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베르켈륨

Berkelium
베르켈리움, Bk
Berkelium metal.jpg
베르켈륨
발음
외관은빛의
질량수[247]
주기율표의 베르켈륨
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
TB
↑
Bk
↓
(우푸)
큐륨 ← 베르켈륨 → 캘리포늄
원자번호 (Z)97
그룹그룹 n/a
기간7주기
블록 f-블록
전자 구성[Rn] 5f9 7s2
셸당 전자2, 8, 18, 32, 27, 8, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점베타: 1259K(986°C, 1807°F)
비등점베타: 2900K(267°C, 4760°F)
밀도 (근처 )알파: 14.78 g/cm3
베타: 13.25g/cm3
융해열7.92 kJ/mol (계산)
원자성
산화 상태+2, +3, +4, +5[1]
전기성폴링 척도: 1.3
이온화 에너지
  • 1차: 601 kJ/mol
원자 반지름경험적: 170pm
Color lines in a spectral range
베르켈륨의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생인조의
결정구조 이중 육각형 근위축(dhcpdhcp)
Double hexagonal close packed crystal structure for berkelium
열전도도10 W/(m³K)
자기순서파라자성의
CAS 번호7440-40-6
역사
이름 지정그것이 발견된 캘리포니아 버클리 다음으로
디스커버리로렌스 버클리 국립 연구소(1949)
베르켈륨의 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
245Bk 동음이의 4.94 d ε 245CM
α 241암
246Bk 동음이의 1.8 d α 242암
ε 246CM
247Bk 동음이의 1380 y α 243암
248Bk 동음이의 >300 y[2] α 244암
249Bk 동음이의 330 d α 245암
SF –
β− 249cf
카테고리: 베르켈륨
참고 문헌

베르켈륨은 기호 Bk와 원자 번호 97을 가진 초우라늄 방사성 화학원소다.액티나이드와 트랜스우라늄 원소 시리즈의 일원이다.1949년 12월 발견된 로렌스 버클리 국립연구소(당시 캘리포니아대 방사선연구소)의 위치인 캘리포니아주 버클리시의 이름을 딴 것이다.베르켈륨은 넵투늄, 플루토늄, 큐륨, 아메리슘 다음으로 발견된 다섯 번째 트랜스우라늄 원소였다.

베르켈륨의 주요 동위 원소인 Bk는 미국 테네시주 오크리지 국립 연구소와 러시아 디미트로브그라드의 원자력 연구소에서 주로 고플루스 전용 원자로에서 미세한 양으로 합성된다.두 번째로 중요한 동위원소 Bk의 생산은 고에너지 알파 입자를 가진 희귀 동위원소 Cm의 조사를 포함한다.

1967년부터 미국에서 1g이 조금 넘는 베르켈륨이 생산되었다.더 무거운 트랜스우라늄 원소와 초 헤비 원소의 합성을 주로 지시하는 과학 연구 밖에는 베르켈륨의 실질적인 적용이 없다.250일간의 조사 기간 동안 22밀리그램의 베르켈륨-249가 준비되었다가 2009년 오크리지에서 90일간 더 정제되었다.이 샘플은 150일 동안 칼슘-48 이온을 투하한 뒤 2009년 러시아 공동원자력연구소에서 처음으로 신소자 테네신을 합성하는 데 사용됐다.이것이 러시아의 절정이었다.주기율표에 가장 무거운 원소의 합성에 관한 미국의 협력.

베르켈륨은 부드럽고 은백색의 방사성 금속이다.베르켈륨-249 동위원소는 저에너지 전자를 방출하므로 상대적으로 취급하기에 안전하다.이온화 알파 입자의 강한 방출체인 캘리포늄-249까지 330일의 반감기로 해독한다.캘리포니아의 형성은 화학적 오염뿐만 아니라 방출된 알파 입자로부터 자유방사선 효과와 자체 가열까지 가져오기 때문에 이러한 점진적 변환은 원소 베르켈륨과 그 화학적 화합물의 특성을 연구할 때 중요한 고려사항이다.

특성.

