बर्कलियम

बर्कलियम (Berkelium) एक संश्लेषित रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Bk और परमाणु क्रमांक 97 है। यह एक्टिनाइड और ट्रांसयूरेनियम तत्व श्रृंखला का एक सदस्य है। इसका नाम बर्कले, कैलिफ़ोर्निया शहर के नाम पर रखा गया है, जो लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (तत्कालीन यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफ़ोर्निया रेडिएशन लेबोरेटरी) का स्थान है, जहाँ दिसंबर 1949 में इसकी खोज हुई थी। बर्कलियम, नेप्चूनियम, प्लूटोनियम, क्यूरियम और अमेरिसियम के बाद खोजा गया पाँचवाँ ट्रांसयूरेनियम तत्व था।

बर्कलियम का प्रमुख आइसोटोप, ²⁴⁹Bk, समर्पित उच्च-प्रवाह वाले परमाणु रिएक्टरों में बहुत कम मात्रा में संश्लेषित किया जाता है, मुख्य रूप से टेनेसी, संयुक्त राज्य अमेरिका में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में, और दिमित्रोवग्राद, रूस में रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ एटॉमिक रिएक्टर्स में। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला और दूसरा सबसे महत्वपूर्ण आइसोटोप, ²⁴⁷Bk, ²⁴⁴Cm को उच्च-ऊर्जा अल्फा कणों के साथ विकिरणित करके संश्लेषित किया जा सकता है।

1967 के बाद से संयुक्त राज्य अमेरिका में बर्कलियम का केवल एक ग्राम से थोड़ा अधिक उत्पादन हुआ है। वैज्ञानिक अनुसंधान के बाहर बर्कलियम का कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है, जो मुख्य रूप से भारी ट्रांसयूरेनियम तत्वों और सुपरहेवी तत्वों के संश्लेषण पर केंद्रित है। 2009 में ओक रिज में 250-दिन की विकिरण अवधि के दौरान बर्कलियम-249 का 22-मिलीग्राम का बैच तैयार किया गया और फिर 90 दिनों तक शुद्ध किया गया। इस नमूने का उपयोग 2009 में रूस के जॉइंट इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर रिसर्च में पहली बार नए तत्व टेनेसीन को संश्लेषित करने के लिए किया गया था, जिसे 150 दिनों तक कैल्शियम-48 आयनों के साथ बमबारी की गई थी। यह आवर्त सारणी पर सबसे भारी तत्वों के संश्लेषण पर रूस-अमेरिका सहयोग की परिणति थी।

बर्कलियम एक नरम, चांदी जैसा सफेद, रेडियोधर्मी धातु है। बर्कलियम-249 आइसोटोप कम-ऊर्जा वाले बीटा कण उत्सर्जित करता है और इसलिए इसे संभालना अपेक्षाकृत सुरक्षित है। यह 330 दिनों की अर्ध-आयु के साथ कैलिफ़ोर्नियम-249 में क्षय हो जाता है, जो आयनकारी अल्फा कणों का एक मजबूत उत्सर्जक है। यह क्रमिक रूपांतरण मौलिक बर्कलियम और इसके रासायनिक यौगिकों के गुणों का अध्ययन करते समय एक महत्वपूर्ण विचार है, क्योंकि कैलिफ़ोर्नियम का निर्माण न केवल रासायनिक संदूषण लाता है, बल्कि उत्सर्जित अल्फा कणों से मुक्त-कण प्रभाव और स्व-ताप भी पैदा करता है।

विशेषताएँ

भौतिक

α-बर्कलियम की क्रिस्टल संरचना में ABAC परत अनुक्रम के साथ डबल-हेक्सागोनल क्लोज पैकिंग (A: हरा, B: नीला, C: rojo)

बर्कलियम एक नरम, चांदी जैसा सफेद, रेडियोधर्मी एक्टिनाइड धातु है। आवर्त सारणी में, यह एक्टिनाइड क्यूरियम के दाईं ओर, एक्टिनाइड कैलिफ़ोर्नियम के बाईं ओर और लैंथेनाइड टर्बियम के नीचे स्थित है, जिसके साथ यह भौतिक और रासायनिक गुणों में कई समानताएं साझा करता है। इसका घनत्व 14.78 g/cm³ क्यूरियम (13.52 g/cm³) और कैलिफ़ोर्नियम (15.1 g/cm³) के बीच है, जैसा कि इसका गलनांक 986 °C है, जो क्यूरियम (1340 °C) से कम लेकिन कैलिफ़ोर्नियम (900 °C) से अधिक है। बर्कलियम अपेक्षाकृत नरम है और एक्टिनाइड्स के बीच सबसे कम बल्क मापांक में से एक है, जो लगभग 20 GPa (210 Pa) है।

बर्कलियम(III) आयन f-इलेक्ट्रॉन शेल पर आंतरिक संक्रमण के कारण 652 नैनोमीटर (लाल प्रकाश) और 742 नैनोमीटर (गहरा लाल – निकट-अवरक्त) पर दो तीव्र प्रतिदीप्ति शिखर दिखाते हैं। इन शिखरों की सापेक्ष तीव्रता नमूने की उत्तेजना शक्ति और तापमान पर निर्भर करती है। इस उत्सर्जन को, उदाहरण के लिए, बर्कलियम ऑक्साइड या हैलाइड की उपस्थिति में कांच को पिघलाकर सिलिकेट कांच में बर्कलियम आयनों को फैलाने के बाद देखा जा सकता है।

70 K और कमरे के तापमान के बीच, बर्कलियम 9.69 बोर मैग्नेटोन (μ_B) के प्रभावी चुंबकीय आघूर्ण और 101 K के क्यूरी तापमान के साथ एक क्यूरी-वाइस अनुचुंबकीय सामग्री के रूप में व्यवहार करता है। यह चुंबकीय आघूर्ण सरल परमाणु L-S युग्मन मॉडल के भीतर गणना किए गए 9.72 μ_B के सैद्धांतिक मान के लगभग बराबर है। लगभग 34 K तक ठंडा होने पर, बर्कलियम एक प्रति-लौहचुंबकीय अवस्था में संक्रमण से गुजरता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 45) मानक स्थितियों पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड में घुलन की एन्थैल्पी −600 kJ/mol है, जिससे जलीय Bk³⁺ आयनों की मानक निर्माण एन्थैल्पी (Δ_fH°) −601 kJ/mol के रूप में प्राप्त होती है। मानक इलेक्ट्रोड विभव Bk³⁺/Bk −2.01 V है। एक तटस्थ बर्कलियम परमाणु का आयनन विभव 6.23 eV है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 34)

