97 锫伯克利的元素

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2020/2/26
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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
色・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
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[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.
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[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