물리적인

Sequential layers of spheres arranged from top to bottom: GRGBGRGB (G=green, R=red, B=blue)
α-베르켈륨 결정구조에서 레이어 시퀀스 ABAC가 있는 이중 헥스각형 클로즈패킹(A: green, B: b: blue, C: red)

베르켈륨은 부드럽고 은백색의 방사성 액티나이드 금속이다.주기율표에서 그것은 액티나이드 큐륨의 오른쪽, 액티나이드 캘리포늄의 왼쪽, 란타니드 테르비움 아래에 위치하며, 이 테르비움과 물리적 및 화학적 특성에서 많은 유사점을 공유한다.14.78 g/cm의3 밀도는 986 °C의 녹는점이 커륨(13.52 g/cm3)과 캘리포늄(15.1 g/cm3) 사이에 위치하며, 커륨(1340 °C)보다 낮지만 캘리포늄(900 °C)보다 높다.[3]베르켈륨은 비교적 부드러우며 액티나이드 중 벌크 모듈리가 가장 낮은 것으로 약 20GPA(2×10Pa10)로 알려져 있다.[4]

베르켈륨(III) 이온에는 f-전자 껍질 내부 전환으로 인해 652나노미터(빨간색)와 742나노미터(깊은 적색 - 근적외선)에서 두 개의 날카로운 형광 피크가 나타난다.이러한 피크의 상대 강도는 표본의 흥분력과 온도에 따라 달라진다.예를 들어, 규산유리에 버켈륨 이온을 분리한 후, 산화베르켈륨 또는 할로겐화물이 있는 곳에서 유리를 녹여 이러한 방출이 관찰될 수 있다.[5][6]

70K에서 실온 사이 베르켈륨은 퀴리 역할을 한다.유효 자기 모멘트 9.69 Bohr 자석(µB) 및 퀴리 온도 101K의 Weiss 파라마그네틱 물질.이 자기 모멘트는 단순한 원자 L-S 커플링 모델 내에서 계산된 이론적 값 9.72µ와B 거의 같다.약 34K로 냉각되면 베르켈륨은 반자성 상태로 전환된다.[7]표준 조건에서 염산에서 용해되는 엔탈피는 -600 kJ/mol이며, 여기에서 수질의 표준 엔탈피(ΔHf°)가 나온다. Bk3+ 이온은 -601 kJ/mol로 얻는다.표준 전극전위Bk3+/Bk는 -2.01V이다.[8]중성 베르켈륨 원자의 이온화 전위는 6.23 eV이다.[9]

코로프스

주변 조건에서 베르켈륨은 가장 안정된 α 형태로서 육각 대칭, 공간 그룹 P6/mmc, 격자 매개변수 3413 pm 및 1107 pm을 갖는다.결정에는 층열 ABAC와 함께 이중 헥사형 근접 패킹 구조가 있으며, 큐륨을 넘어 액티니드의 α-란타넘과 α-형식을 가진 이소형(유사한 구조를 갖고 있음)이 있다.[10]이 결정 구조는 압력과 온도에 따라 변한다.실온에서 7 GPA로 압축하면 α-베르켈륨이 베타 수정으로 변형되는데, 얼굴 중심의 입방체(fcc) 대칭과 우주군 Fm3m가 있다.이 전환은 부피 변화 없이 일어나지만 엔탈피는 3.66 kJ/mol 증가한다.[11]25 GPA로 추가 압축하면, 베르켈륨은 α-우라늄과 유사한 직교롬 γ-베르켈륨 구조로 변환한다.이 전환은 5f 전자 껍질에서 12% 볼륨 감소와 전자의 탈초점화를 동반한다.[12]최대 57개의 GPA까지 더 이상의 위상 전환이 관찰되지 않는다.[4][13]

가열 시 α-베르켈륨은 FCC 격자(β-베르켈륨과는 약간 다른), 우주 그룹 Fm3m 및 500pm의 격자 상수로 다른 단계로 변환된다. 이 FCC 구조는 ABC 시퀀스와 가장 가까운 패킹과 동일하다.이 위상은 전이 가능하며 상온에서 점차 원래의 α-베르켈륨 위상으로 되돌아간다.[10]위상 전환의 온도는 녹는점에 상당히 가까운 것으로 생각된다.[14][15][16]

케미컬

모든 액티니이드와 마찬가지로 베르켈륨은 다양한 수용성 무기산에 용해되어 기체 수소를 해방시키고 베르켈륨(III) 상태로 전환된다.이 3가 산화 상태(+3)는 특히 수용액에서 가장 안정적이지만 [17][18]4가성(+[19]4) 및 2가성(+2) 베르켈륨 화합물도 알려져 있다.이분산 베르켈륨 염의 존재는 불확실하며 혼합 란타넘(III) 염화-스트론튬 용해에서만 보고되었다.[20][21]베르켈륨, 테르비움의 란타니드 아날로그에서도 유사한 동작이 관찰된다.[22]Bk3+ 이온의 수용액은 대부분의 산에서 녹색이다.bk4+ 이온의 색은 염산은 황색, 황산은 주황색이다.[20][23][24]베르켈륨은 상온에서 산소와 빠르게 반응하지 않는데, 이는 산화 방지 표면의 형성 때문일 수 있다.그러나 용해된 금속, 수소, 할로겐, 찰코균, 피닉토르균과 반응하여 다양한 이항 화합물을 형성한다.[7][14]