अपरूप

परिवेश स्थितियों पर, बर्कलियम अपने सबसे स्थिर α रूप को ग्रहण करता है जिसमें हेक्सागोनल समरूपता, स्पेस ग्रुप P6₃/mmc, 341 pm और 1107 pm के जाली पैरामीटर होते हैं। क्रिस्टल में ABAC परत अनुक्रम के साथ एक डबल-हेक्सागोनल क्लोज पैकिंग संरचना होती है और इसलिए यह α-लैंथेनम और क्यूरियम से परे एक्टिनाइड्स के α-रूपों के साथ आइसोटाइपिक (समान संरचना वाला) है। यह क्रिस्टल संरचना दबाव और तापमान के साथ बदलती है। जब कमरे के तापमान पर 7 GPa तक संकुचित किया जाता है, तो α-बर्कलियम β संशोधन में बदल जाता है, जिसमें फेस-सेंटर्ड क्यूबिक (fcc) समरूपता और स्पेस ग्रुप Fm3m होता है। यह संक्रमण आयतन में परिवर्तन के बिना होता है, लेकिन एन्थैल्पी 3.66 kJ/mol बढ़ जाती है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 44) 25 GPa तक और अधिक संपीड़न पर, बर्कलियम α-यूरेनियम के समान एक ऑर्थोरोम्बिक γ-बर्कलियम संरचना में बदल जाता है। यह संक्रमण 12% आयतन में कमी और 5f इलेक्ट्रॉन शेल पर इलेक्ट्रॉनों के विस्थानीकरण के साथ होता है। 57 GPa तक कोई और चरण संक्रमण नहीं देखा गया है।

गर्म करने पर, α-बर्कलियम एक fcc जाली (लेकिन β-बर्कलियम से थोड़ा अलग) के साथ एक और चरण में बदल जाता है, स्पेस ग्रुप Fm3m और 500 pm का जाली स्थिरांक; यह fcc संरचना ABC अनुक्रम के साथ क्लोज पैकिंग के बराबर है। यह चरण मेटास्टेबल है और कमरे के तापमान पर धीरे-धीरे मूल α-बर्कलियम चरण में वापस आ जाएगा। माना जाता है कि चरण संक्रमण का तापमान गलनांक के काफी करीब है।

रासायनिक

सभी एक्टिनाइड्स की तरह, बर्कलियम विभिन्न जलीय अकार्बनिक एसिड में घुल जाता है, गैसीय हाइड्रोजन को मुक्त करता है और बर्कलियम(III) अवस्था में परिवर्तित हो जाता है। यह त्रिसंयोजक ऑक्सीकरण अवस्था (+3) सबसे स्थिर है, विशेष रूप से जलीय समाधानों में, लेकिन चतुर्संयोजक (+4), पंचसंयोजक (+5), और संभवतः द्विसंयोजक (+2) बर्कलियम यौगिक भी ज्ञात हैं। द्विसंयोजक बर्कलियम लवणों का अस्तित्व अनिश्चित है और इसे केवल मिश्रित लैंथेनम(III) क्लोराइड-स्ट्रोंटियम क्लोराइड पिघल में सूचित किया गया है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 55) बर्कलियम के लैंथेनाइड एनालॉग, टर्बियम के लिए भी ऐसा ही व्यवहार देखा जाता है। Bk³⁺ आयनों के जलीय समाधान अधिकांश एसिड में हरे होते हैं। Bk⁴⁺ आयनों का रंग हाइड्रोक्लोरिक एसिड में पीला और सल्फ्यूरिक एसिड में नारंगी-पीला होता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 55)(Holleman, Wiberg, 2007, p. 1956)(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1265) बर्कलियम कमरे के तापमान पर ऑक्सीजन के साथ तेजी से प्रतिक्रिया नहीं करता है, संभवतः एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत सतह के निर्माण के कारण। हालाँकि, यह विभिन्न बाइनरी यौगिकों को बनाने के लिए पिघली हुई धातुओं, हाइड्रोजन, हैलोजन, चाल्कोजन और निक्टोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 45)

2025 में बर्कलियम युक्त एक ऑर्गनोमेटेलिक यौगिक को 0.3 mg बर्कलियम से संश्लेषित किया गया और इसे बर्कलोसीन नाम दिया गया।

आइसोटोप

मुख्य लेख: Isotopes of berkelium

बर्कलियम के बीस आइसोटोप और छह परमाणु आइसोमर (एक आइसोटोप की उत्तेजित अवस्थाएँ) को चित्रित किया गया है, जिनका द्रव्यमान संख्या 233 से 253 (237 को छोड़कर) तक है। वे सभी रेडियोधर्मी हैं। सबसे लंबी अर्ध-आयु ²⁴⁷Bk (1,380 वर्ष), ²⁴⁸Bk (अज्ञात, लगभग निश्चित रूप से 300 वर्ष से अधिक), और ²⁴⁹Bk (327.2 दिन) के लिए देखी जाती है; अन्य आइसोटोप एक सप्ताह से कम के हैं। जो आइसोटोप संश्लेषित करने में सबसे आसान है (रिएक्टर न्यूट्रॉन कैप्चर) वह बर्कलियम-249 है। यह ज्यादातर नरम β-कण उत्सर्जित करता है जो पता लगाने के लिए असुविधाजनक हैं। इसका अल्फा विकिरण β-विकिरण के संबंध में काफी कमजोर (1.45-3%) है, लेकिन कभी-कभी इस आइसोटोप का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। दूसरा महत्वपूर्ण बर्कलियम आइसोटोप, बर्कलियम-247, बीटा-स्थिर और एक अल्फा उत्सर्जक है, जैसा कि अधिकांश लंबे समय तक जीवित रहने वाले एक्टिनाइड आइसोटोप हैं।

घटना

सभी बर्कलियम आइसोटोप की अर्ध-आयु आदिम होने के लिए बहुत कम है। इसलिए, कोई भी आदिम बर्कलियम - यानी, पृथ्वी के निर्माण के दौरान मौजूद बर्कलियम - अब तक क्षय हो चुका है।

पृथ्वी पर, बर्कलियम ज्यादातर कुछ क्षेत्रों में केंद्रित है, जिनका उपयोग 1945 और 1980 के बीच वायुमंडलीय परमाणु हथियार परीक्षणों के लिए किया गया था, साथ ही परमाणु घटनाओं के स्थलों पर, जैसे कि चेरनोबिल आपदा, थ्री माइल आइलैंड दुर्घटना और 1968 थुले एयर बेस बी-52 दुर्घटना। संयुक्त राज्य अमेरिका के पहले थर्मोन्यूक्लियर हथियार, आइवी माइक, (1 नवंबर 1952, एनेवेटक एटोल) के परीक्षण स्थल पर मलबे के विश्लेषण से बर्कलियम सहित विभिन्न एक्टिनाइड्स की उच्च सांद्रता का पता चला। सैन्य गोपनीयता के कारणों से, यह परिणाम 1956 तक प्रकाशित नहीं हुआ था।

