Berkelium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Das langlebigste Isotop, Berkelium-247, hat eine Halbwertszeit von rund 1400 Jahren. Das ist winzig neben dem Alter der Erde, ursprüngliches Berkelium wäre deshalb längst zerfallen. Für die Forschung ist Berkelium-249 wichtiger, dessen Halbwertszeit knapp ein Jahr beträgt.

Seaborg, Ghiorso und Thompson beschossen 1949 in einem Zyklotron Americium-241 mit Alphateilchen und erhielten Berkelium-243. Die Menge war unsichtbar klein. Das neue Element erkannte man an seiner Strahlung und an seinem Verhalten im Ionenaustauscher, einer Trennsäule, die chemisch ähnliche Stoffe nacheinander freigibt. Für den Namen gab es ein Vorbild: Das Terbium, das in der Tabelle über Berkelium steht, trägt den Namen des schwedischen Ortes Ytterby. Berkelium wurde entsprechend nach dem Ort seiner Entdeckung benannt.

Heute stellt man es im Hochflussreaktor des Oak Ridge National Laboratory her. Dort setzt man Curium über Monate einem starken Neutronenstrom aus. Die Kerne fangen nacheinander Neutronen ein und wandeln sich durch Betazerfälle in schwerere Elemente um, am Ende steht unter anderem Berkelium-249. Chemiker trennen es danach in abgeschirmten Kammern ab. Eine Produktionskampagne liefert nur wenige Milligramm, und nur sehr wenige Anlagen weltweit können das.

Eigenschaften und Reaktionen

Berkelium steht in Periode 7 und ist das neunte Actinoid, in der Actinoiden-Zeile zwischen Curium links und Californium rechts. Darüber, in der Lanthanoiden-Zeile, steht das Terbium. Im Grundzustand hat das Atom die Konfiguration [Rn] 5f⁹ 7s². Die Elektronegativität von 1,3 ist ein Schätzwert, die Dichte liegt bei 14 g/cm³. Auch der Schmelzpunkt von 1050 °C ist nur eine Näherung, weil immer nur winzige Metallproben zur Verfügung standen. Als Atommasse gilt 247 u, die Massenzahl von Berkelium-247.

Berkelium-Metall ist silbrig und reagiert mit Sauerstoff und mit Säuren. In Verbindungen ist die Oxidationsstufe plus drei die Regel. Eine Besonderheit ist, dass vierwertiges Berkelium ungewöhnlich beständig ist, etwa im Dioxid BkO₂. Das Ion Bk⁴⁺ besitzt eine halb gefüllte 5f-Schale mit sieben Elektronen, und eine solche Anordnung ist besonders stabil. Das Terbium darüber zeigt ein ähnliches Verhalten, sein Ion Tb⁴⁺ hat eine halb gefüllte 4f-Schale.

Berkelium-249 sendet nur energiearme Betastrahlung aus und strahlt daher schwach. Sein Zerfallsprodukt Californium-249 dagegen gibt Alpha- und Gammastrahlung ab, eine Probe wird also mit der Zeit strahlungsstärker. Gelangt Berkelium in den Körper, lagert es sich vor allem im Skelett ab. Man handhabt es deshalb nur in geschlossenen, abgeschirmten Anlagen.

Forschung und Herstellung

Im Alltag spielt Berkelium keine Rolle. Berühmt wurde Berkelium-249 als Zielmaterial für ein neues Element. Im Jahr 2009 lieferte Oak Ridge eine Probe von gut zwanzig Milligramm an das Vereinigte Institut für Kernforschung im russischen Dubna. Das Material musste rasch eingesetzt werden, denn wegen der Halbwertszeit wandelte sich schon ein Teil unterwegs in Californium-249 um.

Forscher aus Russland und den USA beschossen die Probe mit Calcium-48-Ionen. Beim Verschmelzen der Kerne entstanden ab Mitte 2009 einzelne Atome des Elements 117, das später den Namen Tenness erhielt, nach dem Bundesstaat von Oak Ridge. Die Protonenzahlen von Berkelium und Calcium ergeben zusammen genau die des neuen Elements.

Darüber hinaus dient Berkelium der Grundlagenforschung. Seine vierwertige Chemie liefert Vergleichswerte, an denen man prüft, wie sich die Bindungsverhältnisse entlang der Actinoiden-Reihe verändern.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Berkelium (Bk)?

Häufige Fragen