Quelltext der Seite Berkelium

{{Infobox Chemisches Element
<!--- Periodensystem --->
| Name         = Berkelium
| Symbol       = Bk
| Ordnungszahl = 97
| Serie        = Ac
| Gruppe       = Ac
| Periode      = 7
| Block        = f
<!--- Allgemein --->
| Hauptquelle  = <ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: {{Literatur |Autor=David E. Hobart and Joseph R. Peterson |Hrsg=Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger |Titel=Berkelium |Verlag=Springer |Ort=Dordrecht |Datum=2006 |ISBN=1-4020-3555-1 |Seiten=1444–1498 |Online=http://radchem.nevada.edu/classes/rdch710/files/Berkelium.pdf |Abruf=2019-03-30 |DOI=10.1007/1-4020-3598-5_10}}</ref>
| Aussehen     = silberweiß
| CAS          = {{CASRN|7440-40-6}}
| EG-Nummer    = 
| ECHA-ID      = 
<!--- Atomar --->
| Atommasse    = 247
| Atomradius   = 170
| AtomradiusBerechnet = 
| KovalenterRadius = 
| VanDerWaalsRadius = 
| Elektronenkonfiguration = &#91;[[Radon|Rn]]&#93; 5[[F-Orbital|f]]<sup>9</sup> 7[[S-Orbital|s]]<sup>2</sup>
| Austrittsarbeit = 
| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|6,19785|suffix=(25)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-berkelium">{{NIST-ASD|berkelium|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|598|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-berkelium">{{Webelements|berkelium|atoms|Abruf=2020-06-13}}</ref>}}
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|11,9|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-berkelium" />}} ≈ {{ZahlExp|1150|post=kJ/mol<ref name="Webelements-berkelium" />}}
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|21,6|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-berkelium" />}} ≈ {{ZahlExp|2080|post=kJ/mol<ref name="Webelements-berkelium" />}}
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|36,0|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-berkelium" />}} ≈ {{ZahlExp|3470|post=kJ/mol<ref name="Webelements-berkelium" />}}
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|56,0|suffix=(1,9)|post=eV<ref name="NIST-ASD-berkelium" />}} ≈ {{ZahlExp|5400|post=kJ/mol<ref name="Webelements-berkelium" />}}
<!--- Physikalisch --->
| Aggregatzustand = fest
| Modifikationen = 
| Kristallstruktur = [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal]]
| Dichte = 14,78&nbsp;g·cm<sup>−3</sup>
| RefTempDichte_K = 
| Mohshärte = 
| Magnetismus = 
| Schmelzpunkt_K = 1259
| Schmelzpunkt_C = 986
| Siedepunkt_K = 
| Siedepunkt_C = 
| MolaresVolumen = 16,84·10<sup>−6</sup>
| Verdampfungswärme = 
| Schmelzwärme = 
| Dampfdruck = 
| RefTempDampfdruck_K = 
| Schallgeschwindigkeit = 
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K = 
| SpezifischeWärmekapazität = 
| ElektrischeLeitfähigkeit = 
| Wärmeleitfähigkeit = 
<!--- Chemisch --->
| Oxidationszustände = '''+3''', +4
| Normalpotential = −2,00&nbsp;V (Bk<sup>3+</sup> + 3&nbsp;e<sup>−</sup> → Bk)<ref name="P_H_1482">Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1482.</ref><br />−1,08&nbsp;V (Bk<sup>4+</sup> +4&nbsp;e<sup>−</sup> → Bk)<ref name="P_H_1482" />
| Elektronegativität = 1,30
| Quelle GHS-Kz   = NV
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|/}}
| GHS-Signalwort  = 
| H               = {{H-Sätze|/}}
| EUH             = {{EUH-Sätze|/}}
| P               = {{P-Sätze|/}}
| Quelle P        = 
| Radioaktiv      = Ja
<!--- Isotope --->
| Isotope = <ref name="nubase" />
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 242
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 7,0&nbsp;[[Minute|min]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] (≈ 100 %)
| Zerfallstyp1ZE = 
| Zerfallstyp1ZP = [[Curium|<sup>242</sup>Cm]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Spontane Spaltung|SF]]&nbsp;(<&nbsp;3&nbsp;·&nbsp;10<sup>−5</sup> %)
| Zerfallstyp2ZE = ?
| Zerfallstyp2ZP = ?
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 243
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 4,5&nbsp;[[Stunde|h]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] (≈ 100 %)
| Zerfallstyp1ZE = 
| Zerfallstyp1ZP = [[Curium|<sup>243</sup>Cm]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Alphastrahlung|α]] (≈ 0,15 %)
| Zerfallstyp2ZE = 
| Zerfallstyp2ZP = [[Americium|<sup>239</sup>Am]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 244
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 4,35&nbsp;[[Stunde|h]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] (?)
| Zerfallstyp1ZE = 
| Zerfallstyp1ZP = [[Curium|<sup>244</sup>Cm]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Alphastrahlung|α]] (0,006 %)
| Zerfallstyp2ZE = 
| Zerfallstyp2ZP = [[Americium|<sup>240</sup>Am]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 245
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 4,94&nbsp;[[Tag|d]]
| AnzahlZerfallstypen= 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] (≈ 100 %)
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| Zerfallstyp1ZP = [[Curium|<sup>245</sup>Cm]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Alphastrahlung|α]] (0,12 %)
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}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 246
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 1,80&nbsp;[[Tag|d]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] (≈ 100 %)
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| Zerfallstyp1ZP = [[Curium|<sup>246</sup>Cm]]
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}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 247
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 1380&nbsp;[[Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
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| Zerfallstyp1ZP = [[Americium|<sup>243</sup>Am]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Spontane Spaltung|SF]] (?)
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| Zerfallstyp2ZP = ?
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 248
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = > 9&nbsp;[[Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen = 3
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,870
| Zerfallstyp1ZP = [[Californium|<sup>248</sup>Cf]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp2ZE = 0,717
| Zerfallstyp2ZP = [[Curium|<sup>248</sup>Cm]]
| Zerfallstyp3ZM = [[Alphastrahlung|α]]
| Zerfallstyp3ZE = 5,803
| Zerfallstyp3ZP = [[Americium|<sup>244</sup>Am]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 249
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 330&nbsp;[[Tag|d]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]] (≈ 100 %)
| Zerfallstyp1ZE = 0,125
| Zerfallstyp1ZP = [[Californium|<sup>249</sup>Cf]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Alphastrahlung|α]] (0,00145 %)
| Zerfallstyp2ZE = 5,526
| Zerfallstyp2ZP = [[Americium|<sup>245</sup>Am]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 250
| Symbol = Bk
| NH = 0
| Halbwertszeit = 3,212&nbsp;[[Stunde|h]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]] (100 %)
| Zerfallstyp1ZE = 
| Zerfallstyp1ZP = [[Californium|<sup>250</sup>Cf]]
}}
}}

'''Berkelium''' ist ein künstlich erzeugtes [[chemisches Element]] mit dem [[Elementsymbol]] Bk und der [[Ordnungszahl]] 97. Im [[Periodensystem]] steht es in der Gruppe der [[Actinoide]] ([[Periode-7-Element|7.&nbsp;Periode]], [[f-Block]]) und zählt auch zu den [[Transurane]]n. Berkelium wurde nach der Stadt [[Berkeley (Kalifornien)|Berkeley]] in [[Kalifornien]] benannt, in der es entdeckt wurde. Bei Berkelium handelt es sich um ein [[Radioaktivität|radioaktives]] [[Metalle|Metall]] mit einem silbrig-weißen Aussehen. Es wurde im Dezember 1949 erstmals aus dem leichteren Element [[Americium]] erzeugt. Es entsteht in geringen Mengen in [[Kernreaktor]]en. Seine Anwendung findet es vor allem zur Erzeugung höherer Transurane und [[Transactinoide]].