परमाणु रिएक्टर बर्कलियम आइसोटोप के बीच ज्यादातर बर्कलियम-249 का उत्पादन करते हैं। भंडारण के दौरान और ईंधन निपटान से पहले, इसका अधिकांश हिस्सा बीटा क्षय होकर कैलिफ़ोर्नियम-249 में बदल जाता है। बाद वाले की अर्ध-आयु 351 वर्ष है, जो रिएक्टर में उत्पादित अन्य आइसोटोप की अर्ध-आयु की तुलना में अपेक्षाकृत लंबी है, और इसलिए निपटान उत्पादों में अवांछनीय है।

फर्मियम तक के ट्रांसयुरानिक तत्व, बर्कलियम सहित, ओक्लो में प्राकृतिक परमाणु विखंडन रिएक्टर में मौजूद होने चाहिए थे, लेकिन तब उत्पादित कोई भी मात्रा बहुत पहले ही क्षय हो चुकी होगी।

इतिहास

ग्लेन टी. सीबॉर्ग

अगस्त 1939 में लॉरेंस रेडिएशन लेबोरेटरी, यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफ़ोर्निया, बर्कले में 60-इंच साइक्लोट्रॉन

हालाँकि बर्कलियम की बहुत कम मात्रा संभवतः पिछले परमाणु प्रयोगों में उत्पादित की गई थी, लेकिन इसे पहली बार जानबूझकर संश्लेषित, अलग और पहचाना गया था दिसंबर 1949 में ग्लेन टी. सीबॉर्ग, अल्बर्ट घियोर्सो, स्टेनली गेराल्ड थॉम्पसन, और केनेथ स्ट्रीट जूनियर द्वारा। उन्होंने यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफ़ोर्निया, बर्कले में 60-इंच साइक्लोट्रॉन का उपयोग किया। 1944 में अमेरिसियम (तत्व 95) और क्यूरियम (तत्व 96) की लगभग एक साथ खोज के समान, नए तत्व बर्कलियम और कैलिफ़ोर्नियम (तत्व 98) दोनों का उत्पादन 1949–1950 में हुआ था।

तत्व 97 के लिए नाम का चुनाव कैलिफ़ोर्निया समूह की पिछली परंपरा का पालन करता था, जिसमें नव खोजे गए एक्टिनाइड और आवर्त सारणी में इसके ऊपर स्थित लैंथेनाइड तत्व के बीच समानता दिखाई गई थी। पहले, अमेरिसियम का नाम एक महाद्वीप के नाम पर रखा गया था जैसे कि इसका एनालॉग यूरोपियम, और क्यूरियम ने वैज्ञानिकों मैरी और पियरे क्यूरी को सम्मानित किया क्योंकि इसके ऊपर का लैंथेनाइड, गैडोलीनियम, दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों के खोजकर्ता जोहान गैडोलिन के नाम पर रखा गया था। इस प्रकार, बर्कले समूह की खोज रिपोर्ट में लिखा है: "यह सुझाव दिया जाता है कि तत्व 97 को बर्कले शहर के नाम पर बर्कलियम (प्रतीक Bk) नाम दिया जाए, जो इसके रासायनिक समरूप टर्बियम (परमाणु क्रमांक 65) के नामकरण में उपयोग की जाने वाली विधि के समान है, जिसका नाम स्वीडन के यटरबी शहर से लिया गया था, जहाँ दुर्लभ पृथ्वी खनिज पहली बार पाए गए थे।" हालाँकि, यह परंपरा बर्कलियम के साथ समाप्त हो गई, क्योंकि अगले खोजे गए एक्टिनाइड, कैलिफ़ोर्नियम का नामकरण उसके लैंथेनाइड एनालॉग डिस्प्रोसियम से संबंधित नहीं था, बल्कि खोज के स्थान के नाम पर था।

बर्कलियम को संश्लेषित करने में सबसे कठिन चरण अंतिम उत्पादों से इसका पृथक्करण और लक्ष्य सामग्री के लिए अमेरिसियम की पर्याप्त मात्रा का उत्पादन था। सबसे पहले, अमेरिसियम (²⁴¹Am) नाइट्रेट समाधान को प्लेटिनम पन्नी पर लेपित किया गया, समाधान को वाष्पित किया गया और अवशेष को एनीलिंग द्वारा अमेरिसियम डाइऑक्साइड (AmO₂) में परिवर्तित किया गया। इस लक्ष्य को यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफ़ोर्निया, बर्कले की लॉरेंस रेडिएशन लेबोरेटरी में 60-इंच साइक्लोट्रॉन में 6 घंटे के लिए 35 MeV अल्फा कणों के साथ विकिरणित किया गया। विकिरण द्वारा प्रेरित (α,2n) प्रतिक्रिया ने ²⁴³Bk आइसोटोप और दो मुक्त न्यूट्रॉन उत्पन्न किए:

241 + 4 → 243 + 2 1

विकिरण के बाद, कोटिंग को नाइट्रिक एसिड के साथ घोल दिया गया और फिर केंद्रित जलीय अमोनिया समाधान का उपयोग करके हाइड्रॉक्साइड के रूप में अवक्षेपित किया गया। उत्पाद को सेंट्रीफ्यूज किया गया और नाइट्रिक एसिड में फिर से घोल दिया गया। बर्कलियम को अप्रयुक्त अमेरिसियम से अलग करने के लिए, इस समाधान को जलीय अमोनिया और अमोनियम सल्फेट के मिश्रण में मिलाया गया और सभी घुले हुए अमेरिसियम को ऑक्सीकरण अवस्था +6 में बदलने के लिए वायुमंडलीय ऑक्सीजन की उपस्थिति में गर्म किया गया। अनऑक्सीकृत अवशिष्ट अमेरिसियम को हाइड्रोफ्लोरिक एसिड के अतिरिक्त के साथ अमेरिसियम(III) फ्लोराइड (AmF₃) के रूप में अवक्षेपित किया गया। इस चरण ने ट्राइफ्लोराइड के रूप में क्यूरियम और अपेक्षित तत्व 97 का मिश्रण प्राप्त किया। मिश्रण को पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के साथ उपचार करके संबंधित हाइड्रॉक्साइड में परिवर्तित किया गया, और सेंट्रीफ्यूजेशन के बाद, परक्लोरिक एसिड में घोल दिया गया।

क्रोमैटोग्राफिक एल्यूशन वक्र जो लैंथेनाइड्स टर्बियम (Tb), गैडोलीनियम (Gd), और यूरोपियम (Eu) (शीर्ष ग्राफ) और उनके संबंधित एक्टिनाइड्स बर्कलियम (Bk), क्यूरियम (Cm), और अमेरिसियम (Am) (नीचे का ग्राफ) के बीच समानता को प्रकट करते हैं

