóricamente se han detectado en la estrella de Przybylski . [33]
Aunque posiblemente se produjeron cantidades muy pequeñas de berkelio en experimentos nucleares anteriores, fue sintetizado , aislado e identificado intencionalmente por primera vez en diciembre de 1949 por Glenn T. Seaborg , Albert Ghiorso , Stanley Gerald Thompson y Kenneth Street Jr. Utilizaron el ciclotrón de 60 pulgadas de la Universidad de California, Berkeley . De manera 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 entre 1949 y 1950. [25] [34] [35] [36] [37]
La elección del nombre del elemento 97 siguió la tradición previa del grupo californiano de trazar una analogía entre el recién descubierto actínido y el elemento lantánido ubicado sobre él en la tabla periódica . Anteriormente, el americio llevaba el nombre de un continente, al igual que su análogo , el europio , y el curio honraba a los científicos Marie y Pierre Curie , ya que el lantánido que se encuentra sobre él, el gadolinio , llevaba 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 el elemento 97 reciba el nombre de berkelio (símbolo Bk) en honor a la ciudad de Berkeley, de una manera similar a la utilizada para nombrar a su homólogo químico, el terbio (número atómico 65), cuyo nombre se deriva de la ciudad de Ytterby , Suecia , donde se encontraron por primera vez los minerales de tierras raras". [35] Esta tradición terminó con el berkelio, ya que el nombre del siguiente actínido descubierto, el californio , no estaba relacionado con su análogo lantánido , el disprosio , sino con el lugar del descubrimiento. [38]
Los pasos más difíciles en la síntesis del berkelio fueron su separación de los productos finales y la producción de cantidades suficientes de americio para el material objetivo. Primero, se revistió una lámina de platino con una solución de nitrato de americio ( 241 Am ) , se evaporó la solución y el residuo se convirtió mediante recocido en dióxido de americio ( AmO2 ). Este objetivo se irradió con partículas alfa de 35 MeV durante 6 horas en el ciclotrón de 60 pulgadas del Laboratorio de Radiación Lawrence, de la Universidad de California, Berkeley. La reacción (α,2n) inducida por la irradiación produjo el isótopo 243 Bk y dos neutrones libres : [35]
Después de la irradiación, el recubrimiento se disolvió con ácido nítrico y luego se precipitó como hidróxido utilizando 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 en el estado de oxidación +6. El americio residual no oxidado se precipitó mediante la adición de ácido fluorhídrico como fluoruro de americio (III) ( AmF 3 ). Este paso produjo una mezcla del producto acompañante curio y el elemento esperado 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 . [35]
La separación posterior se llevó a cabo en presencia de una solución tampón de ácido cítrico / amonio en un medio débilmente ácido ( pH ≈3,5), utilizando 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 a partir del producto de elución. Con un análisis posterior, buscando rayos X característicos y señales de electrones de conversión , finalmente se detectó un isótopo de berkelio. Su número de masa era incierto entre 243 y 244 en el informe inicial, [25] pero luego se estableció como 243. [35]
El berkelio se produce bombardeando actínidos más ligeros , uranio ( 238 U) o plutonio ( 239 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 de desintegración beta: [39]
El plutonio-239 se irradia además con una fuente que tiene un flujo de neutrones elevado , varias veces superior al de un reactor nuclear convencional, como el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) de 85 megavatios del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee, EE.UU. El mayor flujo promueve reacciones de fusión que involucran no uno sino varios neutrones, convirtiendo el 239 Pu en 244 Cm y luego en 249 Cm:
El curio-249 tiene una vida media corta de 64 minutos, por lo que su conversión posterior a 250 Cm tiene una probabilidad baja. En cambio, se transforma por desintegración beta en 249 Bk: [28]
El 249 Bk así producido tiene una vida media larga de 330 días y, por lo tanto, puede capturar otro neutrón. Sin embargo, el producto, 250 Bk, tiene una vida media relativamente corta de 3,212 horas y, por lo tanto, no produce isótopos más pesados de berkelio. En cambio, se desintegra en el isótopo de californio 250 Cf: [40] [41]
