元素

97 锫 伯克利的元素

本文作者:漂泊
锫是超铀元素的一员,它以发现地Berkeley命名。锫由于产量太低,无实际用途,主要被用来合成更重的元素。

锫的基本物理性质

分类 第ⅢB族▪锕系金属
原子序号原子量 97 (247)
电子配置 5f97s2
密度 14.78 g/cm3
熔点 986 oC
沸点 1340 oC
形状 银白色金属
发现者 Glenn T. Seaborg, Leon O. Morgan, Ralph A. James, Albert Ghiorso
主要的同位素 247Bk, 249Bk
用途例 制备更重的元素
前后的元素 锔-锫-锎

锫的发现

1949年12月,加州大学伯克利分校的Glenn T. Seaborg、Leon O. Morgan、Ralph A. James和Albert Ghiorso利用回旋粒子加速器加速氦核轰击镅得到了97号元素。其反应式如下:

为了纪念发现地Berkeley,97号元素被命名为Berkelium(锫)。

为了进一步研究锫及其化合物的物理化学性质,1952年,位于美国爱达荷州的爱达荷国家实验室于开始了一项计划,经过6年的努力,1958年,Burris B. Cunningham和Stanley G. Thompson首次制得了0.6微克的锫。他们用8克的239Pu作为靶标,在反应炉内对其进行持续6年的放射,最后制得了宏观质量的锫。1971年,科学家们在1000 °C的温度下用锂蒸汽对三氟化锫进行还原,制备了1.7微克的锫。其中三氟化锫被悬挂在钨丝上,置于由钽做成的坩埚上方,坩埚中装着熔化的锂。用四氟化锫也能达到类似的结果。用钍和镧还原四价锫离子,也会得到单质锫。 [1-5]

金属锫

锫的性质

锫是一种银白色的放射性软金属。在一般情况下,锫的结构是最稳定的α型。该结构呈六方对称形,空间群为P63/mmc,晶格参数分别为341 pm和1107 pm。该晶体为六方密堆积结构,层序为ABAC,这种结构随着压力和温度而变化。在室温下压缩到7 GPa时,α-锫会转变为β型,该结构属于面心立方(fcc)对称型,空间群为Fm3m。这种结构转变不会使体积产生变化,但其焓会增加3.66 kJ/mol。当继续加压到25 GPa时,锫更会转变为属于正交晶系的γ型结构,与α-铀相似。转变后的体积会增加12%,并使5f壳层电子离域。

四氟化锫(BkF4)是一种黄绿色的离子固体,与四氟化铀和四氟化锆晶体结构相似。三氟化锫(BkF3)也是种黄绿色的固体,但它有两种晶体结构。较稳定的一种存在于较低温度,与三氟化钇晶体结构相似;另一种在350和600 °C之间存在,与三氟化镧晶体结构相似。三氯化锫(BkCl3)通过氧化锫与氯化氢在500 °C反应制得,它是一种绿色固体,熔点在600 °C,结构与三氯化铀相同。

理论上,锫-249可以在快中子增殖反应堆中维持核连锁反应,但是由于其产量很低,因此很难实际应用。但是249Bk常用于制备更重的元素。 [6-7]

22mg的硝酸锫

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)

加州大学伯克利分校是世界最顶尖的公立大学之一,以自由、包容的校风著称,它与旧金山南湾的斯坦福大学一起构成了美国西部的学术中心。加州大学伯克利分校的前身是1866年成立的加利福尼亚学院。1873年,为了纪念18世纪著名的哲学家George Berkeley ,在学校名字中加入了“Berkeley”(伯克利市的命名也是为了纪念这位伟人)。

自由主义、反抗精神在这里兴起,嬉皮士文化(Hippies)在此孕育;而体现反抗精神的代表电影《毕业生》(The Graduate)也以Berkeley为背景拍摄,并获得1968年金球奖最佳影片、第40届奥斯卡金像奖最佳影片提名。

