عنصر برکلیم (Berkelium) با نماد شیمیایی Bk، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۹۷ می باشد. این عنصر در حقیقت نود و هفتمین عنصر از جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه IIIB و تناوب هفتم جدول تناوبی قرار گرفته است. در واقع عنصر برکلیم یک فلز واسطه (Transition Metals) رادیواکتیو به رنگ خاكستری- نقره ای (متالیک) و از عناصر سنتزی گروه اکتینید ها است. این فلز با عناصر اسکاندیم (Sc)، ایتریم (Y) و لانتان (La)، در گروه سه واسطه جدول تناوبی قرار دارد. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر برکلیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر برکلیم
عنصر برکلیم برای اولین بار در سال ۱۹۴۹ میلادی، توسط گروه دانشمندان آمریکایی یعنی گلن سیبورگ (GlennT.Seaborg)، استنلی تامسون (Stanley Gerald Thompson)، کنت استریت (Kenneth Street Jr) و آلبرت غیورسو (Albert Ghiorso)به وسیله سیکلوترون و در دانشگاه کالیفرنیا برکلی آمریکا سنتز شد. در واقع، چند میلی گرم از فلز تازه کشف شده امرسیم (ایزوتوپ ۲۴۱ آن) را با ذرات آلفا (یون هلیم) بمباران کردند. لازم به ذکر است که اولین ترکیب قابل رویت (با ميكروسكوپ هاي قوی) از برکلیم که به صورت خالص سنتز شده، کلرید برکلیم بود که در حدود یک میلیاردم گرم وزن داشت. این ترکیب در سال ۱۹۶۲ میلادی جداسازی شد. عنصر برکلیوم در واقع پنجمین عنصری فرا اورانیومی بود که کشف شد (به دنبال عناصر نپتونیم، پلوتونیوم، کوریوم و امریسیوم). نام این عنصر به افتخار دانشگاه برکلی کالیفرنیا، برکلیم نام گرفته است.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۹۷ جدول تناوبی
عنصر بریکلیم به طور طبیعی وجود ندارد، بنابراین در پوسته زمین یافت نشده است. از سال ۱۹۶۸ میلادی تا به امروز، در آمریکا تنها کمی بیش از یک گرم برکلیوم سنتز شده است. علاوه بر آن، مهمترین رادیوایزوتوپ برکلیوم، یعنی ۲۴۹Bk در مقادیر بسیار ناچیز در رآکتور هسته ای آزمایشگاه ملی اوک ریج در شهر تنسی و همچنین پژوهشگاه اتمی دیمیتروفگراد روسیه تهیه شده است.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر برکلیم
عنصر برکلیم، فلزی پرتوزا و رادیواکتیو است. این عنصر هشتمین عضو از عناصر سری اکتینید ها (بلوک- f) محسوب می شود كه فقط به صورت مصنوعي توليد شده است. انتظار می رود که برکلیم به راحتی در اسید های رقیق به ویژه اسید های معدنی حل شود. این عنصر در درجه حرارت بالا به سرعت در هوا اکسید می شود. در این صورت اکسید برکلیوم تشکیل می گردد. این عنصر همچنین میل ترکیبی با دیگر عناصر گروه اکتینید ها را نشان می دهد.
خصوصیات قابل توجه برکلیم از ساختار اتمی آن ([۸۶Rn] 5f۹۷s۲) ناشی می شود. همان طور که مشاهده می کنید، زیر لایه f در این عنصر در حال پر شدن است. این عنصر نیز همانند عناصر سری لانتانید ها و اکتینید ها و به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته فلزات واسطه داخلی (Inner Transition Metals) قرار می گیرد. در دسته عناصر واسطه داخلی، الکترون های متمایز کننده آنها، در لایه های F(n-2) لایه ظرفیت که تراز های درونی تر محسوب می شوند قرار می گیرند. به همین دلیل، به عناصر واسطه داخلی معروف هستند. این عناصر در دسته فلزات واسطه قرار می گیرند. فلزات واسطه در میان فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود.
با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که تعداد زیادی الکترون در دورترین لایه الکترونی برکلیم وجود دارد. پس می تواند در ترکیبات به صورت کاتیون های مختلف ظاهر شود. حالت اکسیداسیون آن بیشتر ۳+ است. از این رو می تواند در سه پیوند کووالانسی شرکت کند. به عبارت دیگر، بیشتر ترکیبات برکلیم سه ظرفیتی می باشند.
خواص ویژه برکلیوم
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب ۹۸۶ و ۲۶۲۷ درجه سانتی گراد است.
- عنصر برکلیم پارا مغناطیس است.