Aunque el 247 Bk es el isótopo más estable del berkelio, su producción en reactores nucleares es muy difícil porque nunca se ha observado que su progenitor potencial, el 247 Cm, sufra desintegración beta. [42] Por lo tanto, el 249 Bk es el isótopo más accesible del berkelio, que todavía está disponible solo en pequeñas cantidades (solo se han producido 0,66 gramos en los EE. UU. durante el período 1967-1983 [43] ) a un precio elevado del orden de 185 USD por microgramo. [5] Es el único isótopo de berkelio disponible en grandes cantidades y, por lo tanto, el único isótopo de berkelio cuyas propiedades se pueden estudiar ampliamente. [44]
El isótopo 248 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 una fuerte interferencia de la señal con 245 Bk, la existencia de un nuevo isótopo se demostró mediante el crecimiento del producto de desintegración 248 Cf que se había caracterizado previamente. La vida media de 248 Bk se estimó en23 ± 5 horas, [45] aunque trabajos posteriores de 1965 dieron una vida media superior a 300 años (lo que puede deberse a un estado isomérico). [46] El berkelio-247 se produjo durante el mismo año irradiando 244 Cm con partículas alfa: [47]
El berkelio-242 se sintetizó en 1979 bombardeando 235 U con 11 B, 238 U con 10 B, 232 Th con 14 N o 232 Th con 15 N. Se convierte por captura de electrones en 242 Cm con una vida media de7,0 ± 1,3 minutos. La búsqueda del isótopo 241 Bk inicialmente sospechado no tuvo éxito; [48] Desde entonces se ha sintetizado el 241 Bk. [49]
El hecho de que el berkelio adopte fácilmente el estado de oxidación +4 en sólidos y sea relativamente estable en este estado en líquidos facilita en gran medida 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 utilizaban 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 Cr2O2−7), 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 de inspiración biológica, como el quelante llamado 3,4,3-LI (1,2-HOPO), también pueden oxidar Bk (III) y estabilizar Bk (IV) en condiciones suaves. [21] Luego, el berkelio (IV) se extrae con intercambio iónico , cromatografía de extracción o extracción líquido-líquido utilizando HDEHP (ácido bis-(2-etilhexil) fosfórico), aminas , fosfato de tributilo o varios otros reactivos. Estos procedimientos separan al berkelio de la mayoría de los actínidos y lantánidos trivalentes , excepto del lantánido cerio (los lantánidos están ausentes en el objetivo de irradiación, pero se crean en varias cadenas de desintegración por fisión nuclear ). [50]
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 utilizando 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 a partir de resinas de intercambio catiónico , y la fase de berkelio se oxida y se extrae utilizando uno de los procedimientos descritos anteriormente. [50] 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. [51]
En 1952 se inició un programa para caracterizar las propiedades químicas y físicas del berkelio sólido y sus compuestos en el Reactor de Pruebas de Materiales de Arco, Idaho , EE. UU. El resultado fue la preparación de un blanco de plutonio-239 de ocho gramos y la primera producción de cantidades macroscópicas (0,6 microgramos) de berkelio por Burris B. Cunningham y Stanley Gerald Thompson en 1958, después de una irradiación continua de este blanco en el reactor durante seis años. [43] [52] Este método de irradiación fue y sigue siendo la única forma de producir cantidades pesadas del elemento, y la mayoría de los estudios de estado sólido del berkelio se han realizado en muestras de tamaño microgramo o submicrogramo. [16] [53]
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., [54] y el reactor de bucle SM-2 del Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (NIIAR) en Dimitrovgrad, Rusia , [55] que se dedican a la producción de elementos transcurio (número atómico mayor que 96). Estas instalaciones tienen niveles de potencia y flujo similares, y se espera que tengan capacidades de producción comparables para elementos transcurio, [56] 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 . [57] [58] En total, se ha producido poco más de un gramo de berkelio-249 en Oak Ridge desde 1967. [16]
La primera muestra de metal berkelio con un peso de 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. Más tarde, se obtuvieron muestras de metal con un peso de hasta 0,5 miligramos con este método. [12] [59]
Se obtienen resultados similares con el fluoruro de berkelio (IV). [14] El berkelio metálico también se puede producir mediante la reducción del óxido de berkelio (IV) con torio o lantano . [59] [60]