आगे का पृथक्करण साइट्रिक एसिड/अमोनियम बफर समाधान की उपस्थिति में एक कमजोर अम्लीय माध्यम (pH ≈ 3.5) में, उच्च तापमान पर आयन एक्सचेंज का उपयोग करके किया गया। उस समय तत्व 97 के लिए क्रोमैटोग्राफिक पृथक्करण व्यवहार अज्ञात था लेकिन टर्बियम के साथ सादृश्य द्वारा प्रत्याशित था। पहले परिणाम निराशाजनक थे क्योंकि एल्यूशन उत्पाद से कोई अल्फा-कण उत्सर्जन हस्ताक्षर का पता नहीं लगाया जा सका। आगे के विश्लेषण के साथ, विशेष एक्स-रे और रूपांतरण इलेक्ट्रॉन संकेतों की खोज करते हुए, अंततः एक बर्कलियम आइसोटोप का पता चला। प्रारंभिक रिपोर्ट में इसकी द्रव्यमान संख्या 243 और 244 के बीच अनिश्चित थी, लेकिन बाद में इसे 243 के रूप में स्थापित किया गया।

संश्लेषण और निष्कर्षण

आइसोटोप की तैयारी

बर्कलियम का उत्पादन हल्के एक्टिनाइड्स यूरेनियम (²³⁸U) या प्लूटोनियम (²³⁹Pu) को परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ बमबारी करके किया जाता है। यूरेनियम ईंधन के अधिक सामान्य मामले में, प्लूटोनियम का उत्पादन पहले न्यूट्रॉन कैप्चर (तथाकथित (n,γ) प्रतिक्रिया या न्यूट्रॉन संलयन) द्वारा किया जाता है, जिसके बाद बीटा-क्षय होता है:

${\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}238}\mathrm{U}\stackrel{(\mathrm{n},\mathrm{\gamma })}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}239}\mathrm{U}\underset{23.5\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{93}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}93}^{\phantom{2}239}\mathrm{N}\mathrm{p}\underset{2.3565\mathrm{d}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}239}\mathrm{P}\mathrm{u}$ (समय अर्ध-आयु हैं।)

प्लूटोनियम-239 को एक ऐसे स्रोत द्वारा और अधिक विकिरणित किया जाता है जिसमें उच्च न्यूट्रॉन प्रवाह होता है, जो पारंपरिक परमाणु रिएक्टर से कई गुना अधिक होता है, जैसे कि टेनेसी, अमेरिका में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में 85-मेगावाट हाई फ्लक्स आइसोटोप रिएक्टर (HFIR)। उच्च प्रवाह संलयन प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देता है जिसमें एक नहीं बल्कि कई न्यूट्रॉन शामिल होते हैं, जो ²³⁹Pu को ²⁴⁴Cm और फिर ²⁴⁹Cm में परिवर्तित करते हैं:

$\begin{array}{rl}{\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{239}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}239}\mathrm{P}\mathrm{u}\stackrel{4(\mathrm{n},\mathrm{\gamma })}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{94}}^{\phantom{243}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}94}^{\phantom{2}243}\mathrm{P}\mathrm{u}\underset{4.956\mathrm{h}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{95}}^{\phantom{243}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}95}^{\phantom{2}243}\mathrm{A}\mathrm{m}\stackrel{(\mathrm{n},\mathrm{\gamma })}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{95}}^{\phantom{244}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}95}^{\phantom{2}244}\mathrm{A}\mathrm{m}\underset{10.1\mathrm{h}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}& {\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{244}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}244}\mathrm{C}\mathrm{m}\\ & {\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{244}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}244}\mathrm{C}\mathrm{m}\stackrel{5(\mathrm{n},\mathrm{\gamma })}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{249}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}249}\mathrm{C}\mathrm{m}\end{array}$

क्यूरियम-249 की अर्ध-आयु 64 मिनट की कम होती है, और इसलिए ²⁵⁰Cm में इसके आगे के रूपांतरण की संभावना कम होती है। इसके बजाय, यह बीटा-क्षय द्वारा ²⁴⁹Bk में बदल जाता है:

${\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{249}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}249}\mathrm{C}\mathrm{m}\underset{64.15\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{\mathrm{\beta }{}^{\text{-}}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{249}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}249}\mathrm{B}\mathrm{k}\underset{330\mathrm{d}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{98}}^{\phantom{249}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}98}^{\phantom{2}249}\mathrm{C}\mathrm{f}$

इस प्रकार उत्पादित ²⁴⁹Bk की अर्ध-आयु 330 दिनों की लंबी होती है और इसलिए यह एक और न्यूट्रॉन को कैप्चर कर सकता है। हालाँकि, उत्पाद, ²⁵⁰Bk, की अर्ध-आयु फिर से 3.212 घंटे की अपेक्षाकृत कम होती है और इसलिए यह कोई भारी बर्कलियम आइसोटोप नहीं देता है। यह इसके बजाय कैलिफ़ोर्नियम आइसोटोप ²⁵⁰Cf में क्षय हो जाता है:

${\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{249}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}249}\mathrm{B}\mathrm{k}\stackrel{(\mathrm{n},\mathrm{\gamma })}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{250}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}250}\mathrm{B}\mathrm{k}\underset{3.212\mathrm{h}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{98}}^{\phantom{250}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}98}^{\phantom{2}250}\mathrm{C}\mathrm{f}$

हालाँकि ²⁴⁷Bk बर्कलियम का सबसे स्थिर आइसोटोप है, परमाणु रिएक्टरों में इसका उत्पादन बहुत कठिन है क्योंकि इसके संभावित पूर्वज ²⁴⁷Cm को कभी भी बीटा क्षय से गुजरते हुए नहीं देखा गया है। इस प्रकार, ²⁴⁹Bk बर्कलियम का सबसे सुलभ आइसोटोप है, जो अभी भी केवल छोटी मात्रा में उपलब्ध है (1967–1983 की अवधि में अमेरिका में केवल 0.66 ग्राम का उत्पादन हुआ है(Peterson, Hobart, 1984, p. 30)) 185 USD प्रति माइक्रोग्राम की उच्च कीमत पर। यह थोक मात्रा में उपलब्ध एकमात्र बर्कलियम आइसोटोप है, और इसलिए एकमात्र बर्कलियम आइसोटोप जिसके गुणों का व्यापक रूप से अध्ययन किया जा सकता है।

आइसोटोप ²⁴⁸Bk को पहली बार 1956 में क्यूरियम आइसोटोप के मिश्रण को 25 MeV α-कणों के साथ बमबारी करके प्राप्त किया गया था। यद्यपि ²⁴⁵Bk के साथ मजबूत सिग्नल हस्तक्षेप के कारण इसका प्रत्यक्ष पता लगाना कठिन था, लेकिन क्षय उत्पाद ²⁴⁸Cf की वृद्धि से एक नए आइसोटोप के अस्तित्व को सिद्ध किया गया, जिसे पहले ही पहचाना जा चुका था। ²⁴⁸Bk की अर्ध-आयु (half-life) का अनुमान 23 ± 5 घंटे लगाया गया था, हालांकि बाद में 1965 के कार्य में 300 वर्षों से अधिक की अर्ध-आयु प्राप्त हुई (जो एक आइसोमेरिक अवस्था के कारण हो सकती है)। बर्केलियम-247 का उत्पादन उसी वर्ष ²⁴⁴Cm को अल्फा-कणों के साथ विकिरणित करके किया गया था:

$\{\begin{array}{l}{\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{244}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}244}\mathrm{C}\mathrm{m}\stackrel{(\mathrm{\alpha },\mathrm{n})}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{98}}^{\phantom{247}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}98}^{\phantom{2}247}\mathrm{C}\mathrm{f}\underset{3.11\mathrm{h}}{\overset{\mathrm{ϵ}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{247}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}247}\mathrm{B}\mathrm{k}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{96}}^{\phantom{244}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}96}^{\phantom{2}244}\mathrm{C}\mathrm{m}\stackrel{(\mathrm{\alpha },\mathrm{p})}{\to }{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{247}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}247}\mathrm{B}\mathrm{k}\end{array}$

बर्केलियम-242 को 1979 में ²³⁵U को ¹¹B के साथ, ²³⁸U को ¹⁰B के साथ, ²³²Th को ¹⁴N के साथ या ²³²Th को ¹⁵N के साथ बमबारी करके संश्लेषित किया गया था। यह 7.0 ± 1.3 मिनट की अर्ध-आयु के साथ इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा ²⁴²Cm में परिवर्तित हो जाता है। शुरुआत में संदिग्ध आइसोटोप ²⁴¹Bk की खोज उस समय असफल रही थी; ²⁴¹Bk को तब से संश्लेषित किया जा चुका है।

$\{\begin{array}{ll}{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{235}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}235}\mathrm{U}+{\phantom{A}}_{\phantom{5}}^{\phantom{11}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}5}^{\phantom{2}11}\mathrm{B}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}242}\mathrm{B}\mathrm{k}+4{\phantom{A}}_0^1\mathrm{n}& {\phantom{A}}_{\phantom{90}}^{\phantom{232}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}90}^{\phantom{2}232}\mathrm{T}\mathrm{h}+{\phantom{A}}_{\phantom{7}}^{\phantom{14}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}7}^{\phantom{2}14}\mathrm{N}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}242}\mathrm{B}\mathrm{k}+4{\phantom{A}}_0^1\mathrm{n}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{238}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}238}\mathrm{U}+{\phantom{A}}_{\phantom{5}}^{\phantom{10}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}5}^{\phantom{2}10}\mathrm{B}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}242}\mathrm{B}\mathrm{k}+6{\phantom{A}}_0^1\mathrm{n}& {\phantom{A}}_{\phantom{90}}^{\phantom{232}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}90}^{\phantom{2}232}\mathrm{T}\mathrm{h}+{\phantom{A}}_{\phantom{7}}^{\phantom{15}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}7}^{\phantom{2}15}\mathrm{N}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{97}}^{\phantom{242}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}97}^{\phantom{2}242}\mathrm{B}\mathrm{k}+5{\phantom{A}}_0^1\mathrm{n}\end{array}$

पृथक्करण

यह तथ्य कि बर्केलियम ठोस पदार्थों में आसानी से +4 ऑक्सीकरण अवस्था ग्रहण कर लेता है, और तरल पदार्थों में इस अवस्था में अपेक्षाकृत स्थिर रहता है, बर्केलियम को कई अन्य एक्टिनाइड्स से अलग करने में बहुत सहायता करता है। ये परमाणु संश्लेषण के दौरान अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में उत्पन्न होते हैं और अक्सर +3 अवस्था को प्राथमिकता देते हैं। प्रारंभिक प्रयोगों में यह तथ्य अभी ज्ञात नहीं था, जिसमें अधिक जटिल पृथक्करण प्रक्रिया का उपयोग किया गया था। बर्केलियम(III) घोल को +4 अवस्था में बदलने के लिए विभिन्न अकार्बनिक ऑक्सीकरण एजेंटों को लागू किया जा सकता है, जैसे कि ब्रोमेट (BrO₃^-), बिस्मथेट (BiO₃^-), क्रोमेट (CrO₄^2- और Cr₂O₇²⁻), सिल्वर(I) थियोलेट (Ag₂S₂O₈), लेड(IV) ऑक्साइड (PbO₂), ओजोन (O₃), या फोटोकैमिकल ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं। हाल ही में, यह पता चला है कि कुछ कार्बनिक और जैव-प्रेरित अणु, जैसे कि कीलेटर 3,4,3-LI(1,2-HOPO), भी Bk(III) को ऑक्सीकृत कर सकते हैं और हल्की परिस्थितियों में Bk(IV) को स्थिर कर सकते हैं। बर्केलियम(IV) को फिर आयन एक्सचेंज, निष्कर्षण क्रोमैटोग्राफी या HDEHP (bis-(2-ethylhexyl) phosphoric acid), अमीन, ट्राइब्यूटिल फॉस्फेट या विभिन्न अन्य अभिकर्मकों का उपयोग करके तरल-तरल निष्कर्षण के साथ निकाला जाता है। ये प्रक्रियाएं बर्केलियम को अधिकांश त्रिसंयोजक एक्टिनाइड्स और लैंथेनाइड्स से अलग करती हैं, सिवाय लैंथेनाइड सीरियम के (लैंथेनाइड्स विकिरण लक्ष्य में अनुपस्थित होते हैं लेकिन विभिन्न परमाणु विखंडन क्षय श्रृंखलाओं में बनते हैं)।(Peterson, Hobart, 1984, p. 32)

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में अपनाई गई एक अधिक विस्तृत प्रक्रिया इस प्रकार थी: एक्टिनाइड्स के प्रारंभिक मिश्रण को लिथियम क्लोराइड अभिकर्मक का उपयोग करके आयन एक्सचेंज के साथ संसाधित किया जाता है, फिर हाइड्रॉक्साइड के रूप में अवक्षेपित किया जाता है, फ़िल्टर किया जाता है और नाइट्रिक एसिड में घोला जाता है। फिर इसे केशन एक्सचेंज रेजिन से उच्च-दबाव इल्यूशन के साथ उपचारित किया जाता है, और बर्केलियम चरण को ऑक्सीकृत किया जाता है और ऊपर वर्णित प्रक्रियाओं में से एक का उपयोग करके निकाला जाता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 32) इस प्रकार प्राप्त बर्केलियम(IV) का +3 ऑक्सीकरण अवस्था में अपचयन एक घोल देता है, जो अन्य एक्टिनाइड्स से लगभग मुक्त होता है (लेकिन इसमें सीरियम होता है)। बर्केलियम और सीरियम को फिर आयन-एक्सचेंज उपचार के एक और दौर के साथ अलग किया जाता है।(Peterson, Hobart, 1984, pp. 33–34)