== Geschichte ==
[[Datei:Glenn Seaborg - 1964.jpg|mini|links|hochkant|Glenn T. Seaborg]]
[[Datei:Berkeley 60-inch cyclotron.jpg|mini|links|hochkant|60-Zoll-Zyklotron]]
[[Datei:Berkeley glade afternoon.jpg|mini|links|hochkant|Universität von Kalifornien, Berkeley]]
So wie [[Americium]] (Ordnungszahl 95) und [[Curium]] (96) in den Jahren 1944 und 1945 nahezu zeitgleich entdeckt wurden, erfolgte in ähnlicher Weise in den Jahren 1949 und 1950 die Entdeckung der Elemente Berkelium (97) und [[Californium]] (98).

Die Experimentatoren [[Glenn T. Seaborg]], [[Albert Ghiorso]] und [[Stanley G. Thompson]] stellten am 19.&nbsp;Dezember 1949 die ersten Kerne im 60-Zoll-[[Zyklotron]] der [[University of California, Berkeley|Universität von Kalifornien in Berkeley]] her. Es war das fünfte Transuran, das entdeckt wurde. Die Entdeckung wurde zeitgleich mit der des Californiums veröffentlicht.<ref>S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. T. Seaborg: ''Element 97''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1950''', ''77''&nbsp;(6), S.&nbsp;838–839 ([[doi:10.1103/PhysRev.77.838.2]]).</ref><ref name="E97">S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. T. Seaborg: ''The New Element Berkelium (Atomic Number 97)''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1950''', ''80''&nbsp;(5), S.&nbsp;781–789 ([[doi:10.1103/PhysRev.80.781]]; [https://www.osti.gov/accomplishments/documents/fullText/ACC0045.pdf Maschinoskript (26.&nbsp;April 1950)] (PDF; 1,8&nbsp;MB)).</ref><ref name="Properties">Stanley G. Thompson, Glenn T. Seaborg: ''Chemical Properties of Berkelium'' ([[doi:10.2172/932812]]; [https://www.osti.gov/scitech/biblio/932812 Abstract]; [https://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/932812/932812.PDF Maschinoskript (24.&nbsp;Februar 1950)]).</ref><ref name="Properties_2">S. G. Thompson, B. B. Cunningham, G. T. Seaborg: ''Chemical Properties of Berkelium''; in: ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'', '''1950''', ''72''&nbsp;(6), S.&nbsp;2798–2801 ([[doi:10.1021/ja01162a538]]).</ref>

Die Namenswahl folgte naheliegenderweise einem gemeinsamen Ursprung: Berkelium wurde nach dem Fundort, der Stadt ''[[Berkeley (Kalifornien)|Berkeley]]'' in [[Kalifornien]], benannt. Die Namensgebung folgt somit wie bei vielen [[Actinoide]]n und den [[Lanthanoide]]n: [[Terbium]], das im [[Periodensystem]] genau über Berkelium steht, wurde nach der schwedischen Stadt [[Ytterby]] benannt, in der es zuerst entdeckt wurde: ''It is suggested that element 97 be given the name berkelium (symbol Bk) after the city of Berkeley in a manner similar to that used in naming its chemical homologue terbium (atomic number 65) whose name was derived from the town of Ytterby, Sweden, where the rare earth minerals were first found.''<ref name="E97" /> Für das Element 98 wählte man den Namen ''Californium'' zu Ehren der Universität und des Staates Kalifornien.

Als schwerste Schritte in der Vorbereitung zur Herstellung des Elements erwiesen sich die Entwicklung entsprechender chemischer Separationsmethoden und die Herstellung ausreichender Mengen an Americium für das Target-Material.

Die Probenvorbereitung erfolgte zunächst durch Auftragen von Americiumnitratlösung (mit dem [[Isotop]] <sup>241</sup>Am) auf eine Platinfolie; die Lösung wurde eingedampft und der Rückstand dann zum Oxid (AmO<sub>2</sub>) geglüht.

Nun wurde diese Probe im 60-Zoll-[[Zyklotron]] mit beschleunigten [[Alpha-Teilchen|α-Teilchen]] mit einer Energie von 35&nbsp;[[Elektronenvolt|MeV]] etwa 6&nbsp;Stunden beschossen. Dabei entsteht in einer sogenannten (α,2n)-Reaktion <sup>243</sup>Bk sowie zwei freie [[Neutron]]en:

:<math>\mathrm{^{241}_{\ 95}Am\ +\ ^{4}_{2}He\ \longrightarrow \ ^{243}_{\ 97}Bk\ +\ 2\ ^{1}_{0}n}</math>

Nach dem Beschuss im Zyklotron wurde die Beschichtung mittels [[Salpetersäure]] gelöst und erhitzt, anschließend wieder mit einer konzentrierten wässrigen [[Ammoniumhydroxid|Ammoniak-Lösung]] als Hydroxid ausgefällt und abzentrifugiert; der Rückstand wurde wiederum in Salpetersäure gelöst.

Um die weitgehende Abtrennung des Americiums zu erreichen, wurde diese Lösung mit einem Gemisch von [[Ammoniumperoxodisulfat]] und [[Ammoniumsulfat]] versetzt und erhitzt, um vor allem das gelöste Americium auf die [[Oxidationsstufe]] +6 zu bringen. Nicht oxidiertes restliches Americium wurde durch Zusatz von [[Flusssäure]] als [[Americium(III)-fluorid]] ausgefällt. Auf diese Weise werden auch begleitendes Curium als [[Curium(III)-fluorid]] und das erwartete Element 97 (Berkelium) als [[Berkelium(III)-fluorid]] ausgefällt. Dieser Rückstand wurde durch Behandlung mit [[Kalilauge]] zum Hydroxid umgewandelt, welches nach Abzentrifugieren nun in [[Perchlorsäure]] gelöst wurde.

[[Datei:Elutionskurven Tb Gd Eu und Bk Cm Am.png|mini|links|hochkant|[[Elutionskurve]]n: chromato&shy;graphische Trennung von Tb, Gd, Eu sowie Bk, Cm, Am.<ref name="E97" />]]
Die weitere Trennung erfolgte in Gegenwart eines [[Citronensäure]]/[[Ammoniumcitrat]]-Puffers im schwach sauren Medium ([[PH-Wert|pH]]&nbsp;≈&nbsp;3,5) mit [[Ionenaustauscher]]n bei erhöhter Temperatur.

Die [[Chromatographie|chromatographische]] Trennung konnte nur aufgrund vorheriger Vergleiche mit dem chemischen Verhalten der entsprechenden [[Lanthanoide]] gelingen. So tritt bei einer Trennung das [[Terbium]] vor [[Gadolinium]] und [[Europium]] aus einer [[Chromatographie#Säule|Säule]]. Falls das chemische Verhalten des Berkeliums dem eines [[Eka (Chemie)|Eka-Terbiums]] ähnelt, sollte das fragliche Element 97 daher in dieser analogen Position zuerst erscheinen, entsprechend vor Curium und Americium.

Der weitere Verlauf des Experiments brachte zunächst kein Ergebnis, da man nach einem α-Teilchen als Zerfallssignatur suchte. Erst die Suche nach [[Charakteristische Röntgenstrahlung|charakteristischer Röntgenstrahlung]] und [[Innere Konversion|Konversionselektronen]] als Folge eines [[Elektroneneinfang]]s brachte den gewünschten Erfolg. Das Ergebnis der Kernreaktion wurde mit <sup>243</sup>Bk angegeben, obwohl man anfänglich auch <sup>244</sup>Bk für möglich hielt.