- ساختار بلوری آن به شکل شش گوشه (Hexagonal)است.
- این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی برکلیم برابر با ۲۴۹.۰۷ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۴.۷۸ g/cm۳ می باشد.
- شعاع اتمی آن نیز برابر با ۱۷۰ pm تخمین زده می شود.
- یون های برکلیم معمولا اعدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۲،+۳ ، +۴ و +۵ دارند. در حقیقت یک اکسید آمفوتری محسوب می شود. اعداد اکسایش ۰ و +۳ متداول تر می باشند.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۶۰۱ kJ/mol است.
اکتینید ها
کلمه اکتینید (Actinide) به معنای شبیه اکتینیوم است که به طور کلی با نماد شیمیایی An نمایش داده می شود. این گروه شامل تعدادی از عناصر شيميايي است که خواص شيميايي مشابهي دارند. همانطور که واضح است، نام این سری از عناصر، از عنصر آکتینیوم گرفته شده است. از این جهت، خواص شیمیایی این عناصر شبیه به عنصر اکتینیوم خواهد بود. سری اکتینید ها از عناصر سنگین و پرتوزا تشکیل شده است. در واقع شامل عناصر اسرار آمیزی است که اغلب به صورت طبیعی بر روی کره زمین بوجود نیامده اند.
اکتینید ها در واقع از ۱۵ عنصر با عدد های اتمی ۸۹ تا ۱۰۳ تشکیل شده است. این گروه از عناصر با عنصر اکتینیوم آغاز و به عنصر لارنسیوم ختم می شود. به دلیل کمبود جا در جدول تناوبی عناصر و از آن جهت که نظم و ترتیب جدول بهم نریزد، این گروه از عناصر در یک ردیف ۱۴ تایی در پایین جدول و زیر گروه لانتانید ها قرار گرفته اند.
در این دسته از عناصر، زیر لایه ۵f عناصر در حال پر شدن است. از آنجاییکه تراز های انرژی ۵f و ۶d بسیار به یکدیگر نزدیک اند، بنابراین با قطعیت نمی توان گفت که در هنگام وارد شدن الکترون ها در عناصر مختلف، اول کدام یک از این دو تراز پر می شود. اما به صورت کلی پر شدن اوربیتال ها در این ردیف از عناصر به ترتیب ۵f و بعد ۶d می باشد. لازم به ذکر است که تمامی اکتینید ها به جز فلز اکتینیم جز بلوک f جدول تناوبی هستند. عنصر اکتینیم جز عناصر بلوک d جدول تناوبی محسوب می شود، اما خواص آن شبیه به چهارده اکتینید دیگر است.
خواص ویژه آکتینید ها
از عنصر چهارم این سری به بعد که به عناصر ترانس اورانیوم یا ترا اورانیوم مشهورند، اغلب در طبیعت یافت نمی شوند. تمامی اکتینید ها هسته ناپایدار دارند، بنابراین جز عناصر پرتوزا محسوب می شوند. این عناصر، معمولا فلزاتی متراکم، نرم، انعطاف پذیر، چگالی بالا و الکتروپوزیتیو هستند. معمولا خاصیت پارامغناطیسی نشان می دهند. برخی از آنها با چاقو به راحتی برش می خورند. ممکن است آلوتروپ های زیادی تشکیل دهند. این فلزات در دمای اتاق جامد بوده و در هوا، خود به خودی آتش می گیرند. با عناصر گروه هالوژن ها، کالکوژن ها و یا کربن (تشکیل ترکیبات اورگانو اکتینید) واکنش می دهند. همچنین با آب جوش و اسید های رقیق، گاز هیدروژن آزاد می نمایند. توجه کنید که برای مطالعه اکتینید ها، ساختار هسته عناصر نسبت به آرایش الکترونی آنها از اهمیت بیشتری برخوردار است.
لازم به ذکر است که اکتنيد ها نسبت به لانتانيد ها، شباهت رفتاری کمتری را نشان می دهند. اما توجه داشته باشید که شیمی اکتینید ها در مقایسه با شیمی لانتانید ها بسیار پیچیده تر است. زیرا عناصر سری اکتینید ها چندین حالت اکسایش مختلف از خود نشان می دهند. بعد از عنصر امیرسیم، حالت اکسایش عمده برای این سری از عناصر، حالت اکسایش سه است. بنابراین این دسته از آکتنيد ها رفتاری شبیه لانتانید ها نشان می دهند.