1931年,诺贝尔物理学奖得主欧内斯特·劳伦斯(Ernest O. Lawrence)在伯克利校园后山建立“加州大学放射实验室(Radiation Laboratory of the University of California)”,最初主要用于物理学中的粒子回旋加速研究,劳伦斯于1932年在此发明了回旋加速器(Cyclotron),并于1939年获得诺贝尔物理学奖。借由劳伦斯教授发明的回旋加速器,在伯克利的研究学者发现了许多超铀元素,包括93号到106号所有14种化学元素(以及43号元素锝和85号元素砹)。其中,97号锫(Berkelium)和98号锎(Californium)就是以伯克利和加州的名字来命名的,而103号铹(Lawrencium)和106号钅喜(Seaborgium)则是分别以欧内斯特·劳伦斯和诺贝尔化学奖得主、伯克利校长格伦·西奥多·西博格(Glenn T. Seaborg)的名字来命名的。第二次世界大战时期,放射实验室承包了“曼哈顿计划”的部分任务,此后该实验室逐步成为了美国最重要的科学研究所之一。1971年,为纪念劳伦斯,放射实验室正式更名为美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory),隶属于美国能源部、由加州大学负责具体运行。[8-11]

参考文献

  • [1] Thompson, S.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. (1950). “The New Element Berkelium (Atomic Number 97)”. Physical Review. 80 (5): 781. Bibcode:1950PhRv…80..781T. doi:10.1103/PhysRev.80.781.
  • [2] Thompson, S. G.; Cunningham, B. B.; Seaborg, G. T. (1950). “Chemical Properties of Berkelium”. Journal of the American Chemical Society. 72 (6): 2798. doi:10.1021/ja01162a538.
  • [3] Magnusson, L.; Studier, M.; Fields, P.; Stevens, C.; Mech, J.; Friedman, A.; Diamond, H.; Huizenga, J. (1954). “Berkelium and Californium Isotopes Produced in Neutron Irradiation of Plutonium”. Physical Review. 96 (6): 1576. Bibcode:1954PhRv…96.1576M. doi:10.1103/PhysRev.96.1576.
  • [4] S. G. Thompson, BB Cunningham: “First Macroscopic Observations of the Chemical Properties of Berkelium and californium,” supplement to Paper P/825 presented at the Second International Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy, Geneva, 1958
  • [5] Peterson, J. R.; Hobart, D. E. (1984). “The Chemistry of Berkelium”. In Emeléus, Harry Julius (ed.). Advances in inorganic chemistry and radiochemistry. 28. Academic Press. pp. 29–64. doi:10.1016/S0898-8838(08)60204-4. ISBN 978-0-12-023628-2.
  • [6] Peterson, J. R.; Fahey, J. A.; Baybarz, R. D. (1971). “The crystal structures and lattice parameters of berkelium metal”. J. Inorg. Nucl. Chem. 33 (10): 3345–51. doi:10.1016/0022-1902(71)80656-5.
  • [7] Itie, J. P.; Peterson, J. R.; Haire, R. G.; Dufour, C.; Benedict, U. (1985). “Delocalisation of 5f electrons in berkelium-californium alloys under pressure”. Journal of Physics F: Metal Physics. 15 (9): L213. Bibcode:1985JPhF…15L.213I. doi:10.1088/0305-4608/15/9/001.
  • [8] https://www.berkeley.edu/
  • [9] “History – UC Berkeley”. Berkeley.edu. Retrieved June 8, 2012.
  • [10] “Ernest Lawrence’s Cyclotron”. www2.lbl.gov. Retrieved April 6, 2018.
  • https://www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/early-years.html
  • [11] “Chemical Elements Discovered at Lawrence Berkeley National Laboratory”. Lbl.gov. June 7, 1999. Retrieved March 7, 2016.
  • https://www2.lbl.gov/Science-Articles/Archive/new-elements-here.html

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