Im Jahr 1958 isolierten [[Burris B. Cunningham]] und [[Stanley G. Thompson]] erstmals wägbare Mengen, die durch langjährige Neutronenbestrahlung von <sup>239</sup>Pu in dem Testreaktor der [[Idaho National Laboratory|National Reactor Testing Station]] in [[Idaho]] erzeugt wurden.<ref>S. G. Thompson, B. B. Cunningham: ''First Macroscopic Observations of the Chemical Properties of Berkelium and Californium'', supplement to Paper P/825 presented at the Second International Conference of Peaceful Uses Atomic Energy, Geneva, 1958.</ref>

== Isotope ==
Von Berkelium existieren nur [[Radionuklid]]e und keine stabilen [[Isotop]]e. Insgesamt sind 12 Isotope und 5 [[Kernisomer]]e des Elements bekannt. Die langlebigsten sind <sup>247</sup>Bk ([[Halbwertszeit]] 1380&nbsp;Jahre), <sup>248</sup>Bk (9&nbsp;Jahre) und <sup>249</sup>Bk (330&nbsp;Tage). Die Halbwertszeiten der restlichen Isotope liegen im Bereich von Millisekunden bis Stunden oder Tagen.<ref name="nubase">G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: ''The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties''; in: ''[[Nuclear Physics|Nuclear Physics A]]'', '''2003''', ''729''&nbsp;(1), S.&nbsp;3–128. [[doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001]]. ([http://amdc.in2p3.fr/nubase/nubase2003/Nubase2003.pdf PDF]; 1,0&nbsp;MB).</ref>

Nimmt man beispielhaft den Zerfall des langlebigsten Isotops <sup>247</sup>Bk heraus, so entsteht durch α-Zerfall zunächst das langlebige <sup>243</sup>Am, das seinerseits durch erneuten α-Zerfall in <sup>239</sup>Np übergeht. Der weitere Zerfall führt dann über <sup>239</sup>Pu zum <sup>235</sup>U, dem Beginn der [[Uran-Actinium-Reihe]] (4 n + 3).

:<math>\mathrm{^{247}_{\ 97}Bk\ \xrightarrow[1380 \ a]{\alpha} \ ^{243}_{\ 95}Am\ \xrightarrow [7370 \ a]{\alpha} \ ^{239}_{\ 93}Np\ \xrightarrow [2,355 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow[24110 \ a]{\alpha} \ ^{235}_{\ 92}U}</math>

: <small>Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.</small>

''→ [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#97 Berkelium|Liste der Berkeliumisotope]]''

== Vorkommen ==
Berkeliumisotope kommen auf der Erde wegen ihrer im Vergleich zum Alter der Erde zu geringen Halbwertszeit nicht natürlich vor.

Über die Erstentdeckung von [[Einsteinium]] und [[Fermium]] in den Überresten der ersten amerikanischen Wasserstoffbombe, [[Ivy Mike]], am 1.&nbsp;November 1952 auf dem [[Eniwetok|Eniwetok-Atoll]] hinaus wurden neben [[Plutonium]] und [[Americium]] auch Isotope von [[Curium]], Berkelium und [[Californium]] gefunden, darunter das <sup>249</sup>Bk, das durch den [[Beta-Zerfall|β-Zerfall]] in <sup>249</sup>Cf übergeht. Aus Gründen der militärischen Geheimhaltung wurden die Ergebnisse erst später im Jahr 1956 publiziert.<ref>P. R. Fields, M. H. Studier, H. Diamond, J. F. Mech, M. G. Inghram, G. L. Pyle, C. M. Stevens, S. Fried, W. M. Manning ''(Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois)''; A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg ''(University of California, Berkeley, California)'': ''Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1956''', ''102''&nbsp;(1), S.&nbsp;180–182 ([[doi:10.1103/PhysRev.102.180]]).</ref>

In Kernreaktoren entsteht vor allem das Berkeliumisotop <sup>249</sup>Bk, es zerfällt bereits während der [[Zwischenlager (Kerntechnik)|Zwischenlagerung]] (vor der Endlagerung) fast komplett zum Californiumisotop <sup>249</sup>Cf mit 351 Jahren Halbwertszeit. Dieses zählt zum [[Transuranabfall]] und ist daher in der [[Endlagerung]] unerwünscht.

== Gewinnung und Darstellung ==
Berkelium wird durch Beschuss von leichteren Actinoiden mit Neutronen in einem [[Kernreaktor]] erzeugt. Die Hauptquelle ist der 85&nbsp;[[Megawatt|MW]] High-Flux-Isotope Reactor (HFIR) am [[Oak Ridge National Laboratory]] in Tennessee, USA, der auf die Herstellung von Transcuriumelementen (Z&nbsp;> 96) eingerichtet ist.<ref>[https://neutrons.ornl.gov/facilities/HFIR/ High Flux Isotope Reactor], Oak Ridge National Laboratory; abgerufen am 23. September 2010.</ref>

=== Gewinnung von Berkeliumisotopen ===
Berkelium entsteht in Kernreaktoren aus [[Uran]] (<sup>238</sup>U) oder [[Plutonium]] (<sup>239</sup>Pu) durch zahlreiche nacheinander folgende [[Neutroneneinfang|Neutroneneinfänge]] und β-Zerfälle – unter Ausschluss von Spaltungen oder α-Zerfällen.<ref>S. G. Thompson, A. Ghiorso, B. G. Harvey, G. R. Choppin: ''Transcurium Isotopes Produced in the Neutron Irradiation of Plutonium''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1954''', ''93''&nbsp;(4), S.&nbsp;908–908 ([[doi:10.1103/PhysRev.93.908]]).</ref>

Ein wichtiger Schritt ist hierbei die (n,γ)- oder Neutroneneinfangsreaktion, bei welcher das gebildete angeregte Tochternuklid durch Aussendung eines [[Gammastrahlung|γ-Quants]] in den Grundzustand übergeht. Die hierzu benötigten freien Neutronen entstehen durch [[Kernspaltung]] anderer Kerne im Reaktor. In diesem kernchemischen Prozess wird zunächst durch eine (n,γ)-Reaktion gefolgt von zwei [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>-Zerfällen]] das <sup>239</sup>Pu gebildet. In [[Brutreaktor]]en wird dieser Prozess zum Erbrüten neuen Spaltmaterials genutzt.

:<math>\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{239}_{\ 92}U\ \xrightarrow [23,5 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np\ \xrightarrow [2,3565 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}</math>
: <small>Bei den angegebenen Zeiten handelt es sich um Halbwertszeiten.</small>

Letzteres wird hierzu mit einer Neutronenquelle, die einen hohen [[Neutronenfluss]] besitzt, bestrahlt. Die hierbei möglichen Neutronenflüsse sind um ein Vielfaches höher als in einem Kernreaktor. Aus <sup>239</sup>Pu wird durch vier aufeinander folgende (n,γ)-Reaktionen <sup>243</sup>Pu gebildet, welches durch β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 4,96&nbsp;Stunden zu <sup>243</sup>Am zerfällt. Das durch eine weitere (n,γ)-Reaktion gebildete <sup>244</sup>Am zerfällt wiederum durch β-Zerfall mit einer Halbwertszeit von 10,1&nbsp;Stunden letztlich zu <sup>244</sup>Cm. Aus <sup>244</sup>Cm entstehen durch weitere (n,γ)-Reaktionen im Reaktor in jeweils kleiner werdenden Mengen die nächst schwereren Isotope.

:<math>\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow {4(n,\gamma)} \ ^{243}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow [4,956 \ h]{\beta^-} \ ^{243}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{244}_{\ 95}Am\ \xrightarrow [10,1 \ h]{\beta^-} \ ^{244}_{\ 96}Cm} \quad; \quad \mathrm{^{244}_{\ 96}Cm\ \xrightarrow {5(n,\gamma)} \ ^{249}_{\ 96}Cm}</math>

Die Entstehung von <sup>250</sup>Cm auf diesem Wege ist jedoch sehr unwahrscheinlich, da <sup>249</sup>Cm nur eine kurze Halbwertszeit besitzt und so weitere Neutroneneinfänge in der kurzen Zeit unwahrscheinlich sind.

