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Berkelium

Daten und Eigenschaften des chemischen Elements Berkelium.



Berkelium Chemie

Berkelium - chemisches Zeichen Bk, Ordnungszahl 97 - ist ein silberweißes, in zwei Modifikationen (hexagonal und kubisch) auftretendes, nur künstlich zugängliches, radioaktives, chemisches Element aus der Gruppe der Actinoide (Transuran Elemente).

Das Metall wurde erstmals 1949 durch Beschuss von Americium-241 mit Heliumkernen dargestellt und beschrieben.

Auf Grund der sehr kurzen Halbwertszeiten von 1380 Jahren tritt Berkelium in der Natur bestenfalls in äußerst geringen Spuren auf. Verwertbare Berkeliummengen entstehen jedoch bei verschiedenen Prozessen der Kerntechnik und Kernforschung; außer in der Forschung findet das Berkelium keine Anwendung.

Benannt wurde das Element nach der Stadt Berkeley in den USA benannt, in der es erstmals erzeugt wurde.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Berkelium

Bezeichnung:Berkelium Symbol:Bk Ordnungszahl:97 Atommasse:247,070308541 u Periodensystem-Stellung:Actinoide, 7. Periode, f-Block Gruppen-Zugehörigkeit:Transurane, Metalle Entdeckung:1949 Bedeutung des Namens:Berkeley (Stadt in Kalifornien, USA) Irdisches Vorkommen:Künstliches, radioaktives chemisches Element Englischer Name:Berkelium CAS-Nummer:7440-40-6 InChI-Key:PWVKJRSRVJTHTR-UHFFFAOYSA-N

 

Das Berkelium-Atom

Das Bk-Atom - und damit das chemische Element Berkelium - ist eindeutig durch die 97 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Berkelium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Berkelium-Isotope bzw. Berkelium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p
Bk97[Rn] 5f9 7s2 226261026101426109262

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Berkelium-Atom zu entfernen.

1. IE: 6,1979 eV2. IE: eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Berkelium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
131556252562437119435

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
65456138497643534127

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
174815581249955898511495

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
399326237130117

 

PIPIIPIII
6s6s1/26p3/2
523216

 

Weitere Daten

Kovalente Radien:168 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
139 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:16,84 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,972; ωL1: 0,236; ωL2: 0,485; ωL3: 0,550 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,04; F13: 0,54; F23: 0,198

 

Spektrallinien des Berkeliums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Berkeliums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Berkelium-Spektrallinien

 

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,30 nach PaulingElektronaffinität:-1,72 eV bzw. -165,24 kJ mol-1Oxidationsstufen:+ 3 + 2, + 4

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Berkeliums:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-2,01+IIIBerkelium(III)-KationBk3++3 e-Bk (s)Berkelium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Berkeliums

Die nachfolgende Übersicht führt einige berechnete bzw. experimentell ermittelte physikalische Daten bzw. Materialeigenschaften des Berkeliums auf.

Schmelzpunkt:986 °C Schmelzenthalpie (molar):7,92 kJ mol-1 Siedepunkt:2627 °C Thermische Leitfähigkeit:10 W m-1 K-1 Dichte:14,78 g cm-3 (α) Kristallstruktur:doppelt-hexagonal dichteste Kugelpackung - dhcp, ABAC Gitterkonstanten:a = 341,6 ± 0,3 pm, c = 1106,9 ± 0,7 pm Raumgruppe:Raumgruppe P63/mmc, Nr. 194 Magnetismus:Paramagnetisch Curie-Temperatur:101 K

 

Wenn das oben beschriebene α-Berkelium bei Raumtemperatur auf 7 GPa komprimiert wird, dann wandelt es sich in die β-Modifikation um, die eine flächenzentrierte kubische Symmetrie (fcc) aufweist; Raumgruppe: Fm3m. Dieser Übergang erfolgt ohne Volumenänderung, die Enthalpie steigt jedoch um 3,66 kJ/mol. Bei weiterer Komprimierung auf 25 GPa wandelt sich das Berkelium in eine orthorhombische γ-Berkelium-Struktur um, die der des α-Urans ähnelt. Der Übergang geht mit einer Volumenverringerung von 12% und einer Delokalisierung der Elektronen an der 5f-Elektronenhülle einher. Bis 57 GPa wurden keine weiteren Phasenübergänge beobachtet.

Beim Erhitzen wandelt sich alpha-Berkelium in eine andere Phase mit einem fcc-Gitter um, die sich geringfügig vom beta-Berkelium unterscheidet: Raumgruppe Fm3m, Gitterkonstante: 500 pm. Diese flächenzentrierte-Struktur (fcc) entspricht einer dichtesten Packung mit der Sequenz ABC, ist metastabil und geht bei Raumtemperatur allmählich in die ursprüngliche α-Bk-Phase zurück. Es wird angenommen, dass die Temperatur des Phasenübergangs ziemlich nahe am Schmelzpunkt liegt.

 

Quellen und Literaturhinweise

[1] - S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. T. Seaborg:
Element 97.
Physical Review, (1950), DOI 10.1103/PhysRev.77.838.2.

[2] - S. G. Thompson, B. B. Cunningham, G. T. Seaborg:
Chemical Properties of Berkelium.
Journal of the American Chemical Society, (1950), DOI 10.1021/ja01162a538.

[3] - S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. T. Seaborg:
The New Element Berkelium (Atomic Number 97).
Physical Review, (1950), DOI 10.1103/PhysRev.80.781.

[4] - J.R. Peterson, J.A. Fahey:
The crystal structures and lattice parameters of berkelium metal.
Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, (1971), DOI 10.1016/0022-1902(71)80656-5.

[5] - J. Fuger, R.G. Haire, J.R. Peterson:
A new determination of the enthalpy of solution of berkelium metal and the standard enthalpy of formation of Bk3+ (aq).
Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, (1981), DOI 10.1016/0022-1902(81)80090-5.

[6] - J.R. Peterson, D.E. Hobart:
The Chemistry of Berkelium.
Advances in Inorganic Chemistry, (1984), DOI 10.1016/S0898-8838(08)60204-4.

[7] - Dr. Stefan Köhler et al.:
Die experimentelle Bestimmung der Ionisationsenergien von Berkelium und Californium.
In: Angewandte Chemie, (1996), DOI 10.1002/anie.19962856.

[8] - Mark A. Silver et al.:
Characterization of berkelium(III) dipicolinate and borate compounds in solution and the solid state.
In: Science, (2016), DOI 10.1126/science.aaf3762.

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 24.01.2020.



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