Se conocen dos óxidos de berkelio, con el estado de oxidación del berkelio de +3 ( Bk 2 O 3 ) y +4 ( BkO 2 ). [61] El óxido de berkelio (IV) es un sólido marrón, [62] mientras que el óxido de berkelio (III) es un sólido verde amarillento con un punto de fusión de 1920 °C [63] [62] y se forma a partir de BkO 2 por reducción con hidrógeno molecular :
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 descrito que el óxido de berkelio(II), BkO, es un sólido gris quebradizo, pero su composición química exacta sigue siendo incierta. [64]
En los haluros , el berkelio asume los estados de oxidación +3 y +4. [65] El estado +3 es el más estable, especialmente en soluciones, mientras que los haluros tetravalentes BkF 4 y Cs 2 BkCl 6 solo se conocen en fase sólida. [66] La coordinación del átomo de berkelio en su fluoruro y cloruro trivalente es prismática trigonal tricapada , con el número de coordinación de 9. En el bromuro trivalente, es prismática trigonal bicapada (coordinación 8) u octaédrica (coordinación 6), [67] y en el yoduro es octaédrica. [68]
El fluoruro de berkelio(IV) ( BkF 4 ) es un sólido iónico de color verde amarillento y es isotípico con el tetrafluoruro de uranio o el tetrafluoruro de circonio . [69] [71] [72] El fluoruro de berkelio(III) ( BkF 3 ) también es un sólido de color verde amarillento, pero tiene dos estructuras cristalinas. La fase más estable a bajas temperaturas es isotípica con el fluoruro de itrio(III) , mientras que al calentarlo a entre 350 y 600 °C, se transforma en la estructura que se encuentra en el trifluoruro de lantano . [69] [71] [73]
Cantidades visibles de cloruro de berkelio (III) ( BkCl 3 ) se aislaron y caracterizaron por primera vez en 1962, y pesaban solo 3 milmillonésimas de gramo . Se puede preparar introduciendo vapores de cloruro de hidrógeno en un tubo de cuarzo evacuado que contiene óxido de berkelio a una temperatura de aproximadamente 500 °C. [74] Este sólido verde tiene un punto de fusión de 600 °C, [65] y es isotípico con el cloruro de uranio (III) . [75] [76] Al calentar hasta casi el punto de fusión, el BkCl 3 se convierte en una fase ortorrómbica. [77]
Se conocen dos formas de bromuro de berkelio (III): una con berkelio que tiene coordinación 6 y otra con coordinación 8. [53] La última es menos estable y se transforma a la primera fase al calentarla a aproximadamente 350 °C. Se ha estudiado un fenómeno importante para los sólidos radiactivos en estas dos formas cristalinas: se investigó la estructura de muestras frescas y envejecidas de 249 BkBr 3 mediante difracción de rayos X durante un período de más de 3 años, de modo que varias fracciones de berkelio-249 se habían desintegrado en beta a californio-249. No se observó ningún cambio en la estructura tras la transformación 249 BkBr 3 — 249 CfBr 3 . Sin embargo, se notaron otras diferencias para 249 BkBr 3 y 249 CfBr 3 . Por ejemplo, el último podría reducirse con hidrógeno a 249 CfBr 2 , pero el primero no; este resultado se reprodujo en muestras individuales de 249 BkBr 3 y 249 CfBr 3 , así como en las muestras que contenían ambos bromuros. [67] 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, 249 Cf, al ser un emisor alfa, trae consigo 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. [66]
Los pnictidos de berkelio-249 del tipo BkX son conocidos por los elementos nitrógeno , [78] fósforo , arsénico y antimonio . Cristalizan en la estructura de sal de roca y se preparan por la reacción de hidruro de berkelio(III) ( BkH 3 ) o berkelio metálico con estos elementos a temperatura elevada (aproximadamente 600 °C) bajo alto vacío. [79]
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 marrón oscuro. [80]
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. [81] Los hidruros de berkelio se producen mediante la reacción del metal con gas hidrógeno a temperaturas de aproximadamente 250 °C. [78] No son estequiométricos con la fórmula nominal BkH
2+ x(0 < x < 1). [80] Se conocen otras sales de berkelio, incluido un oxisulfuro ( Bk 2 O 2 S ) y un nitrato hidratado ( Bk(NO
3)
3·4 horas
2O ), cloruro ( BkCl
3·6H
2O ), sulfato ( Bk
2(ENTONCES
4)
3·12H
2O ) y oxalato ( Bk
2(DO
2Oh
4)
3·4 horas
2O ). [66] Descomposición térmica a unos 600 °C en una atmósfera de argón (para evitar la oxidación a BkO 2 ) de Bk
2(ENTONCES
4)
3·12H
2El O produce cristales de oxisulfato de berkelio(III) ( Bk2O2SO4 ) . Este compuesto es térmicamente estable hasta al menos 1000 °C en atmósfera inerte. [ 82]