<sup>249</sup>Bk ist das einzige Isotop des Berkeliums, das auf diese Weise gebildet werden kann. Es entsteht durch β-Zerfall aus <sup>249</sup>Cm – das erste Curiumisotop, welches einen β-Zerfall eingeht (Halbwertszeit 64,15 min<ref name="nubase" />).

:<math>\mathrm{^{249}_{\ 96}Cm\ \xrightarrow [64,15 \ min]{\beta^-} \ ^{249}_{\ 97}Bk\ \xrightarrow [330 \ d]{\beta^-} \ ^{249}_{\ 98}Cf}</math>

Durch Neutroneneinfang entsteht zwar aus <sup>249</sup>Bk auch das <sup>250</sup>Bk, dies zerfällt aber schon mit einer Halbwertszeit von 3,212 Stunden<ref name="nubase" /> durch β-Zerfall zu <sup>250</sup>Cf.<ref>L. B. Magnusson, M. H. Studier, P. R. Fields, C. M. Stevens, J. F. Mech, A. M. Friedman, H. Diamond, J. R. Huizenga: ''Berkelium and Californium Isotopes Produced in Neutron Irradiation of Plutonium''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1954''', ''96''&nbsp;(6), S.&nbsp;1576–1582 ([[doi:10.1103/PhysRev.96.1576]]).</ref><ref>T. A. Eastwood, J. P. Butler, M. J. Cabell, H. G. Jackson ''(Atomic Energy of Canada Limited, Chalk River, Ontario, Canada)''; R. P. Schuman, F. M. Rourke, T. L. Collins ''(Knolls Atomic Power Laboratory, Schenectady, New York)'': ''Isotopes of Berkelium and Californium Produced by Neutron Irradiation of Plutonium''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1957''', ''107''&nbsp;(6), S.&nbsp;1635–1638 ([[doi:10.1103/PhysRev.107.1635]]).</ref>

:<math>\mathrm{^{249}_{\ 97}Bk\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{250}_{\ 97}Bk\ \xrightarrow [3,212 \ h]{\beta^-} \ ^{250}_{\ 98}Cf}</math>

Das langlebigste Isotop, das <sup>247</sup>Bk, kann somit nicht in Kernreaktoren hergestellt werden, so dass man sich oftmals mit dem eher zugänglichen <sup>249</sup>Bk begnügen muss. Berkelium steht heute weltweit lediglich in sehr geringen Mengen zur Verfügung, weshalb es einen sehr hohen Preis besitzt. Dieser beträgt etwa 185 [[United States Dollar|US-Dollar]] pro [[Mikrogramm]] <sup>249</sup>Bk.<ref name="speclab">{{Webarchiv |url=http://www.speclab.com/elements/berkelium.htm |text=Informationen zum Element Berkelium bei www.speclab.com |wayback=20071020090423 }} ''(engl.)''; abgerufen am: 22.&nbsp;September 2008.</ref>

Das Isotop <sup>248</sup>Bk wurde 1956 durch Beschuss mit 25-MeV α-Teilchen aus einem Gemisch von Curiumnukliden hergestellt. Seine Existenz mit dessen Halbwertszeit von 23&nbsp;±&nbsp;5&nbsp;Stunden wurde durch das β-Zerfallsprodukt <sup>248</sup>Cf festgestellt.<ref>E. K. Hulet: ''New Isotope of Berkelium''; in: ''[[Physical Review]]'', '''1956''', ''102''&nbsp;(1), S.&nbsp;182–182 ([[doi:10.1103/PhysRev.102.182]]).</ref>

<sup>247</sup>Bk wurde 1965 aus <sup>244</sup>Cm durch Beschuss mit α-Teilchen hergestellt. Ein eventuell entstandenes Isotop <sup>248</sup>Bk konnte nicht nachgewiesen werden.<ref>J. Milsted, A. M. Friedman, C. M. Stevens: ''The Alpha Half-life of Berkelium-247; a new Long-lived Isomer of Previous Berkelium-248''; in: ''[[Nuclear Physics]]'', '''1965''', ''71''&nbsp;(2), S.&nbsp;299–304 ([[doi:10.1016/0029-5582(65)90719-4]]).</ref>

:<math>\mathrm{^{244}_{\ 96}Cm\ \xrightarrow[]{(\alpha,n)} \ ^{247}_{\ 98}Cf\ \xrightarrow[3,11 \ h]{\epsilon} \ ^{247}_{\ 97}Bk}</math>

:<math>\mathrm{^{244}_{\ 96}Cm\ \xrightarrow[]{(\alpha,p)} \ ^{247}_{\ 97}Bk}</math>

Das Berkeliumisotop <sup>242</sup>Bk wurde 1979 durch Beschuss von <sup>235</sup>U mit <sup>11</sup>B, <sup>238</sup>U mit <sup>10</sup>B, sowie <sup>232</sup>Th mit <sup>14</sup>N bzw. <sup>15</sup>N erzeugt. Es wandelt sich durch [[Elektroneneinfang]] mit einer Halbwertszeit von 7,0&nbsp;±&nbsp;1,3&nbsp;Minuten zum <sup>242</sup>Cm um. Eine Suche nach einem zunächst vermuteten Isotop <sup>241</sup>Bk blieb ohne Erfolg.<ref>Kimberly E. Williams, Glenn T. Seaborg: ''New Isotope <sup>242</sup>Bk''; in: ''[[Physical Review C]]'', '''1979''', ''19''&nbsp;(5), S.&nbsp;1794–1800 ([[doi:10.1103/PhysRevC.19.1794]]).</ref>

:<math>\mathrm{^{235}_{\ 92}U\ +\ ^{11}_{\ 5}B\ \longrightarrow \ ^{242}_{\ 97}Bk\ +\ 4\ ^{1}_{0}n \quad ; \quad ^{232}_{\ 90}Th\ +\ ^{14}_{\ 7}N\ \longrightarrow \ ^{242}_{\ 97}Bk\ +\ 4\ ^{1}_{0}n}</math>

:<math>\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ +\ ^{10}_{\ 5}B\ \longrightarrow \ ^{242}_{\ 97}Bk\ +\ 6\ ^{1}_{0}n \quad ; \quad ^{232}_{\ 90}Th\ +\ ^{15}_{\ 7}N\ \longrightarrow \ ^{242}_{\ 97}Bk\ +\ 5\ ^{1}_{0}n}</math>

=== Darstellung elementaren Berkeliums ===
Die ersten Proben von Berkeliummetall wurden 1969 durch Reduktion von BkF<sub>3</sub> bei 1000&nbsp;°C mit [[Lithium]] in Reaktionsapparaturen aus [[Tantal]] hergestellt.<ref name="BK_CRYS">J. R. Peterson, J. A. Fahey, R. D. Baybarz: ''The Crystal Structures and Lattice Parameters of Berkelium Metal''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1971''', ''33''&nbsp;(10), S.&nbsp;3345–3351 ([[doi:10.1016/0022-1902(71)80656-5]]).</ref>

:<chem>BkF3 + 3 Li -> Bk + 3 LiF</chem>

Elementares Berkelium kann ferner auch aus BkF<sub>4</sub> mit Lithium oder durch Reduktion von BkO<sub>2</sub> mit [[Lanthan]] oder [[Thorium]] dargestellt werden.<ref>J. C. Spirlet, J. R. Peterson, L. B. Asprey; in: ''[[Advances in Inorganic Chemistry]]'', Bd.&nbsp;31 (hrsg. von H. J. Emeléus and A. G. Sharpe), Academic Press, Orlando FL 1987, S.&nbsp;1–41.</ref>

:<chem>3 BkO2 + 4 La -> 3 Bk + 2 La2O3</chem>

== Eigenschaften ==
[[Datei:Berkelium metal.jpg|mini|1,7 Mikrogramm Berkelium<br />(Größe ca. 100 μm)]]
Im [[Periodensystem]] steht das Berkelium mit der Ordnungszahl 97 in der Reihe der Actinoide, sein Vorgänger ist das [[Curium]], das nachfolgende Element ist das [[Californium]]. Sein [[Analogon (Chemie)|Analogon]] in der Reihe der [[Lanthanoide]] ist das [[Terbium]].