동위 원소

주요 기사:베르켈륨 동위 원소

약 20개의 동위원소와 6개의 핵 이소머(동위원소의 방출 상태)가 233에서 253까지 (235, 237, 239 제외)의 질량 숫자로 특징지어졌다.[25]모두 방사성 물질이다.가장 긴 반감기는 bk(1,380년), bk(300년 이상), bk(330일)로 관찰되며, 다른 동위원소의 반감기는 마이크로초에서 며칠까지 다양하다.합성하기 가장 쉬운 동위원소는 베르켈륨-249이다.이는 대부분 검출이 불편한 부드러운 β-입자를 방출한다.알파 방사선은 β-방사선에 관해서는 다소 약하지만(1.45×10−3%) 이 동위원소를 검출하는 데 사용된다.두 번째로 중요한 베르켈륨 동위원소인 베르켈륨-247은 대부분의 액티나이드 동위원소와 마찬가지로 알파 방출체다.[25][26]

발생

모든 베르켈륨 동위원소는 원시적이기엔 너무 짧은 반감기를 가지고 있다.그러므로, 지구의 원시 버켈륨, 즉 형성 중에 지구에 존재하는 버켈륨은 지금쯤 부패했다.

지구에서는 베르켈륨이 대부분 체르노빌 참사, 스리마일섬 사고, 1968 툴레 공군기지 B-52 추락 등 1945~1980년 대기권 핵실험에 사용된 특정 지역에 집중돼 있다.미국 최초의 열핵무기인 아이비 마이크(1952년 11월 1일, 에누에탁 환초)의 시험장 잔해를 분석한 결과 베르켈륨을 포함한 다양한 액티니드가 고농도로 검출됐다.군사기밀을 이유로 이 결과는 1956년에야 발표되었다.[27]

원자로는 대부분 베르켈륨 동위원소 중 베르켈륨-249를 생산한다.보관 중과 연료 폐기 전, 그것의 대부분은 캘리포니아-249로 분해된다.후자의 반감기는 351년으로 원자로에서 생산되는 다른 동위원소에 비해 상대적으로 길기 때문에 폐기제품에서는 바람직하지 않다.[28]

아메리슘에서 베르켈륨을 포함한 페르뮴에 이르는 트랜스우라늄 원소는 오클로의 자연 핵분열 원자로에서 자연적으로 발생했지만, 더 이상 그렇게 하지 않는다.[29]

베르켈륨은 프지빌스키 별에서도 검출된 원소 중 하나이다.

역사

글렌 T.시보르그
Black-and-white picture of heavy machinery with two operators sitting aside
1939년 8월 미국 버클리 캘리포니아대 로렌스 방사선 연구소의 60인치 사이클로트론
The Seal of the University of California, Berkeley (UC Berkeley)
베르켈륨은 UC 버클리(UC Berkeley)의 이름을 따서 명명되었다.

비록 이전의 핵 실험에서 매우 적은 양의 베르켈륨이 생산되었을 가능성이 있지만, 그것은 글렌 T에 의해 의도적으로 합성되고, 분리되어 1949년 12월에 확인되었다. 시보그, 앨버트 기오르소, 스탠리 제럴드 톰슨, 케네스 스트리트 주니어.그들은 버클리 캘리포니아 대학에서 60인치 사이클로트론을 사용했다.1944년에 아메리슘(원소 95)과 큐륨(원소 96)이 거의 동시에 발견되었던 것과 유사하게, 새로운 원소인 베르켈륨과 캘리포늄(원소 98)은 1949-1950년에 모두 생산되었다.[22][30][31][32][33]

97번 원소의 명칭 선택은 캘리포니아 그룹의 이전 전통을 따랐고, 새로 발견된 액티나이드와 그 위에 위치한 란타니드 원소 사이의 유추를 주기율표에서 이끌어냈다.이전에 아메리슘은 한 대륙의 이름을 따서 아날로그 유로피움으로 명명되었고, 쿠리움은 그 위의 란타니드인 가돌리늄으로 과학자인 마리, 피에르 퀴리를 기렸다 희토류 원소인 요한 가돌린의 이름을 따서 명명되었다.따라서 버클리 그룹의 발견 보고서에는 다음과 같이 적혀 있다: "원소 97을 버클리 시의 이름을 따서 베르켈륨(기호 Bk)이라고 명명할 것을 제안한다. 그 이름은 희토류 광물이 처음 푸우였던 스웨덴 이테르비 마을에서 유래된 화학 호몰로뉴 테르비움(원자번호 65번)이라고 명명할 때 사용했던 것과 비슷한 방식으로 말이다.그러나 이 전통은 베르켈륨으로 끝이 났다.[31] 다음 발견된 액티나이드, 캘리포니엄의 이름은 란타니드 아날로그 다이프로시움과는 관련이 없지만, 발견 장소 이후였다.[34]