थोक धातु की तैयारी

ठोस बर्केलियम और इसके यौगिकों के रासायनिक और भौतिक गुणों को चिह्नित करने के लिए, 1952 में मटेरियल टेस्टिंग रिएक्टर, आर्को, इदाहो, अमेरिका में एक कार्यक्रम शुरू किया गया था। इसके परिणामस्वरूप आठ-ग्राम प्लूटोनियम-239 लक्ष्य की तैयारी हुई और 1958 में बोरिस बी. कनिंघम और स्टेनली गेराल्ड थॉम्पसन द्वारा बर्केलियम की पहली मैक्रोस्कोपिक मात्रा (0.6 माइक्रोग्राम) का उत्पादन हुआ, जो इस लक्ष्य के छह वर्षों तक निरंतर रिएक्टर विकिरण के बाद हुआ।(Peterson, Hobart, 1984, p. 30) यह विकिरण विधि तत्व की वजन योग्य मात्रा का उत्पादन करने का एकमात्र तरीका था और अभी भी है, और बर्केलियम के अधिकांश ठोस-अवस्था अध्ययन माइक्रोग्राम या सब-माइक्रोग्राम आकार के नमूनों पर किए गए हैं।(Peterson, Hobart, 1984, p. 38)

दुनिया के प्रमुख विकिरण स्रोत टेनेसी, यूएसए में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में 85-मेगावाट हाई फ्लक्स आइसोटोप रिएक्टर, और दिमित्रोवग्राद, रूस में रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ एटॉमिक रिएक्टर्स (NIIAR) में SM-2 लूप रिएक्टर हैं, जो दोनों ट्रांसक्यूरियम तत्वों (परमाणु संख्या 96 से अधिक) के उत्पादन के लिए समर्पित हैं। इन सुविधाओं में समान शक्ति और फ्लक्स स्तर हैं, और ट्रांसक्यूरियम तत्वों के लिए तुलनीय उत्पादन क्षमता होने की उम्मीद है, हालांकि NIIAR में उत्पादित मात्रा सार्वजनिक रूप से रिपोर्ट नहीं की जाती है। ओक रिज में एक "विशिष्ट प्रसंस्करण अभियान" में, कैलिफोर्नियम की डेसीग्राम मात्रा, बर्केलियम-249 और आइंस्टीनियम की मिलीग्राम मात्रा, और फर्मियम की पिकोग्राम मात्रा का उत्पादन करने के लिए क्यूरियम के दसियों ग्राम को विकिरणित किया जाता है।(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1262) कुल मिलाकर, 1967 से ओक रिज में एक ग्राम से थोड़ा अधिक बर्केलियम-249 का उत्पादन किया गया है।

1.7 माइक्रोग्राम वजन वाला पहला बर्केलियम धातु का नमूना 1971 में 1000 °C पर लिथियम वाष्प के साथ बर्केलियम(III) फ्लोराइड के अपचयन द्वारा तैयार किया गया था; फ्लोराइड को पिघले हुए लिथियम युक्त टैंटलम क्रूसिबल के ऊपर एक टंगस्टन तार पर लटकाया गया था। बाद में, इस विधि से 0.5 मिलीग्राम तक वजन वाले धातु के नमूने प्राप्त किए गए।(Peterson, Hobart, 1984, p. 41)

BkF₃ + 3 Li → Bk + 3 LiF

बर्केलियम(IV) फ्लोराइड के साथ समान परिणाम प्राप्त होते हैं। बर्केलियम धातु का उत्पादन थोरियम या लैंथेनम के साथ बर्केलियम(IV) ऑक्साइड के अपचयन द्वारा भी किया जा सकता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 41)

यौगिक

मुख्य लेख: Berkelium compounds

ऑक्साइड

बर्केलियम के दो ऑक्साइड ज्ञात हैं, जिनमें बर्केलियम ऑक्सीकरण अवस्था +3 (Bk₂O₃) और +4 (BkO₂) है। बर्केलियम(IV) ऑक्साइड एक भूरा ठोस है, जबकि बर्केलियम(III) ऑक्साइड 1920 °C के गलनांक वाला एक पीला-हरा ठोस है(Holleman, Wiberg, 2007, p. 1972) और इसे आणविक हाइड्रोजन के साथ अपचयन द्वारा BkO₂ से बनाया जाता है:

2 BkO₂ + H₂ → Bk₂O₃ + H₂O

1200 °C तक गर्म करने पर, ऑक्साइड Bk₂O₃ एक चरण परिवर्तन से गुजरता है; यह 1750 °C पर एक और चरण परिवर्तन से गुजरता है। ऐसा तीन-चरणीय व्यवहार एक्टिनाइड सेसक्विऑक्साइड के लिए विशिष्ट है। बर्केलियम(II) ऑक्साइड, BkO, को एक भंगुर भूरे ठोस के रूप में रिपोर्ट किया गया है लेकिन इसकी सटीक रासायनिक संरचना अनिश्चित बनी हुई है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 51)

हैलाइड

हैलाइड में, बर्केलियम +3 और +4 ऑक्सीकरण अवस्थाएं ग्रहण करता है।(Holleman, Wiberg, 2007, p. 1969) +3 अवस्था सबसे स्थिर है, विशेष रूप से घोल में, जबकि चतुर्संयोजक हैलाइड BkF₄ और Cs₂BkCl₆ केवल ठोस चरण में ज्ञात हैं।(Peterson, Hobart, 1984, p. 47) अपने त्रिसंयोजक फ्लोराइड और क्लोराइड में बर्केलियम परमाणु का समन्वय 9 की समन्वय संख्या के साथ ट्राइकैप्ड ट्राइगोनल प्रिज्मीय होता है। त्रिसंयोजक ब्रोमाइड में, यह बाइ-कैप्ड ट्राइगोनल प्रिज्मीय (समन्वय 8) या ऑक्टाहेड्रल (समन्वय 6) होता है, और आयोडाइड में यह ऑक्टाहेड्रल होता है।(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1270)

ऑक्सीकरण संख्या	F	Cl	Br	I
+4	BkF4 (पीला(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1270))	Cs2BkCl6 (नारंगी(Peterson, Hobart, 1984, p. 51))
+3	BkF3 (पीला(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1270))	BkCl3 (हरा(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1270)) Cs2NaBkCl6(Peterson, Hobart, 1984, p. 48)	BkBr3 (पीला-हरा(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1270))	BkI3 (पीला(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 1270))

बर्केलियम(IV) फ्लोराइड (BkF₄) एक पीला-हरा आयनिक ठोस है और यूरेनियम टेट्राफ्लोराइड या जिरकोनियम टेट्राफ्लोराइड के साथ आइसोटाइपिक है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 48) बर्केलियम(III) फ्लोराइड (BkF₃) भी एक पीला-हरा ठोस है, लेकिन इसकी दो क्रिस्टलीय संरचनाएं हैं। कम तापमान पर सबसे स्थिर चरण यट्रियम(III) फ्लोराइड के साथ आइसोटाइपिक है, जबकि 350 और 600 °C के बीच गर्म करने पर, यह लैंथेनम ट्राइफ्लोराइड में पाई जाने वाली संरचना में बदल जाता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 48)