El berkelio forma un complejo de metaloceno trigonal (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk con tres anillos de ciclopentadienilo , que se puede sintetizar haciendo reaccionar el cloruro de berkelio(III) con el beriloceno fundido ( Be(C 5 H 5 ) 2 ) a unos 70 °C. Tiene un color ámbar y una densidad de 2,47 g/cm 3 . El complejo es estable al calentamiento hasta al menos 250 °C, y sublima sin fundirse a unos 350 °C. La alta radiactividad del berkelio destruye gradualmente el compuesto (en un plazo de semanas). [74] [83] Un anillo de ciclopentadienilo en (η 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk se puede sustituir 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 5 –C 5 H 5 ) 3 Bk. [84]
En la actualidad, ningún isótopo del berkelio tiene utilidad fuera de la investigación científica básica. [16] El berkelio-249 es un nucleido objetivo común para preparar elementos transuránicos aún más pesados y elementos superpesados , [86] como el lawrencio , el rutherfordio y el bohrio . [16] También es útil como fuente del isótopo californio-249, que se utiliza para estudios sobre la química del californio en lugar del californio-252 más radiactivo que se produce en instalaciones de bombardeo de neutrones como el HFIR. [16] [87]
En 2009, 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. Este objetivo produjo los primeros 6 átomos de tenesina en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR), Dubna , Rusia, después de bombardearlo con iones de calcio en el ciclotrón U400 durante 150 días. Esta síntesis fue la culminación de la colaboración entre Rusia y Estados Unidos entre el JINR y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore sobre la síntesis de los elementos 113 a 118 que se inició en 1989. [88] [89]
Las propiedades de fisión nuclear del berkelio son diferentes de las de los actínidos vecinos curio y californio, y sugieren que el berkelio tiene un desempeño deficiente como combustible en un reactor nuclear. Específicamente, el berkelio-249 tiene una sección transversal de captura de neutrones moderadamente grande de 710 barns para neutrones térmicos , 1200 barns de integral de resonancia , pero una sección transversal de fisión muy baja para neutrones térmicos. En un reactor térmico, gran parte de él se convertirá, por lo tanto, en berkelio-250 que se desintegra rápidamente en californio-250. [90] [91] [92] En principio, el berkelio-249 puede sostener una reacción nuclear en cadena en un reactor reproductor rápido . Su masa crítica es relativamente alta, 192 kg, que se puede reducir con un reflector de agua o acero, pero aún así superaría la producción mundial de este isótopo. [93]
El berkelio-247 puede mantener una reacción en cadena tanto en un reactor de neutrones térmicos como en un reactor 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 aproximadamente 75,7 kg para una esfera desnuda, 41,2 kg con un reflector de agua y 35,2 kg con un reflector de acero (30 cm de espesor). [93]
Se sabe poco sobre los efectos del berkelio en el cuerpo humano, y no se pueden establecer analogías con otros elementos debido a los diferentes productos de radiación ( electrones para el berkelio y partículas alfa , neutrones o ambos para la mayoría de los demás 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 desintegración, 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. [94]
La mayoría de los datos disponibles sobre la toxicidad del berkelio proceden de investigaciones con animales. Tras la ingestión por ratas, sólo alrededor del 0,01% del berkelio acaba en el torrente sanguíneo. Desde allí, alrededor del 65% va a los huesos, donde permanece durante unos 50 años, el 25% a los pulmones (vida media biológica de unos 20 años), el 0,035% a los testículos o el 0,01% a los ovarios, donde el berkelio permanece indefinidamente. El resto, alrededor del 10%, se excreta. [95] En todos estos órganos, el berkelio puede 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 . [5] [96]
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![{\displaystyle {\ce {^{249}_{96}Cm->[{\beta ^{-}}][64.15\ {\ce {min}}]_{97}^{249}Bk-> [\beta ^{-}][330\ {\ce {d}}]_{98}^{249}Cf}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a07bc265a52a831017357d804a615edf3ce3e4e)
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![{\displaystyle {\begin{casos}{\ce {^{244}_{96}Cm ->[{\ce {(\alpha,n)}}] ^{247}_{98}Cf ->[ \epsilon][3.11 \ {\ce {h}}] ^{247}_{97}Bk}}\\{\ce {^{244}_{96}Cm ->[{\ce {(\alpha ,p)}}] ^{247}_{97}Bk}}\end{casos}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6ed2822b74972e2b9b63aa02d020f6529ff68a31)
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