베르켈륨의 합성에서 가장 어려운 단계는 최종 제품과의 분리 및 목표 물질에 충분한 아메리슘의 생산이었다.먼저 아메리슘(241Am) 질산염 용액을 백금 호일에 코팅하고, 용액은 증발하고 잔여물은 아메리슘 이산화물(AmO2)으로 환원했다.이 표적은 버클리 캘리포니아 대학 로렌스 방사선 연구소의 60인치 사이클로트론에서 6시간 동안 35 MeV 알파 입자로 조사되었다.조사에 의해 유발된 (α,2n) 반응은 Bk 동위원소와 두 개의 자유 중성자를 산출했다.[31]

241
95Am
 + 4
2He
 → 243
97Bk
 + 1
0n

조사 후, 코팅은 질산으로 용해되었다가 농축 수용성 암모니아 용액을 사용하여 수산화물로 침전되었다.그 제품은 원심분리되었다가 질산에 다시 분해되었다.미처리 아메리슘에서 베르켈륨을 분리하기 위해 이 용액을 암모늄과 황산암모늄의 혼합물에 첨가하고 가열하여 용해된 아메리슘을 모두 산화상태 +6으로 전환시켰다.무산화 잔류 아메리슘은 아메리슘으로 불산(hydriculic accidium)이 첨가되어 침전되었다.III) 플루오르화(AmF3)이 단계에서는 3불화합물의 형태로 수반되는 제품 큐륨과 기대 요소 97이 혼합되었다.혼합물은 수산화칼륨으로 처리하여 해당 수산화물로 전환되었고, 원심분리 후 과염소산에 용해되었다.[31]

Graphs showing similar elution curves (metal amount vs. drops) for (top vs. bottom) terbium vs. berkelium, gadolinium vs. curium, europium vs. americium
란타니데스 테르비움(Tb), 가돌리늄(Gd), 유로피움(Eu)의 유사성을 나타내는 크로마토그래픽해석 곡선과 그에 상응하는 액티니데스 베르켈륨([31]Bk), 큐륨(Cm), 아메리슘(Am)의 유사성을 나타내는 크로마토그래피컬레이션 곡선

약산성 매질(pH≈3.5)에 구연산/암모늄 완충 용액이 있는 곳에서 높은 온도에서 이온 교환을 사용하여 추가 분리를 실시했다.크로마토그래픽 분리 작용은 당시 97소자에 대해서는 알 수 없었으나 테르비움과 유추하여 예견되었다.용출 제품에서 알파 입자 방출 시그니처가 검출되지 않아 첫 번째 결과가 실망스러웠다.특성 X선과 변환 전자 신호를 검색하는 추가 분석으로, 결국 베르켈륨 동위원소가 검출되었다.그것의 질량은 초기 보고서에서는 243에서 244사이에 불확실했지만,[22] 후에 243으로 확립되었다.[31]

합성 및 추출

동위원소 준비

베르켈륨은 원자로에서 중성자를 가진 우라늄(238U) 또는 플루토늄(239Pu)을 더 가벼운 살포하여 생산된다.우라늄 연료의 더 일반적인 경우, 플루토늄은 중성자 포획(일명 (n,n) 반응 또는 중성자 핵융합)에 의해 먼저 생산되며, 그 다음에 베타-데케이([35]beta-decay:

(시대는 반반이다)

플루토늄-239은 앞으로 높은 중성 자속 어떤 근원, 여러번 재래식 원자로보다, 오크리지 국립 연구소 테네시, 미국에서 열리는 이 높은 속 핵 융합 반응 하나가 아닌 여러가지인데 중성자를 배출하는 85-megawatt 고중성 자속 동 위원 소생산로(고중성 자속 동 위원 소생산로)등 239으로 변환하는 높은으로 환하다.244Cm그런 다음 Cm에게:

큐륨-249는 반감기가 64분으로 짧아 Cm으로의 추가 전환 가능성이 낮다.대신, 베타 데케이에 의해 Bk로 변환된다.[25]