[[Datei:Closest packing ABAC.png|mini|Doppelt-hexagonal dichteste Kugelpackung mit der Schichtfolge ABAC in der Kristallstruktur von α-Bk<br />(A:&nbsp;grün; B:&nbsp;blau; C:&nbsp;rot).]]

=== Physikalische Eigenschaften ===
Berkelium ist ein radioaktives Metall mit silbrig-weißem Aussehen und einem Schmelzpunkt von 986&nbsp;°C.

Die bei [[Standardbedingungen]] auftretende [[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|Modifikation]] α-Bk kristallisiert im [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonalen Kristallsystem]] in der {{Raumgruppe|P63/mmc|lang}} mit den [[Gitterparameter]]n ''a''&nbsp;=&nbsp;341,6&nbsp;±&nbsp;0,3&nbsp;[[Pikometer|pm]] und ''c''&nbsp;=&nbsp;1106,9&nbsp;±&nbsp;0,7&nbsp;pm sowie vier [[Formeleinheit]]en pro [[Elementarzelle]], einem Metallradius von 170&nbsp;[[Pikometer|pm]] und einer Dichte von 14,78&nbsp;g/cm<sup>3</sup>. Die [[Kristallstruktur]] besteht aus einer doppelt-[[Dichteste Kugelpackung|hexagonal dichtesten Kugelpackung]] (d.&nbsp;h.c.p.) mit der Schichtfolge ABAC und ist damit [[Isotypie|isotyp]] zur Struktur von [[Lanthan|α-La]].<ref name="BK_CRYS" />

Bei höheren Temperaturen geht α-Bk in β-Bk über. Die β-Modifikation kristallisiert im [[Kubisches Kristallsystem|kubischen Kristallsystem]] in der Raumgruppe&nbsp;{{Raumgruppe|Fm-3m|kurz}} mit dem Gitterparameter ''a''&nbsp;=&nbsp;499,7&nbsp;±&nbsp;0,4&nbsp;pm, einem Metallradius von 177&nbsp;pm und einer Dichte von 13,25&nbsp;g/cm<sup>3</sup>. Die Kristallstruktur besteht aus einer kubisch dichtesten Kugelpackung mit der Stapelfolge ABC, was einem [[Kubisch flächenzentriertes Gitter|kubisch flächenzentrierten Gitter]] (f.c.c.) entspricht.<ref name="BK_CRYS" />

Die [[Lösungsenthalpie]] von Berkelium-Metall in [[Salzsäure]] bei Standardbedingungen beträgt −600,2&nbsp;±&nbsp;5,1&nbsp;kJ·mol<sup>−1</sup>. Ausgehend von diesem Wert erfolgte die erstmalige Berechnung der [[Standardbildungsenthalpie]] (Δ<sub>f</sub>''H''<sup>0</sup>) von Bk<sup>3+</sup><sub>(aq)</sub> auf −601&nbsp;±&nbsp;5&nbsp;kJ·mol<sup>−1</sup> und des [[Standardpotential]]s Bk<sup>3+</sup>&nbsp;/&nbsp;Bk<sup>0</sup> auf −2,01&nbsp;±&nbsp;0,03&nbsp;V.<ref>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 Bk<sup>3+</sup>(aq)''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1981''', ''43''&nbsp;(12), S.&nbsp;3209–3212 ([[doi:10.1016/0022-1902(81)80090-5]]).</ref>

Zwischen 70&nbsp;K und Raumtemperatur verhält sich Berkelium wie ein [[Curie-Weiss-Gesetz|Curie-Weiss-Paramagnet]] mit einem effektiven magnetischen Moment von 9,69 [[Bohrsches Magneton|Bohrschen Magnetonen]] (µ<sub>B</sub>) und einer [[Curie-Temperatur]] von 101&nbsp;K. Beim Abkühlen auf etwa 34&nbsp;K erfährt Berkelium einen Übergang zu einem [[Antiferromagnetismus|antiferromagnetischen]] Zustand.<ref>S. E. Nave, P. G. Huray, R. G. Haire, in: J. E. Crow, R. P. Guertin, T. W. Mihalisin (Hrsg.): ''Crystalline Electric Field and Structural Effects in f-Electron Systems'', Plenum, New York 1980, ISBN 0-306-40443-5, S.&nbsp;269–274.</ref> Dieses magnetische Moment entspricht fast dem theoretischen Wert von 9,72&nbsp;µ<sub>B</sub>.<ref name="e45">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;45.</ref><ref name="H_P_1460">Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1460.</ref>

=== Chemische Eigenschaften ===
Berkelium ist wie alle Actinoide sehr reaktionsfähig. Es reagiert allerdings nicht schnell mit Sauerstoff bei Raumtemperatur, was möglicherweise auf die Bildung einer schützenden Oxidschicht zurückzuführen ist. Jedoch reagiert es mit geschmolzenen Metallen, Wasserstoff, Halogenen, Chalkogenen und Penteliden zu verschiedenen binären Verbindungen.<ref name="e45" /><ref name="H_P_1460" />

In wässriger Lösung ist die dreiwertige [[Oxidationsstufe]] am beständigsten, jedoch kennt man auch vierwertige und zweiwertige<ref name="Perchlorat">Jim C. Sullivan, K. H. Schmidt, L. R. Morss, C. G. Pippin, C. Williams: ''Pulse Radiolysis Studies of Berkelium(III): Preparation and Identification of Berkelium(II) in Aqueous Perchlorate Media''; in: ''[[Inorg. Chem.]]'', '''1988''', ''27''&nbsp;(4), S.&nbsp;597–598 ([[doi:10.1021/ic00277a005]]).</ref> Verbindungen. Wässrige Lösungen mit Bk<sup>3+</sup>-Ionen haben eine gelbgrüne Farbe, mit Bk<sup>4+</sup>-Ionen sind sie in salzsaurer Lösung beige, in schwefelsaurer Lösung orange-gelb.<ref name="HOWI_1956">{{Holleman-Wiberg|Auflage=102 |Startseite=1956 |Endseite= }}</ref><ref name="e55">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;55.</ref><ref name="H_P_1472">Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1472.</ref> Ein ähnliches Verhalten ist für sein Lanthanoidanalogon [[Terbium]] zu beobachten.<ref name="Properties" /><ref name="Properties_2" />

Bk<sup>3+</sup>-Ionen zeigen zwei scharfe [[Fluoreszenz]]peaks bei 652&nbsp;nm (rotes Licht) und 742&nbsp;nm (dunkelrot – nahes Infrarot) durch interne Übergänge in der f-Elektronen-Schale.<ref>Z. Assefa, R. G. Haire, N. A. Stump: ''Emission profile of Bk(III) in a silicate matrix: anomalous dependence on excitation power''; in: ''[[Journal of Alloys and Compounds]]'', '''1998''', ''271–273'', S.&nbsp;854–858 ([[doi:10.1016/S0925-8388(98)00233-3]]).</ref><ref>Rita Cornelis, Joe Caruso, Helen Crews, Klaus Heumann: ''Handbook of Elemental Speciation II: Species in the Environment, Food, Medicine & Occupational Health'', John Wiley and Sons, 2005, ISBN 0-470-85598-3, S.&nbsp;552 ({{Google Buch|BuchID=1PmjurlE6KkC|Seite=552}}).</ref>

