Berkelyum Nedir? (Özellikleri, İzotopları)

Berkelyum, adını bir üniversiteden alan aktinit elementtir. Doğada bulunmaz, yapay olarak elde edilebilir. Bugüne kadar 1 gram berkelyum üretilebilmiştir.

Berkelyum, yapay radyoaktif bir elementtir. Atom kütle numarası 92’den büyük olan elementleri ifade etmek için kullanılan transuranyum (uranyum ötesi) elementlerden biridir. Doğada henüz bulunamamıştır, bu sebeple sentezlenerek elde edilebilir. Özellikleriyle ilgili çok az şey biliniyor. Mevcut bilgilerin çoğu elementin periyodik tablodaki konumu temel alınarak tahmin edilen özelliklerdir. Günümüze kadar sadece 1 gram berkelyum elde edilebilmiştir. Az miktarda sentezlenebildiği için deneysel verilerle özelliklerinin tamamı tespit edilememiştir. Araştırmalar dışında önemli bir kullanımı bulunmuyor; ancak önemli alanlarda kullanılan daha ağır aktinitlerin sentezinde rol oynar. En son keşfedilen element tennesin, berkelyum izotopu kullanılarak sentezlenmiştir. Adını, keşfedildiği Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’nden alır. İlk olarak, birçok aktinitin sentezinde görev alan Amerikalı bilim adamı Gleen T. Seaborg ve çalışma arkadaşları tarafından keşfedilmiştir. Adını pek duymadığımız elementler arasında yer alan berkelyumu tanımak için makalemizi okumanız yeterli olacaktır.

(Berkelyumun üretiminde kullanılan "siklotron" adlı hızlandırıcı...)

Tarihçesi

Berkelyum, Aralık 1949 tarihinde Amerikalı kimyager Glenn T. Seaborg ve beraberindeki çalışma arkadaşları Albert Ghiorso, Stanley G. Thompson ve Kenneth Street tarafından Amerika’daki Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’ndeki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda keşfedilmiştir.

Seaborg ve ekibi, 7 miligram Amerikyum-241 izotopunu “siklotron” adı verilen hızlandırıcıda alfa parçacıklarıyla (helyum iyonları) bombardımana tutarak yarılanma ömrü 4,5 saat olan Berkelyum-243 izotopunu ve iki nötron elde etti. Bu izotop, elektron yakalayarak parçalandı. Yeni element, çöktürme yöntemleri ve yüksek sıcaklık iyon değişim kombinasyonu ile kimyasal olarak ayrıştırıldı ve tanımlandı.

Berkelyumla ilgili bazı tarihi süreçleri şöyle sıralayabiliriz;

• 1958 yılında, aynı üniversiteden farklı bilim adamları, yarılanma ömrü 314 gün olan Berkelyum-249 izotopunu ilk kez mikroskobik miktarda izole etti. Bu çalışmada 0,6 mikrogram berkelyum, 1,2 mikrogram kaliforniyum sentezlendi.
• İlk berkelyum bileşiği olan berkelyum klorür, 1962 yılında sentezlendi ve gramın 3 milyar katı ağırlığındaydı.
• 1971 yılında ilk metal berkelyum örneği hazırlandı. Bu çalışmada, berkelyum florürün yaklaşık 1030 derecede lityum buharı ile indirgenmesi sonucu 0,5 miligram metal berkelyum elde edildi.
• 2009 yılında Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda keşfedilen tennesin elementinin sentezinde berkelyum kullanılmıştır.

“Berkelyum” kelimesi, keşfedildiği Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’ne (UCB) atfen türetilen bir sözcüktür. Keşif ekibi tarafından isimlendirilmiştir. Periyodik tabloda berkelyumun üzerinde bulunan lantanit elementlerden terbiyum da, adını, keşfedildiği İsveç’in Ytterby kasabasından almıştır. “Berkelyum” adının seçimi, bu bakımdan, periyodik tabloda üstünde bulunan lantanit elementlerin modelini izleyen diğer aktinit elementlere uygun bulundu.

Berkeley Kaliforniya Üniversitesi

Berkeley, Amerika’nın en kalabalık eyaleti Kaliforniya’nın San Francisco kentine bağlı bir ilçedir. Bir araştırma üniversitesi olan Kaliforniya Üniversitesi’nin bir kampüsü Berkeley’dedir. San Francisco Körfezi’nin kuzey doğusunda yer alan Berkeley, Kaliforniya Üniversitesi ile özdeşleşen bir ilçedir. Üniversite, genellikle “Berkeley Kaliforniya Üniversitesi” olarak anılır. Kimya alanında “en iyi” üniversitelerden biridir. Berkeley, yaklaşık 115 bin nüfusa sahip iş merkezi konumundaki büyük bir ilçe.. Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’nde 1940-1961 yılları arasında 11 farklı uranyum ötesi ağır radyoaktif element keşfedildi.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Berkelyumun kimyasal sembolü “Bk”dir. Atom numarası 97, atom ağırlığı 247’dir. Erime noktası 986 derece, kaynama noktası 2900 derecedir. Yoğunluğu 14,78 gr/cm3’tür. Atom yarıçapı 170 pm’dir. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 27, 8, 2” şeklindedir. En yaygın oksidasyon durumları +3 ve +4’tür. 97 proton, 150 nötron içerir. Kristal yapısı hekzagonaldır.