이렇게 생산된 bk는 반감기가 330일로 길어 또 다른 중성자를 포획할 수 있다.그러나 제품 bk는 다시 3.212시간의 비교적 짧은 반감기를 가지고 있어 더 무거운 베르켈륨 동위원소를 생산하지 않는다.대신 캘리포늄 동위원소 Cf로 분해한다.[36][37]

bk는 베르켈륨의 가장 안정적인 동위원소지만 잠재적 시조인 cm이 베타 붕괴를 겪는 것으로 관측된 적이 없기 때문에 원자로 생산은 매우 어렵다.[38]따라서 bk는 berkelium의 가장 접근하기 쉬운 동위원소로서, 여전히 마이크로그램당 185 USD라는 높은 가격으로 소량(1967~1983년[39] 미국에서 0.66g만 생산되었다)으로만 구할 수 있다.[3]대량으로 이용할 수 있는 유일한 베르켈륨 동위원소로서, 성질을 광범위하게 연구할 수 있는 유일한 베르켈륨 동위원소다.[40]

동위원소 Bk는 1956년에 큐륨 동위원소를 25 MeV α 입자로 혼합하여 폭격함으로써 처음 획득되었다.bk와의 강한 신호 간섭으로 직접 검출이 방해받았지만, 기존에는 특징이었던 부패 제품 cf의 성장으로 새로운 동위원소의 존재가 입증됐다.bk의 반감기는 23±5시간으로 추정되었지만,[41] 1965년 이후 작품에서는 300년(이항성 상태 때문일 수도 있음)을 초과하는 반감기를 부여했다.[42]베르켈륨-247은 같은 해 동안 알파 입자로 Cm을 조사하여 생산되었다.[43]

베르켈륨-242는 1979년 B, U, Th, Th, Th를 N으로 폭격하여 합성되었다.전자 포획에 의해 7.0±1.3분의 반감기로 Cm으로 변환한다.처음에 의심되었던 동위원소 Bk에 대한 검색은 성공하지 못했다;[44] Bk는 그 후 합성되었다.[45]

분리

베르켈륨이 고체에서 산화상태 +4를 쉽게 가정하고, 액체에서 비교적 안정적이라는 사실은 많은 다른 액티니드에서 베르켈륨을 분리하는 데 크게 도움이 된다.이것들은 핵합성 과정에서 필연적으로 비교적 많은 양의 양이 생산되고 종종 +3 상태를 선호한다.이 사실은 더 복잡한 분리 절차를 사용한 초기 실험에서는 아직 알려지지 않았다.Various inorganic oxidation agents can be applied to the berkelium(III) solutions to convert it to the +4 state, such as bromates (BrO−3), bismuthates (BiO−3), chromates (CrO2−4 and Cr2O2−7), silver(I) thiolate (Ag2S2O8), lead(IV) oxide (PbO2), ozone (O3), or photochemical oxidation procedures.좀 더 최근에는 3,4,3-LI (1,2-HOPO)라고 불리는 첼레이터와 같은 일부 유기 및 생체 자극 분자도 Bk(III)를 산화시키고 가벼운 조건에서 Bk(IV)를 안정시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[19]베르켈륨()IV)를 이온 교환, 추출 크로마토그래피 또는 HDEHP(bis-(2-ethylhexil) 인산), 아민, 트리뷰틸 인산염 또는 기타 여러 시약을 사용하여 추출한다.이러한 절차들은 란타니드 세륨을 제외한 대부분의 3가 활성산소와 란타니드로부터 베르켈륨을 분리한다(란타니드는 조사 대상에 없지만 다양한 핵분열 붕괴 사슬에서 생성된다).[46]

오크리지 국립 연구소에서 채택된 보다 자세한 절차는 다음과 같다:액티니드의 초기 혼합물을 염화 리튬 시약을 사용한 이온 교환으로 처리한 다음 수산화물로 침전하여 질산에 여과하여 용해한다.그런 다음 양이온 교환수지에서 나오는 고압 용출로 처리하고, 위에서 설명한 절차 중 하나를 사용하여 베르켈륨 단계를 산화하여 추출한다.[46]이와 같이 규정된 베르켈륨의 감소()IV)는 +3 산화 상태로 용액을 산출하는데, 용액은 다른 활성산소로부터 거의 자유롭다(그러나 세륨을 포함한다).그리고 나서 베르켈륨과 세륨은 또 다른 이온 교환 처리로 분리된다.[47]

벌크 메탈 준비

고체 버켈륨과 그 화합물의 화학적 물리적 특성을 특성화하기 위해 1952년 미국 아이다호주 아르코 소재 소재시험로에서 프로그램을 개시했다.그것은 8그램의 플루토늄-239 목표물을 준비하고, 버리스 B가 베켈륨의 거시적 수량(0.6 마이크로그램)을 처음으로 생산한 결과를 낳았다.커닝햄과 스탠리 제럴드 톰슨은 6년 동안 이 목표물에 대한 지속적인 원자로 조사를 한 후 1958년에 태어났다.[39][48]이 조사 방법은 지금까지도 원소의 중량을 생산할 수 있는 유일한 방법이며, 대부분의 베르켈륨의 고체 상태의 연구는 마이크로그램 또는 서브미크로그램 크기의 표본에 대해 수행되었다.[14][49]