=== Spaltbarkeit ===
Berkelium eignet sich anders als die benachbarten Elemente Curium und Californium auch theoretisch nur sehr schlecht als [[Kernbrennstoff]] in einem Reaktor. Neben der sehr geringen Verfügbarkeit und dem damit verbundenen hohen Preis kommt hier erschwerend hinzu, dass die günstigeren Isotope mit gerader [[Massenzahl]] nur eine geringe Halbwertszeit haben. Das einzig infrage kommende geradzahlige Isotop, <sup>248</sup>Bk im Grundzustand, ist nur sehr schwer zu erzeugen,<ref>G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (Hrsg.): Karlsruher [[Nuklidkarte]], 7. Aufl., 2006.</ref> zudem liegen keine ausreichenden Daten über dessen [[Wirkungsquerschnitt]]e vor.<ref>M. B. Chadwick, P. Oblozinsky, M. Herman at al.: ''ENDF/B-VII.0: Next Generation Evaluated Nuclear Data Library for Nuclear Science and Technology''; in: ''[[Nuclear Data Sheets]]'', '''2006''', ''107''&nbsp;(12), S.&nbsp;2931–3060 ([[doi:10.1016/j.nds.2006.11.001]]).</ref><ref>A. J. Koning, et al.: ''The JEFF evaluated data project'', Proceedings of the International Conference on Nuclear Data for Science and Technology, Nice, 2007 ([[doi:10.1051/ndata:07476]]).</ref>

<sup>249</sup>Bk ist im Prinzip in der Lage, eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, und damit für einen [[Schneller Brüter|schnellen Reaktor]] oder eine Atombombe geeignet. Die kurze Halbwertszeit von 330 Tagen zusammen mit der komplizierten Gewinnung und dem hohen Bedarf vereiteln entsprechende Versuche. Die [[kritische Masse]] liegt unreflektiert bei 192&nbsp;kg, mit Wasserreflektor immer noch 179&nbsp;kg, ein Vielfaches der Weltjahresproduktion.<ref name="irsn">[[Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire]]: ''Evaluation of nuclear criticality safety data and limits for actinides in transport'', S.&nbsp;16 ({{Webarchiv |url=http://ec.europa.eu/energy/nuclear/transport/doc/irsn_sect03_146.pdf |text=PDF |wayback=20141118085843}}).</ref>

<sup>247</sup>Bk kann sowohl in einem thermischen als auch in einem schnellen Reaktor eine Kettenreaktion aufrechterhalten und hat mit 1380&nbsp;Jahren eine ausreichend große Halbwertszeit, um sowohl als Kernbrennstoff als auch Spaltstoff für eine [[Atombombe]] zu dienen. Es kann allerdings nicht in einem Reaktor erbrütet werden und ist damit in der Produktion noch aufwendiger und kostenintensiver als die anderen genannten Isotope. Damit einher geht eine noch geringere Verfügbarkeit, was angesichts der benötigten Masse von mindestens 35,2&nbsp;kg (kritische Masse mit Stahlreflektor) als Ausschlusskriterium angesehen werden kann.<ref name="irsn" />

== Verwendung ==
[[Datei:Berkelium.jpg|mini|Die Berkeliumprobe für die Synthese von [[Tenness]] (in gelöster Form)<ref>[https://news.sciencemag.org/sciencenow/2010/04/finally-element-117-is-here.html Finally, Element 117 Is Here!], [[Science Now]], abgerufen am: 7. April 2010.</ref>]]
Die Verwendung für Berkeliumisotope liegt hauptsächlich in der wissenschaftlichen Grundlagenforschung. <sup>249</sup>Bk ist ein gängiges Nuklid zur Synthese noch schwererer [[Transurane]] und [[Transactinoide]] wie [[Lawrencium]], [[Rutherfordium]] und [[Bohrium]].<ref name="H_P_1445">Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1445–1448.</ref> Es dient auch als Quelle für das Isotop <sup>249</sup>Cf, welches Studien über die Chemie des Californiums ermöglicht. Es hat den Vorzug vor dem radioaktiveren <sup>252</sup>Cf, welches ansonsten durch Neutronenbeschuss im High-Flux-Isotope Reactor (HFIR) erzeugt wird.<ref>Richard G. Haire: {{Webarchiv|url=http://radchem.nevada.edu/classes/rdch710/files/Californium.pdf |wayback=20100717154045 |text=''Californium'' }}; in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): ''The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements'', Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S.&nbsp;1499–1576 ([[doi:10.1007/1-4020-3598-5_11]]).</ref>

Eine 22-Milligramm-Probe <sup>249</sup>Bk wurde im Jahr 2009 in einer 250-Tage-Bestrahlung hergestellt und dann in einem 90-Tage-Prozess in Oak Ridge gereinigt. Diese Probe führte zu den ersten 6 Atomen des Elements [[Tenness]] am [[Vereinigtes Institut für Kernforschung|Vereinigten Institut für Kernforschung]] (JINR), [[Dubna (Moskau)|Dubna]], Russland, nach einem Beschuss mit Calcium-Ionen im U400-Zyklotron für 150 Tage. Diese Synthese war ein Höhepunkt der russisch-amerikanischen Zusammenarbeit zwischen JINR und [[Lawrence Livermore National Laboratory]] bei der Synthese der Elemente 113 bis 118, die 1989 gestartet wurde.<ref>{{Webarchiv |url=https://str.llnl.gov/OctNov10/shaughnessy.html |text=Collaboration Expands the Periodic Table, One Element at a Time |wayback=20110718033621 }}, Science and Technology Review, Lawrence Livermore National Laboratory, October/November 2010.</ref><ref>[https://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100406181611.htm Nuclear Missing Link Created at Last: Superheavy Element 117], [[Science daily]], abgerufen am: 7. April 2010.</ref>

== Verbindungen ==
''→ Kategorie: [[:Kategorie:Berkeliumverbindung|Berkeliumverbindung]]''

Obwohl das Isotop <sup>247</sup>Bk die längste Halbwertszeit ausweist, ist das Isotop <sup>249</sup>Bk leichter zugänglich und wird überwiegend für die Bestimmung der chemischen Eigenschaften herangezogen.

=== Oxide ===
Von Berkelium existieren [[Oxide]] der [[Oxidationsstufe]]n +3 (Bk<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) und +4 (BkO<sub>2</sub>).<ref>Joseph R. Peterson, Burris B. Cunningham: ''Some Chemical Properties of Element 97 (UCRL-17337)''; in: ''[[Trans. Amer. Nucl. Soc.]]'', '''1967''', ''10'', S.&nbsp;92–93 ([https://escholarship.org/uc/item/6wt196qr ]).</ref><ref>J. R. Peterson, B. B. Cunningham: ''Crystal Structures and Lattice Parameters of the Compounds of Berkelium I. Berkelium Dioxide and Cubic Berkelium Sesquioxide''; in: ''[[Inorg. Nucl. Chem. Lett.]]'', '''1967''', ''3''&nbsp;(9), S.&nbsp;327–336 ([[doi:10.1016/0020-1650(67)80037-0]]).</ref>

[[Berkelium(IV)-oxid]] (BkO<sub>2</sub>) ist ein brauner Feststoff und kristallisiert im [[Kubisches Kristallsystem|kubischen Kristallsystem]] in der [[Fluorit-Struktur]] in der {{Raumgruppe|Fm-3m|lang}} mit den [[Koordinationszahl]]en Cf[8],&nbsp;O[4]. Der [[Gitterparameter]] beträgt 533,4&nbsp;±&nbsp;0,5&nbsp;[[Pikometer|pm]].<ref name="BK_OX">R. D. Baybarz: ''The Berkelium Oxide System''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1968''', ''30''&nbsp;(7), S.&nbsp;1769–1773 ([[doi:10.1016/0022-1902(68)80352-5]]).</ref>

[[Berkelium(III)-oxid]] (Bk<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) entsteht aus BkO<sub>2</sub> durch Reduktion mit Wasserstoff:

:<chem>2 BkO2 + H2 -> Bk2O3 + H2O</chem>

Es ist ein gelbgrüner Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 1920&nbsp;°C.<ref name="HOWI_1972">{{Holleman-Wiberg|Auflage=102 |Startseite=1972 |Endseite= }}</ref> Es bildet ein kubisch-raumzentriertes Kristallgitter mit ''a''&nbsp;=&nbsp;1088,0&nbsp;±&nbsp;0,5&nbsp;pm.<ref name="BK_OX" />

=== Halogenide ===
Halogenide sind für die Oxidationsstufen +3 und +4 bekannt.<ref name="HOWI_1969">{{Holleman-Wiberg|Auflage=102 |Startseite=1969 |Endseite= }}</ref> Die stabilste Stufe +3 ist für sämtliche Verbindungen von Fluor bis Iod bekannt und auch in wässriger Lösung stabil. Die vierwertige Stufe ist nur in der festen Phase stabilisierbar.