बर्केलियम(III) क्लोराइड (BkCl₃) की दृश्य मात्रा पहली बार 1962 में अलग की गई और चिह्नित की गई थी, और इसका वजन केवल 3 अरबवां ग्राम था। इसे लगभग 500 °C के तापमान पर बर्केलियम ऑक्साइड युक्त एक खाली क्वार्ट्ज ट्यूब में हाइड्रोजन क्लोराइड वाष्प डालकर तैयार किया जा सकता है। इस हरे ठोस का गलनांक 600 °C है,(Holleman, Wiberg, 2007, p. 1969) और यह यूरेनियम(III) क्लोराइड के साथ आइसोटाइपिक है। गलनांक के करीब गर्म करने पर, BkCl₃ एक ऑर्थोरोम्बिक चरण में परिवर्तित हो जाता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 52)

बर्केलियम(III) ब्रोमाइड के दो रूप ज्ञात हैं: एक जिसमें बर्केलियम का समन्वय 6 है, और एक जिसमें समन्वय 8 है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 38) बाद वाला कम स्थिर है और लगभग 350 °C तक गर्म करने पर पहले वाले चरण में बदल जाता है। रेडियोधर्मी ठोस पदार्थों के एक महत्वपूर्ण गुण का अध्ययन इन दो क्रिस्टल रूपों पर किया गया है: ताजा और पुराने ²⁴⁹BkBr₃ नमूनों की संरचना को 3 वर्षों से अधिक की अवधि में एक्स-रे विवर्तन द्वारा जांचा गया था, ताकि बर्केलियम-249 के विभिन्न अंश कैलिफोर्नियम-249 में बीटा क्षय हो सकें। ²⁴⁹BkBr₃—²⁴⁹CfBr₃ परिवर्तन पर संरचना में कोई बदलाव नहीं देखा गया। हालांकि, ²⁴⁹BkBr₃ और ²⁴⁹CfBr₃ के लिए अन्य अंतर नोट किए गए। उदाहरण के लिए, बाद वाले को हाइड्रोजन के साथ ²⁴⁹CfBr₂ में अपचयित किया जा सकता था, लेकिन पहले वाले को नहीं - यह परिणाम व्यक्तिगत ²⁴⁹BkBr₃ और ²⁴⁹CfBr₃ नमूनों पर, साथ ही दोनों ब्रोमाइड युक्त नमूनों पर पुनरुत्पादित किया गया था। बर्केलियम में कैलिफोर्नियम की अंतर्वृद्धि 0.22% प्रति दिन की दर से होती है और यह बर्केलियम गुणों के अध्ययन में एक बाधा है। रासायनिक संदूषण के अलावा, ²⁴⁹Cf, एक अल्फा उत्सर्जक होने के नाते, क्रिस्टल जाली को अवांछनीय स्व-क्षति और परिणामी स्व-ताप पहुंचाता है। हालांकि, समय के फलन के रूप में माप करके और प्राप्त परिणामों को एक्सट्रपलेशन करके रासायनिक प्रभाव से बचा जा सकता है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 47)

अन्य अकार्बनिक यौगिक

बर्केलियम-249 के pnictides प्रकार BkX के नाइट्रोजन, फास्फोरस, आर्सेनिक और एंटीमनी तत्वों के लिए ज्ञात हैं। वे रॉक-सॉल्ट संरचना में क्रिस्टलीकृत होते हैं और उच्च निर्वात के तहत उच्च तापमान (लगभग 600 °C) पर इन तत्वों के साथ बर्केलियम(III) हाइड्राइड (BkH₃) या धात्विक बर्केलियम की प्रतिक्रिया द्वारा तैयार किए जाते हैं।

बर्केलियम(III) सल्फाइड, Bk₂S₃, को 1130 °C पर हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइसल्फाइड वाष्प के मिश्रण के साथ बर्केलियम ऑक्साइड का उपचार करके, या धात्विक बर्केलियम को सीधे मौलिक सल्फर के साथ प्रतिक्रिया करके तैयार किया जाता है। ये प्रक्रियाएं भूरे-काले क्रिस्टल देती हैं।(Peterson, Hobart, 1984, p. 53)

बर्केलियम(III) और बर्केलियम(IV) हाइड्रॉक्साइड दोनों सोडियम हाइड्रॉक्साइड के 1 मोलर घोल में स्थिर हैं। बर्केलियम(III) फॉस्फेट (BkPO₄) को एक ठोस के रूप में तैयार किया गया है, जो हरी रोशनी के साथ उत्तेजना पर मजबूत प्रतिदीप्ति दिखाता है।(Peterson, Hobart, 1984, pp. 39–40) बर्केलियम हाइड्राइड लगभग 250 °C के तापमान पर हाइड्रोजन गैस के साथ धातु की प्रतिक्रिया करके उत्पादित किए जाते हैं। वे नाममात्र सूत्र BkH₂+x (0 < x < 1) के साथ गैर-स्टोइकियोमेट्रिक हैं।(Peterson, Hobart, 1984, p. 53) बर्केलियम के कई अन्य लवण ज्ञात हैं, जिनमें एक ऑक्सीसल्फाइड (Bk₂O₂S), और हाइड्रेटेड नाइट्रेट (Bk(NO₃)₃·4H₂O), क्लोराइड (BkCl₃·6H₂O), सल्फेट (Bk₂(SO₄)₃·12H₂O) और ऑक्सालेट (Bk₂(C₂O₄)₃·4H₂O) शामिल हैं।(Peterson, Hobart, 1984, p. 47) Bk₂(SO₄)₃·12H₂O का लगभग 600 °C पर आर्गन वातावरण में (BkO₂ में ऑक्सीकरण से बचने के लिए) थर्मल अपघटन बर्केलियम(III) ऑक्सीसल्फेट (Bk₂O₂SO₄) के क्रिस्टल देता है। यह यौगिक अक्रिय वातावरण में कम से कम 1000 °C तक थर्मल रूप से स्थिर है।(Peterson, Hobart, 1984, p. 54)

ऑर्गनोबर्केलियम यौगिक

बर्केलियम तीन साइक्लोपेंटाडाइनिल रिंगों के साथ एक ट्राइगोनल (η⁵–C₅H₅)₃Bk मेटालोसिन कॉम्प्लेक्स बनाता है, जिसे लगभग 70 °C पर पिघले हुए बेरिलोसिन (Be(C₅H₅)₂) के साथ बर्केलियम(III) क्लोराइड की प्रतिक्रिया करके संश्लेषित किया जा सकता है। इसका रंग एम्बर है और घनत्व 2.47 g/cm³ है। कॉम्प्लेक्स कम से कम 250 °C तक गर्म करने के लिए स्थिर है, और लगभग 350 °C पर बिना पिघले ऊर्ध्वपातित (sublimates) हो जाता है। बर्केलियम की उच्च रेडियोधर्मिता धीरे-धीरे यौगिक को नष्ट कर देती है (सप्ताह की अवधि के भीतर)। (η⁵–C₅H₅)₃Bk में एक साइक्लोपेंटाडाइनिल रिंग को [Bk(C₅H₅)₂Cl]₂ देने के लिए क्लोरीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। इस यौगिक के ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा (η⁵–C₅H₅)₃Bk के समान हैं।(Peterson, Hobart, 1984, pp. 41, 54)