세계의 주요 조사 원인은85-megawatt 고중성 자속 동 위원 소생산로는 오크리지 국립 연구소 미국 테네시주 USA,[50]에 모여 이번 원자로 연구소에서 SM-2 루프형 원자로 디미트 로브 그라드, Russia,[51]모두 transcurium 요소(원자 수 96개가 넘는)의 생산에 전념한에서(NIIAR)..이러한 설비는 전력과 플럭스 레벨이 유사하며,[52] NIIAR에서 생산된 수량이 공개적으로 보고되지는 않지만 트랜스큐륨 원소에 견줄 만한 생산 능력을 가질 것으로 예상된다.오크 리지(Oak Ridge)의 "일반적인 처리 캠페인"에서는 수십 그램의 큐륨을 조사하여 캘리포늄의 데시그램 양, 베르켈륨-249의 밀리그램 양, 페르뮴의 피코그램 양을 생산한다.[53][54]1967년부터 오크리지에서 생산된 베르켈륨-249는 모두 1g이 조금 넘는다.[14]

무게 1.7마이크로그램의 베르켈륨 금속 샘플은 1971년 리튬 증기를 1000 °C에서 사용한 베르켈륨(III) 불소를 감소시켜 제조되었다. 불소는 녹은 리튬이 들어 있는 탄탈럼 도가니 위의 텅스텐 와이어에 매달려 있었다.이후 이 방법으로 0.5mg까지 무게가 나가는 금속 시료를 구했다.[10][55]

BkF3 + 3리 → Bk + 3리프

유사한 결과를 베르켈륨으로 구한다.IV) 플루오르화.[12]베르켈륨 금속은 또한 베르켈륨의 감소에 의해 생산될 수 있다.IV)[55][56] 토륨 또는 란타넘을 포함한 산화물

화합물

주요 기사:베르켈륨 화합물

산화제

베르켈륨 산화물 2개가 알려져 있으며, 베르켈륨 산화 상태는 +3(BkO23)과 +4(BkO2)이다.[57]베르켈륨()IV) 산화물은 갈색 고체인 반면,[58] 베르켈륨(III) 산화물은 1920°C의[59][58] 녹색을 띠는 황록색 고체로 분자 수소로 환원하여 BkO로부터2 형성된다.

2 BkO2 + H2 → Bk2O3 + H2O

1200 °C까지 가열하면 산화 BkO는23 위상 변화를 겪으며, 1750 °C에서 위상 변화를 겪는다.이러한 삼상행동은 액티나이드 세키오시데스에 대표적이다.베르켈륨()II) 산화물 BkO는 부서지기 쉬운 회색 고체로 보고되었지만 정확한 화학적 구성은 여전히 불확실하다.[60]

할리데스

할로겐화에서 베르켈륨은 산화 상태 +3과 +4를 가정한다.[61]+3 상태는 특히 용액에서 가장 안정성이 높은 반면 사분위 할로겐트 Halides4 BkF와26 CsBkCl은 고체상에서만 알려져 있다.[62]3가 불소와 염화물에서 베르켈륨 원자의 조정은 3중삼 프리즘으로, 조정 번호는 9이다.3가 브롬화에서는 2중삼 프리즘(조정 8) 또는 8중팔(조정 6)이며,[63] 요오드화에서는 8중팔이다.[64]

산화
번호를 매기다		 F CL Br. I
+4 BkF4
(노란색[64])		 Cs2BkCl6
(iii[60])
+3 BkF3
(노란색[64])		 BkCl3
(녹색[64])
Cs2NaBkCl6[65] 		BkBr3[63][66]
(노란색-녹색[64])		 BKI3
(노란색[64])

베르켈륨()IV) 플루오르화(BkF4)는 황록색 이온성 고체로 우라늄 테트라플루오리드 또는 지르코늄 테트라플루오라이드를 포함한 이소형이다.[65][67][68]베르켈륨(III) 불소화(BkF3)도 황록색 고체지만 결정 구조는 두 가지다.저온에서 가장 안정된 위상은 이티움(III) 불소가 있는 이소티픽이며, 350~600℃까지 가열하면 란타넘 삼불화에서 발견되는 구조로 변형된다.[65][67][69]