{| class="wikitable left" style="text-align:center; font-size:90%; border:0"
|-
! Oxidations-<br>zahl || Fluor || Chlor || Brom || Iod
|-
| +3
| [[Berkelium(III)-fluorid]]<br />BkF<sub>3</sub><br />gelbgrün
| [[Berkelium(III)-chlorid]]<br />BkCl<sub>3</sub><br />grün
| [[Berkelium(III)-bromid]]<br />BkBr<sub>3</sub><br />gelbgrün
| [[Berkelium(III)-iodid]]<br />BkI<sub>3</sub><br />gelb
|-
| +4
| [[Berkelium(IV)-fluorid]]<br />BkF<sub>4</sub><br />gelbgrün
| style="background:white; border:0" |
| style="background:white; border:0" |
| style="background:white; border:0" |
|}

[[Berkelium(IV)-fluorid]] (BkF<sub>4</sub>) ist eine gelbgrüne [[Ionische Bindung|Ionenverbindung]] und kristallisiert im [[Monoklines Kristallsystem|monoklinen Kristallsystem]] und ist [[Strukturtyp#Isotypie|isotyp]] mit [[Uran(IV)-fluorid]].<ref name="BKF_3_4" />

[[Berkelium(III)-fluorid]] (BkF<sub>3</sub>) ist ein gelbgrüner Feststoff und besitzt zwei kristalline Strukturen, die temperaturabhängig sind (Umwandlungstemperatur: 350 bis 600&nbsp;°C). Bei niedrigen Temperaturen ist die [[Orthorhombisches Kristallsystem|orthorhombische]] Struktur ([[Yttrium(III)-fluorid|YF<sub>3</sub>-Typ]]) zu finden. Bei höheren Temperaturen bildet es ein [[Trigonales Kristallsystem|trigonales]] System ([[Lanthan(III)-fluorid|LaF<sub>3</sub>-Typ]]).<ref>J. R. Peterson, B. B. Cunningham: ''Crystal Structures and Lattice Parameters of the Compounds of Berkelium IV. Berkelium Trifluoride''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1968''', ''30''&nbsp;(7), S.&nbsp;1775–1784 ([[doi:10.1016/0022-1902(68)80353-7]]).</ref><ref name="BKF_3_4">D. D. Ensor, J. R. Peterson, R. G. Haire, J. P. Young: ''Absorption Spectrophotometric Study of Berkelium (III) and (IV) Fluorides in the Solid State''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1981''', ''43''&nbsp;(5), S.&nbsp;1001–1003 ([[doi:10.1016/0022-1902(81)80164-9]]).</ref>

[[Berkelium(III)-chlorid]] (BkCl<sub>3</sub>) ist ein grüner Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 603&nbsp;°C<ref name="HOWI_1969" /> und kristallisiert im [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonalen Kristallsystem]].<ref>J. R. Peterson, B. B. Cunningham: ''Crystal Structures and Lattice Parameters of the Compounds of Berkelium II. Berkelium Trichloride''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1968''', ''30''&nbsp;(3), S.&nbsp;823–828 ([[doi:10.1016/0022-1902(68)80443-9]]).</ref><ref>J. R. Peterson, J. P. Young, D. D. Ensor, R. G. Haire: ''Absorption Spectrophotometric and X-Ray Diffraction Studies of the Trichlorides of Berkelium-249 and Californium-249''; in: ''[[Inorg. Chem.]]'', '''1986''', ''25''&nbsp;(21), S.&nbsp;3779–3782 ([[doi:10.1021/ic00241a015]]).</ref> Seine Kristallstruktur ist isotyp mit [[Uran(III)-chlorid]] (UCl<sub>3</sub>). Das Hexahydrat (BkCl<sub>3</sub>&nbsp;·&nbsp;6&nbsp;H<sub>2</sub>O) weist eine monokline Kristallstruktur auf.<ref>John H. Burns, Joseph Richard Peterson: ''The Crystal Structures of Americium Trichloride Hexahydrate and Berkelium Trichloride Hexahydrate''; in: ''[[Inorg. Chem.]]'', '''1971''', ''10''&nbsp;(1), S.&nbsp;147–151 ([[doi:10.1021/ic50095a029]]).</ref>

[[Berkelium(III)-bromid]] (BkBr<sub>3</sub>) ist ein gelbgrüner Feststoff und kristallisiert bei niedrigen Temperaturen im [[Plutonium(III)-bromid|PuBr<sub>3</sub>-Typ]], bei höheren Temperaturen im [[Aluminiumchlorid|AlCl<sub>3</sub>-Typ]].<ref name="Burns_1975">John H. Burns, J. R. Peterson, J. N. Stevenson: ''Crystallographic Studies of some Transuranic Trihalides: <sup>239</sup>PuCl<sub>3</sub>, <sup>244</sup>CmBr<sub>3</sub>, <sup>249</sup>BkBr<sub>3</sub> and <sup>249</sup>CfBr<sub>3</sub>''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1975''', ''37''&nbsp;(3), S.&nbsp;743–749 ([[doi:10.1016/0022-1902(75)80532-X]]).</ref>

[[Berkelium(III)-iodid]] (BkI<sub>3</sub>) ist ein gelber Feststoff und kristallisiert im hexagonalen System ([[Bismut(III)-iodid|BiI<sub>3</sub>-Typ]]).<ref name="e48">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;48.</ref><ref>Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1469.</ref><ref>R. L. Fellows, J. P. Young, R. G. Haire, in: ''Physical–Chemical Studies of Transuranium Elements'' (Progress Report April 1976–March 1977) (hrsg. von J. R. Peterson), U.S. Energy Research and Development Administration Document ORO-4447-048, University of Tennessee, Knoxville, S.&nbsp;5–15.</ref>

Die Oxihalogenide BkOCl, BkOBr und BkOI besitzen eine [[tetragonal]]e Struktur vom PbFCl-Typ.<ref name="e53" /><ref>Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1465, 1470.</ref>

=== Chalkogenide und Pentelide ===
Berkelium(III)-sulfid (Bk<sub>2</sub>S<sub>3</sub>) wurde entweder durch Behandeln von Berkelium(III)-oxid mit einem Gemisch von [[Schwefelwasserstoff]] und [[Kohlenstoffdisulfid]] bei 1130&nbsp;°C dargestellt, oder durch die direkte Umsetzung von metallischem Berkelium mit Schwefel. Dabei entstanden bräunlich-schwarze Kristalle mit kubischer Symmetrie und einer Gitterkonstanten von ''a''&nbsp;=&nbsp;844&nbsp;pm.<ref name="e53" /><ref name="H_P_1470">Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1470.</ref>