ایزوتوپ های عنصر برکلیم
ایزوتوپ های یک عنصر، در تعداد نوترون ها با یکدیگر فرق دارند. عنصر برکلیم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۴۳Bk است که در سال ۱۹۴۹ میلادی کشف شد. از آنجاییکه برکلیوم، عنصری مصنوعی است، پس ایزوتوپ پایدار ندارد. همانطور که بیان شد، این عنصر به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ای تهیه می گردد. در نتیجه نمی توان برای آن جرم اتمی استاندارد تعریف کرد. تا کنون ۲۰ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر برکلیم شناسایی شده است. رادیوایزوتوپ ۲۴۷Bk پایدار ترین ایزوتوپ برکلیوم با نیمه عمر ۱۳۸۰ سال است. این ایزوتوپ مانند اکثر ایزوتوپ های سری اکتینید ها، یک تابش کننده آلفا است.
بعد از رادیوایزوتوپ ۲۴۳Bk، رادیو ایزوتوپ ۲۴۸Bk با نیمه عمر بالای ۳۰۰ سال و رادیو ایزوتوپ ۲۴۹Bk با نیمه عمر ۳۰۰ سال از جمله ایزوتوپ های پایدار برکلیم می باشند. نیمه عمر ایزوتوپ های دیگر از میکرو ثانیه تا چند روز متغیر است. علاوه بر آن، برکلیوم دارای شش حالت متا (m) نیز می باشد. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۳۳ تا ۲۵۳ amu می باشند.
کاربرد های عنصر برکلیم
از آن جهت که تاکنون عنصر برکلیم بسیار کمی سنتز شده است، بنابراین خارج از پژوهش های علمی و تحقیقاتی، عملا هیچ کاربرد شناخته شده ای از این عنصر وجود ندارد. به بیان دیگر، به دلیل کمیابی این عنصر، کاربرد تجاری، تخصصی و فنی ندارد. تنها رادیو ایزوتوپ ۲۴۹Bk به عنوان عنصر هدف جهت تولید اکتنید های قوی تر و یا عناصر سنگین تر همچون لورانسیم، روترفوردیوم و بوریم مورد استفاده قرار می گیرد. این ایزوتوپ همچنین به عنوان منبع ایزوتوپ کالیفرنیوم-۲۴۹ مفید خواهد بود.
ترکیبات عنصر برکلیم
عنصر برکلیم به راحتی می تواند با عناصر اکسیژن، گوگرد و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید، سولفید و هالید ها را تولید نماید. از جمله ترکیبات عنصر شماره ۹۷ جدول تناوبی می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- اکسید برکلیم (BkO)
- دی اکسید برکلیم (BkO۲)
- تری اکسید دی برکلیم (Bk۲O۳)
- تری فلوئورید برکلیم (BkF۳)
- سولفید برکلیم (Bk۲S۳)
- تری کلرید برکلیم (BkCl۳)
- نیترات برکلیم (Bk(NO۳)۳)
- تری برمید برکلیم (BkBr۳)
- کربنات برکلیم (Bk۲(CO۳)۳)
- تری یدید برکلیم (BkI۳)
- فسفات برکلیم (BkPO۴)
- سولفات برکلیم (Bk۲(SO۴)۳)
خطرات برکلیوم بر روی سلامتی انسان
عنصر برکلیوم نیز مانند سایر عناصر مصنوعی، نقش زیست شناختی مشخصی ندارد. در واقع اطلاعات کمی در مورد اثرات برکلیوم بر روی بدن انسان وجود دارد. اما دقت داشته باشید که به دلیل پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، باید مراقب بود. لازم به ذکر است که تابش های رادیواکتیو، یکی از علل شناخته شده نازایی و یا عقیمی می باشند.
بیشتر داده ها و اطلاعات موجود درباره سمیت عنصر برکلیوم از تحقیقات بر روی حیوانات نشات گرفته است. به عنوان مثال، بعد از مصرف بریکلیوم توسط موش ها، تنها حدود ۰/۰۱ درصد برکلیوم به جریان خون منتقل شده است. از این مقدار، حدود ۶۵ درصد به استخوان ها، ۲۵ درصد به ریه ها، ۰/۰۳۵ درصد به بیضه ها، ۰/۰۱ درصد به تخمدان ها می رود. در حدود ۱۰ درصد نیز دفع می شود. در تمامی این اندام ها، برکلیوم ممکن است باعث سرطان شود. از طرفی دیگر، در سیستم اسکلتی بدن، تابش بریکلیوم می تواند به گلبول های قرمز خون آسیب برساند. از دیگر عوارض ناشی از برکلیم می توان به موارد آسیب سیستم ایمنی، لوسمی، سقط جنین، نقص های مادرزادی و نازایی اشاره کرد.