1962년 처음 버켈륨(III) 염화물(BkCl3)이 분리돼 특징지어졌으며 무게는 1g의 30억분의 1g에 불과했다.약 500 °C 온도에서 산화베르켈륨이 함유된 진공 석영관에 염화수소 증기를 도입하여 준비할 수 있다.[70]이 녹색 고체는 600 °C의 녹는점을 가지며,[61] 염화 우라늄(III)과 이소형이다.[71][72]거의 녹는점까지 가열하면 BkCl은3 정형외과적 단계로 전환된다.[73]

베르켈륨(III) 브로마이드의 두 가지 형태가 알려져 있다: 하나는 베르켈륨이 6이고 다른 하나는 8이다.[49]후자는 안정성이 떨어지며 약 350 °C까지 가열하면 전기로 전환된다.방사성 고형물에 대한 중요한 현상이 이 두 가지 결정 형태에 대해 연구되었다: 신선하고 오래된 BkBr3 검체의 구조는 3년 이상에 걸쳐 X선 회절에 의해 조사되어 베켈륨-249의 다양한 분수가 캘리포니아-249로 분해되었다.BkBr3—249CfBr3 변환에서는 구조 변화가 관찰되지 않았다.그러나 BkBr과3 CfBr에3 대해서는 다른 차이점이 지적되었다.예를 들어, 후자는 수소와 함께 CfBr로2 줄일 수 있지만, 전자는 그럴 수 없었다 – 이 결과는 개별 BkBr3 및 CfBr3 샘플뿐만 아니라 브로마이드를 모두 함유한 샘플에서도 재현되었다.[63]베르켈륨에서 캘리포늄의 중간 성장은 하루 0.22%의 비율로 발생하며 베르켈륨 성질을 연구하는 데 내재된 장애물이다.화학적 오염 외에도 알파 방출체인 Cf는 크리스털 격자의 바람직하지 않은 자기 손상과 그에 따른 자기 발열을 초래한다.그러나 화학적 효과는 시간의 함수로 측정을 수행하고 얻은 결과를 추정함으로써 피할 수 있다.[62]

기타 무기 화합물

BkX 타입의 베르켈륨-249의 피니티드는 질소,[74] 인, 비소, 안티몬 원소로 알려져 있다.그것들은 암석 소금 구조에서 결정되며 높은 진공 상태에서 상승 온도(약 600 °C)에서 이러한 원소와 함께 베르켈륨(III) 하이드라이드(BkH3) 또는 금속 베르켈륨의 반응에 의해 준비된다.[75]

베르켈륨(III) 황화수소(BkS23)는 1130°C에서 황화수소와 이황화 탄소 증기를 혼합한 버켈륨 산화물을 처리하거나 금속 버켈륨과 소자 황을 직접 반응시켜 제조한다.이 절차들은 갈색으로 칠해진 검은색의 결정체를 생산한다.[76]

베르켈륨(III) 및 베르켈륨()IV) 수산화물은 모두 수산화나트륨 1몰 용액에서 안정적이다.녹색등과 함께 흥분하에서도 강한 형광을 보이는 베르켈륨(III) 인산염(BkPO4)이 고체로 준비됐다.[77]베르켈륨 하이드라이드는 약 250 °C 온도에서 수소가스와 금속을 반응시켜 생성된다.[74]공칭 공식 BkH
2+x(0 < x < 1)를 가진 비스토리히메트릭이다.[76]옥시설피드(BkOS22)와 수화질질산염(Bk(NO
3)·
34 등 여러 가지 베르켈륨 염류가 알려져 있다.HO
2), 염화물(BkCl
3/6)HO
2), 황산염(Bk
2(SO
4)/
312HO
2) 및 옥살레이트(Bk
2(CO
2
4)/
34HO
2.[62] Bk
2(SO
4)/
312의 아르곤 대기에서 약 600 °C에서 열분해(BkO에2 대한 산화 방지)HO는
2 버켈륨(III) 옥시황산염(BkOSO224)의 결정을 산출한다.이 화합물은 불활성 대기에서 최소 1000 °C까지 열적으로 안정적이다.[78]

오르가노버켈륨 화합물

베르켈륨은 3개의 사이클로펜타디엔틸 링으로 삼각(η5~CH55)3Bk 메탈로세 콤플렉스를 형성하는데, 약 70℃에서 녹은 베릴로센(Be(CH55)2과 염화 베르켈륨(III)을 반응시켜 합성할 수 있다.황색이며 밀도는 2.47 g/cm이다3.단지는 최소 250℃까지 가열할 수 있도록 안정적이며, 약 350℃에서 녹지 않고 승화한다.베르켈륨의 높은 방사능은 점차적으로 화합물을 파괴한다([70][79]주 단위).(η5–CH55)3Bk에서 1개의 사이클로펜타디닐 링은 염소로 대체하여 [Bk(CH55)2Cl]2을 산출할 수 있다.이 화합물의 광학 흡수 스펙트럼은 (η-CH555)3Bk의 스펙트럼과 매우 유사하다.[80]

적용들

A very small sample of a blue liquid in a plastic pipette held by a hand wearing heavy protection equipment
2009년 약 100만 달러의 비용으로 HFIR에서 제조된 22 밀리그램의 베르켈륨(질산염)이 JINR의[81] 테네신 합성에 사용되었다.