बर्केलियम प्रतिस्थापित साइक्लोऑक्टाटेट्राएनाइड्स के साथ बर्केलियोसीन, एक एक्टिनोसिन कॉम्प्लेक्स भी बनाता है।

अनुप्रयोग

22 मिलीग्राम बर्केलियम (बर्केलियम(III) नाइट्रेट के रूप में) 2009 में HFIR में लगभग एक मिलियन डॉलर की लागत से तैयार किया गया, जिसका उपयोग JINR में टेनेसीन के संश्लेषण के लिए किया गया

वर्तमान में बुनियादी वैज्ञानिक अनुसंधान के बाहर बर्केलियम के किसी भी आइसोटोप का कोई उपयोग नहीं है। बर्केलियम-249 और भी भारी ट्रांसयूरेनियम तत्व और सुपरहेवी तत्व तैयार करने के लिए एक सामान्य लक्ष्य न्यूक्लाइड है, जैसे कि लॉरेनशियम, रदरफोर्डियम और बोरियम। यह आइसोटोप कैलिफोर्नियम-249 के स्रोत के रूप में भी उपयोगी है, जिसका उपयोग कैलिफोर्नियम के रसायन विज्ञान पर अध्ययन के लिए किया जाता है, जो HFIR जैसी न्यूट्रॉन बमबारी सुविधाओं में उत्पादित अधिक रेडियोधर्मी कैलिफोर्नियम-252 की तुलना में बेहतर है।

2009 में ओक रिज में 250-दिवसीय विकिरण में बर्केलियम-249 का 22 मिलीग्राम बैच तैयार किया गया और फिर 90 दिनों के लिए शुद्ध किया गया। इस लक्ष्य ने 150 दिनों के लिए U400 साइक्लोट्रॉन में कैल्शियम आयनों के साथ बमबारी करने के बाद JINR, दुबना, रूस में टेनेसीन के पहले 6 परमाणु दिए। यह संश्लेषण तत्वों 113 से 118 के संश्लेषण पर JINR और लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी के बीच रूस-अमेरिका सहयोग की परिणति थी, जिसे 1989 में शुरू किया गया था।

परमाणु ईंधन चक्र

बर्किलियम के परमाणु विखंडन गुण पड़ोसी एक्टिनाइड्स क्यूरियम और कैलिफोर्नियम से भिन्न हैं, और वे यह संकेत देते हैं कि परमाणु रिएक्टर में ईंधन के रूप में बर्किलियम का प्रदर्शन खराब रहेगा। विशेष रूप से, बर्किलियम-249 में थर्मल न्यूट्रॉन के लिए 710 बार्न का मध्यम रूप से बड़ा न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन और 1200 बार्न का अनुनाद इंटीग्रल (resonance integral) होता है, लेकिन थर्मल न्यूट्रॉन के लिए इसका विखंडन क्रॉस सेक्शन बहुत कम होता है। इसलिए, एक थर्मल रिएक्टर में, इसका अधिकांश हिस्सा बर्किलियम-250 में परिवर्तित हो जाएगा जो तेजी से क्षय होकर कैलिफोर्नियम-250 बन जाता है। सिद्धांत रूप में, बर्किलियम-249 एक फास्ट ब्रीडर रिएक्टर में परमाणु श्रृंखला अभिक्रिया को बनाए रख सकता है। इसका क्रांतिक द्रव्यमान (critical mass) 192 किग्रा पर अपेक्षाकृत अधिक है, जिसे पानी या स्टील रिफ्लेक्टर के साथ कम किया जा सकता है, लेकिन यह अभी भी इस समस्थानिक के विश्व उत्पादन से अधिक होगा।

बर्किलियम-247 थर्मल-न्यूट्रॉन और फास्ट-न्यूट्रॉन दोनों रिएक्टरों में श्रृंखला अभिक्रिया बनाए रख सकता है, हालांकि, इसका उत्पादन काफी जटिल है और इसलिए इसकी उपलब्धता इसके क्रांतिक द्रव्यमान से बहुत कम है, जो एक नग्न गोले के लिए लगभग 75.7 किग्रा, पानी के रिफ्लेक्टर के साथ 41.2 किग्रा और स्टील रिफ्लेक्टर (30 सेमी मोटाई) के साथ 35.2 किग्रा है।

स्वास्थ्य संबंधी मुद्दे

मानव शरीर पर बर्किलियम के प्रभावों के बारे में बहुत कम जानकारी है, और अन्य तत्वों के साथ सादृश्यता नहीं खींची जा सकती है क्योंकि विकिरण उत्पाद भिन्न होते हैं (बर्किलियम के लिए इलेक्ट्रॉन और अधिकांश अन्य एक्टिनाइड्स के लिए अल्फा कण, न्यूट्रॉन, या दोनों)। बर्किलियम-249 से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की कम ऊर्जा (126 keV से कम) अन्य क्षय प्रक्रियाओं के साथ सिग्नल हस्तक्षेप के कारण इसका पता लगाने में बाधा डालती है, लेकिन यह इस समस्थानिक को अन्य एक्टिनाइड्स की तुलना में मनुष्यों के लिए अपेक्षाकृत हानिरहित भी बनाती है। हालाँकि, बर्किलियम-249 केवल 330 दिनों के अर्ध-आयु काल के साथ शक्तिशाली अल्फा-उत्सर्जक कैलिफोर्नियम-249 में परिवर्तित हो जाता है, जो काफी खतरनाक है और इसे एक समर्पित प्रयोगशाला में ग्लवबॉक्स में संभाला जाना चाहिए। बर्किलियम कैंसर को बढ़ावा दे सकता है, और कंकाल में, इसका विकिरण लाल रक्त कोशिकाओं को नुकसान पहुँचा सकता है। मानव कंकाल में बर्किलियम-249 की अधिकतम स्वीकार्य मात्रा 0.4 नैनोग्राम है।

ग्रन्थसूची

• (1997). "Chemistry of the Elements". Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
• (2007). "Textbook of Inorganic Chemistry". de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.
• (1984). Advances in inorganic chemistry and radiochemistry. 28 29–64. Academic Press. ISBN 978-0-12-023628-2. doi:10.1016/S0898-8838(08)60204-4.

बाहरी कड़ियाँ

• बर्किलियम द पीरियोडिक टेबल ऑफ वीडियोज़ (नॉटिंघम विश्वविद्यालय) पर

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Berkelium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Berkelium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।