Die [[Pentelide]] des Berkeliums (<sup>249</sup>Bk) des Typs BkX sind für die Elemente [[Stickstoff]],<ref name="Nitride">J. N. Stevenson, J. R. Peterson: ''Preparation and Structural Studies of Elemental Curium-248 and the Nitrides of Curium-248 and Berkelium-249''; in: ''[[Journal of the Less Common Metals]]'', '''1979''', ''66''&nbsp;(2), S.&nbsp;201–210 ([[doi:10.1016/0022-5088(79)90229-7]]).</ref> [[Phosphor]], [[Arsen]] und [[Antimon]] dargestellt worden. Ihre Herstellung erfolgt durch die Reaktion von entweder [[Berkelium(III)-hydrid]] (BkH<sub>3</sub>) oder metallischem Berkelium mit diesen Elementen bei erhöhter Temperatur im Hochvakuum in Quarzampullen. Sie kristallisieren im NaCl-Gitter mit den Gitterkonstanten 495,1&nbsp;pm für BkN, 566,9&nbsp;pm für BkP, 582,9&nbsp;pm für BkAs und 619,1&nbsp;pm für BkSb.<ref>D. Damien, R. G. Haire, J. R. Peterson: ''Preparation and Lattice Parameters of <sup>249</sup>Bk Monopnictides''; in: ''[[J. Inorg. Nucl. Chem.]]'', '''1980''', ''42''&nbsp;(7), S.&nbsp;995–998 ([[doi:10.1016/0022-1902(80)80390-3]]).</ref>

=== Weitere anorganische Verbindungen ===
Berkelium(III)- und Berkelium(IV)-hydroxid sind beide als Suspension in [[Molarität|1 M]] Natronlauge stabil und wurden spektroskopisch untersucht.<ref name="H_P_1455">Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1455.</ref> Berkelium(III)-phosphat (BkPO<sub>4</sub>) wurde als Feststoff dargestellt, der eine starke Fluoreszenz bei einer Anregung durch einen Argon-Laser (514,5&nbsp;nm-Linie) zeigt.<ref name="e39_40">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;39–40.</ref><ref>Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1470–1471.</ref>

Weitere Salze des Berkeliums sind bekannt, z.&nbsp;B. Bk<sub>2</sub>O<sub>2</sub>S, (BkNO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>&nbsp;·&nbsp;4&nbsp;H<sub>2</sub>O, BkCl<sub>3</sub>&nbsp;·&nbsp;6&nbsp;H<sub>2</sub>O, Bk<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>&nbsp;·&nbsp;12&nbsp;H<sub>2</sub>O und Bk<sub>2</sub>(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>)<sub>3</sub>&nbsp;·&nbsp;4&nbsp;H<sub>2</sub>O.<ref name="e47">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;47.</ref><ref name="H_P_1470" /> Eine thermische Zersetzung in einer Argonatmosphäre bei ca. 600&nbsp;°C (um eine Oxidation zum BkO<sub>2</sub> vermeiden) von Bk<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>&nbsp;·&nbsp;12&nbsp;H<sub>2</sub>O führt zu raumzentrierten orthorhombischen Kristallen von Berkelium(III)-oxisulfat (Bk<sub>2</sub>O<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>). Diese Verbindung ist unter Schutzgas bis mindestens 1000&nbsp;°C thermisch stabil.<ref name="e54">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;54.</ref><ref name="H_P_1470" />

Berkeliumhydride werden durch Umsetzung des Metalls mit Wasserstoffgas bei Temperaturen über 250&nbsp;°C hergestellt.<ref name="Nitride" /> Sie bilden nicht-stöchiometrische Zusammensetzungen mit der nominalen Formel BkH<sub>2+x</sub> (0 < x < 1). Während die Trihydride eine hexagonale Symmetrie besitzen, kristallisiert das Dihydrid in einer ''fcc''-Struktur mit der Gitterkonstanten ''a''&nbsp;= 523&nbsp;pm.<ref name="e53">Peterson, Hobart (1984), S.&nbsp;53.</ref><ref>Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1463.</ref>

=== Metallorganische Verbindungen ===
Berkelium bildet einen trigonalen (η<sup>5</sup>–C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>Bk-Komplex mit drei [[Cyclopentadien]]ylringen, die durch Umsetzung von Berkelium(III)-chlorid mit geschmolzenem Be(C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>2</sub> bei etwa 70&nbsp;°C synthetisiert werden können. Es besitzt eine gelbe Farbe und orthorhombische Symmetrie mit den Gitterkonstanten ''a'' = 1411&nbsp;pm, ''b'' = 1755&nbsp;pm und ''c'' = 963&nbsp;pm sowie einer berechneten Dichte von 2,47&nbsp;g/cm<sup>3</sup>. Der Komplex ist bis mindestens 250&nbsp;°C stabil und sublimiert bei ca. 350&nbsp;°C. Die hohe Radioaktivität bewirkt allerdings eine schnelle Zerstörung der Verbindungen innerhalb weniger Wochen.<ref>[[Christoph Elschenbroich]]: ''Organometallchemie'', 6. Auflage, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0167-8, S.&nbsp;583–584.</ref><ref>Peter G. Laubereau, John H. Burns: ''Microchemical Preparation of Tricyclopentadienyl Compounds of Berkelium, Californium, and some Lanthanide Elements''; in: ''[[Inorg. Chem.]]'', '''1970''', ''9''&nbsp;(5), S.&nbsp;1091–1095 ([[doi:10.1021/ic50087a018]]).</ref> Ein C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>-Ring im (η<sup>5</sup>–C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>Bk kann durch Chlor ersetzt werden, wobei das dimere [Bk(C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>2</sub>Cl]<sub>2</sub> entsteht. Das optische Absorptionsspektrum dieser Verbindung ist sehr ähnlich zum (η<sup>5</sup>–C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>Bk.<ref>P. G. Lauberau: ''The formation of dicyclopentadienylberkeliumchloride''; in: ''[[Inorg. Nucl. Chem. Lett.]]'', '''1970''', ''6'', S.&nbsp;611–616 ([[doi:10.1016/0020-1650(70)80057-5]]).</ref><ref name="e54" /><ref>Hobart, Peterson (2006), S.&nbsp;1471.</ref>

== Sicherheitshinweise ==
Einstufungen nach der [[Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP)|CLP-Verordnung]] liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der [[Radioaktivität]] beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

== Literatur ==
* David E. Hobart and Joseph R. Peterson: [http://radchem.nevada.edu/classes/rdch710/files/Berkelium.pdf ''Berkelium'']; in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): ''The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements'', Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S.&nbsp;1444–1498 ([[doi:10.1007/1-4020-3598-5_10]]).
* ''[[Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie]]'', System Nr.&nbsp;71, Transurane: Teil&nbsp;A&nbsp;1&nbsp;I, S.&nbsp;38–40; Teil&nbsp;A&nbsp;1&nbsp;II, S.&nbsp;19, 326–336; Teil&nbsp;B&nbsp;1, S.&nbsp;72–76.
* ''The Solution Absorption Spectrum of Bk<sup>3+</sup> and the Crystallography of Berkelium Dioxide, Sesquioxide, Trichloride, Oxychloride, and Trifluoride'', Ph.D. Thesis, Joseph Richard Peterson, October 1967, U. S. Atomic Energy Commission Document Number UCRL-17875 (1967).
* J. R. Peterson, D. E. Hobart: ''The Chemistry of Berkelium''; in: Harry Julius Emeleus (Hrsg.): ''Advances in inorganic chemistry and radiochemistry'', Volume 28, Academic Press, 1984, ISBN 0-12-023628-1, S.&nbsp;29–64 ([[doi:10.1016/S0898-8838(08)60204-4]], {{Google Buch|BuchID=U-YOlLVuV1YC|Seite=29}}).
* G. T. Seaborg (Hrsg.): ''[https://escholarship.org/uc/item/24p9d6qf.pdf Proceedings of the 'Symposium Commemorating the 25th Anniversary of the Discovery of Elements 97 and 98']'', 20.&nbsp;Januar 1975; Report LBL-4366, Juli 1976.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Berkelium|audio=1|video=0}}
{{Wiktionary}}
* {{RömppOnline|ID=RD-02-00987|Name=Berkelium|Abruf=2015-01-03}}
* Amanda Yarnell: [https://pubsapp.acs.org/cen/80th/berkelium.html Berkelium], Chemical & Engineering News, 2003.

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

{{Navigationsleiste Periodensystem}}

{{Exzellent|15. Mai 2011|88834068}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4511718-4|LCCN=sh2012004283}}