현재 기초 과학 연구 이외의 베르켈륨 동위원소에는 쓸모가 없다.[14]베르켈륨-249는 여전히 무거운 트랜스우라늄 원소와 로렌슘, 러더포듐, 보히움과 같은 [82]초헤비 원소를 준비하기 위한 공통 표적 핵종이다.[14]또한 HFIR과 같은 중성자 폭격 시설에서 생산되는 보다 방사능이 높은 캘리포늄-252보다 캘리포니아의 화학에 관한 연구에 사용되는 동위원소 캘리포늄-249의 출처로도 유용하다.[14][83]

버켈륨-249 22mg을 250일 조사하여 제조한 후 2009년 오크리지에서 90일 동안 정제하였다.이 표적은 150일 동안 U400 사이클로트론에서 칼슘 이온을 투하한 후 러시아 더블나 공동 원자력연구소(JINR)에서 처음 6개의 테네신 원자를 산출했다.이 합성은 1989년에 시작된 113~118 원소 합성에 관한 러시아-미국 연구소와 로렌스 리버모어 국립 연구소의 협력의 정점이었다.[84][85]

핵연료 사이클

베르켈륨의 핵분열 특성은 이웃한 액티니드 큐륨과 캘리포늄과는 다르며, 그들은 베르켈륨이 원자로에서 연료로서 성능이 좋지 않다고 제안한다.구체적으로 베르켈륨-249는 열 중성자의 경우 710 barns의 중성자 포획 단면, 1200 barn 공진 적분, 열 중성자의 경우 매우 낮은 핵분열 단면을 가진다.그러므로 열로에서, 그것의 대부분은 캘리포니아-250으로 빠르게 분해되는 버켈륨-250으로 변환될 것이다.[86][87][88]원칙적으로 베르켈륨-249는 고속 증식 원자로에서 핵 연쇄 반응을 지속할 수 있다.그것의 임계 질량은 192 kg으로 비교적 높다; 그것은 물이나 강철 반사체로 감소할 수 있지만 여전히 이 동위원소의 세계 생산량을 초과할 것이다.[89]

베르켈륨-247은 열중성자와 고속중성자 원자로 모두에서 연쇄반응을 유지할 수 있지만, 생산은 다소 복잡하고 따라서 가용성은 맨 구에 약 75.7kg, 물 반사체가 41.2kg, 강철 반사체가 있는 35.2kg(두께 30cm)인 임계 질량에 비해 훨씬 낮다.[89]

건강 문제

베르켈륨이 인체에 미치는 영향에 대해서는 거의 알려져 있지 않으며, 다른 원소와의 유사점은 방사선 생성물(베르켈륨과 알파 입자의 전자, 중성자 또는 대부분의 다른 액티니이드의 경우 둘 다) 때문에 그려지지 않을 수 있다.베르켈륨-249 (126 keV 미만)에서 방출되는 전자의 낮은 에너지는 다른 붕괴 과정과의 신호 간섭으로 인해 그 탐지를 방해하지만, 또한 이 동위원소를 다른 활성제에 비해 인간에게 상대적으로 무해하게 만든다.그러나 버켈륨-249는 반감기가 330일밖에 안 되는 강력한 알파 방출체 캘리포니아-249로 변형되는데, 이는 다소 위험하고 전용 실험실의 글로브 박스에서 취급해야 한다.[90]

대부분의 이용 가능한 버켈륨 독성 데이터는 동물에 대한 연구에서 비롯된다.쥐가 섭취했을 때, 버켈륨의 0.01%만이 혈류에서 끝난다.거기서 약 65%가 뼈로 가고, 약 50년 동안 남아 있는 뼈로 가고, 25%는 폐(생물학적 반감기 약 20년)로 가고, 0.035%는 고환으로 가고, 0.01%는 베르켈륨이 무한정 머무르는 난소로 간다.약 10%의 잔액이 배설된다.[91]이 모든 기관에서 베르켈륨은 암을 촉진시킬 수 있고, 골격에서, 그것의 방사선은 적혈구를 손상시킬 수 있다.인간 골격에서 버켈륨-249의 최대 허용량은 0.4나노그램이다.[3][92]

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참고 문헌 목록

외부 링크