Periyodik tablonun 7. Periyot, F-Blok elementlerinden biridir. Ağır radyoaktif, yani aktinit element serisinin bir üyesidir. Aktinitler arasında sekizinci, uranyum ötesi (transuranyum) elementler arasında beşinci sıradadır. Transuranyum elementler; neptünyum, plütonyum, küriyum ve amerikyumdan sonra keşfedilmiştir. Yumuşak, solgun gümüşi görünümlü, gümüş beyazı renkte katı bir metaldir. Yapı olarak periyodik tablodaki komşusu kaliforniyum ile benzer; ancak kimyasal özellikleri bakımından önemli farkları vardır. Erime noktası komşu element küriyumdan düşük, kaliforniyumdan yüksektir. Paramanyetik bir elementtir ve aktinitler arasında en düşük hacimsel modül değerlerine sahiptir. Metal formu, oda koşullarında normal basınç altında yüzey merkezli kübik bir yapıya sahiptir. Basınç uygulandığında kristal yapısının ortorombik bir yapıya döneceği varsayılıyor.

Berkelyum, seyreltik mineral asitlerde kolayca çözünür. Yüksek sıcaklıkta hava ve oksijene maruz kaldığında kolayca oksitlenir. Oksijen, buhar ve asitlerden etkilenir; fakat alkalilerden etkilenmez. +3 yükseltgenme basamağındaki bileşikleri küriyum bileşiklerine benzer. Kuvvetli yükseltgenlerle “+4” yükselgenme basamağına yükseltgenir. Elde edilen bileşiklerinden berkelyum florür ve berkelyum hidroksit suda çözünmez; berkelyum klorür, berkelyum nitrat ve berkelyum sülfat suda çözünür. Ayrıca, oksitli bileşikleri de elde edilmiştir. Berkelyum klorid, görülebilecek miktarda üretilen ilk berkelyum bileşiğidir.

(Şişenin ucundaki yeşilimsi sıvı, Berkelyum-249 izotopudur. 117 numaralı tennesin elementinin keşfi için yapılan deneylerde kullanıldı. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda araştırma reaktöründe üretildi. - 06.08.2009)

İzotopları

Berkelyum, doğada bulunmaz. Amerikyum ve küriyum elementlerinin nükleer reaksiyonu ile yapay olarak elde edilebilir. Berkelyumun, atom kütle numaraları 235 ila 254 arasında değişen yaklaşık 20 izotopu, 6 nükleer izomeri bulunur. İzotoplarının tamamı radyoaktiftir.

En yaygın olan izotopu, 330 günlük yarılanma ömrüne sahip olan Bk-249’dur. Aynı zamanda en kolay sentezlenen izotop olan Bk-249, Plütonyum-239 izotopunun nötronlarla bombardımanı sonucu elde edilir ve yumuşak beta parçacıkları yayar. Bk-249, beta çürümesi ile Kaliforniyum-249’a kadar bozunur.

En kararlı ve en uzun ömürlü Bk-247 izotopu, 1389 yıl yarılanma ömrüne sahiptir. İkinci önemli izotopu olan Bk-247, çoğu aktinit elementin izotopları gibi alfa yayıcısıdır. Bk-247, Küriyum-244 izotopunun siklotron adlı hızlandırıcıda helyum iyonlarıyla bombardımanı sonucu elde edilir ve alfa çürümesi ile Amerikyum-243 izotopuna dönüşür. Bk-248’in yarılanma ömrü ise 300 yıldır. Diğer izotoplarının yarılanma ömürleri mikrosaniye ile birkaç gün arasındadır.

Bunları Biliyor Musunuz?

• Berkelyum, toksiktir ve radyoaktifliği yüksektir. Vücuda alındığında kemik dokularında birikme eğilimi göstereceği öngörülüyor. Kemiklerdeki konsantrasyonunun 0,0004 miligram civarında olacağı tahmin ediliyor.
• Uzun yarılanma ömürleri olan Bk-247 ve Bk-248 izotoplarını nötron ışınlama yöntemiyle elde etmek imkânsızdır.
• Amerika’nın Tennessee eyaletinde bulunan ABD Enerji Bakanlığı bünyesindeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan nükleer reaktörde plütonyumu nötronlarla ışınlama yöntemi ile Berkelyum-249 izotopu elde edilebilmektedir.
• Bk-249 izotopu, düşük enerjili elektronlar üretir.
• Berkelyum, elektronik anlamda beklenenden çok farklı özellikler gösterir. Pozitif bir nükleer yük geliştirerek kısa sürede parçalanır ve minik kristalleri patlar. Berkelyumun bu özelliği sıra dışı olarak değerlendirilir.
• Berkelyum, nükleer denemelerin yapıldığı ve nükleer faciaların yaşandığı bölgeler dışında doğada bulunmaz. Yüksek yoğunluklu uranyum cevherlerinde nötron yakalama ve beta bozunma zincirinin bir parçası olarak eser miktarda bulunabileceği öngörülüyor. Yapay olarak çok az miktarda elde edilebilir.
• Bilimsel araştırmalar dışında önemli ve pratik bir ticari kullanımı bulunmuyor. Son yıllarda tennesin elementinin sentezlenmesinde kullanılmaktadır. Lawrensiyum, rutherfordyum ve bohriyum gibi ağır aktinitlerin sentezinde de rol oynar. Bu sebeple, daha ağır elementlerin kullanıldığı alanlarda ve ürünlerde dolaylı olarak rolü bulunmaktadır.
• Özellikleri tam olarak belirlenemediği için hangi alanlarda kullanılabileceği veya fonksiyonları bilinmemektedir.
• Berkelyum, deneysel veriler için yeteri kadar kararlı değildir. Nükleer bozunmaya uğramadan kimyasal özelliklerini belirlemek oldukça zordur.
• 1967 yılından bu yana yalnızca 1 gram berkelyum üretildi.