97 Bk بركليوم 247*
أكتينيد المستوى الفرعي f الدورة 7 مشعة اصطناعي

بركليوم

Bk · العنصر 97 · أكتينيد

يُنتج بكميات نانوغرام، ويُستخدم أساسًا هدفًا لإنشاء عناصر أثقل منه.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 247 u
التوزيع الإلكتروني[Rn] 5f⁹ 7s²
96Cm كل العناصر الـ118 98Cf

البنية

ذرة بركليوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع بركليوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 14.78 g/cm³ 80%
نقطة الانصهار 1323 K 58%
نقطة الغليان 2900 K 58%
الحرارة النوعية —
الموصلية الحرارية 10 W/m·K 24%

الذرية

نصف القطر الذري 244 pm 79%
نصف القطر التساهمي 168 pm~
نصف قطر فان دير فالس 244 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.3 30%
طاقة التأين 598.2 kJ/mol 32%
الألفة الإلكترونية —

الوجود

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزBk
العدد الذري97
الكتلة الذرية247 u
الفئةأكتينيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةبنية سداسية متراصة
حالات الأكسدة+3, +4
سنة الاكتشاف1949
اكتشفهThompson, Ghiorso & Seaborg

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة بركليوم؟

نصف القطر 244 pm — أي 0.244 nm، ولذلك فإن نحو 2.05 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون بركليوم سائلًا ضمن مجال 1577 K، من 1323 K إلى 2900 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع بركليوم في سلسلة أكتينيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر الأكتينيدات الأخرى

89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr
جميع عناصر الأكتينيدات

القصة

ماهيّة بركليوم وكيف اكتشفناه

يُنتج بكميات نانوغرام، ويُستخدم أساسًا هدفًا لإنشاء عناصر أثقل منه.

اكتشاف بركليوم

فريق اكتشاف مختبر Berkeley

اكتُشف البركليوم في 19 ديسمبر 1949 في جامعة كاليفورنيا، Berkeley، على يد فريق بارع من الكيميائيين النوويين الذين كانوا ينشئون منهجيًا عناصر جديدة تتجاوز اليورانيوم.

فريق الاكتشاف

ضم فريق اكتشاف البركليوم بعض أبرز العلماء النوويين في القرن 20:

  • Glenn T. Seaborg - قائد الفريق والفائز بجائزة نوبل، وقد اكتشف العديد من العناصر عبر اليورانيوم
  • Stanley G. Thompson - خبير في كيمياء الأكتينيدات والفصل الكيميائي الإشعاعي
  • Albert Ghiorso - مصمم بارع للأجهزة وفيزيائي نووي
  • Kenneth Street Jr. - كيميائي إشعاعي متخصص في تحديد العناصر الثقيلة

تجربة السيكلوترون ذي الـ60 بوصة

استخدم الاكتشاف سيكلوترون Berkeley ذي الـ60 بوصة، وهو أحد أقوى مسرّعات الجسيمات في عصره:

  • المادة المستهدفة: أمريكيوم-241 (لم يتوافر سوى 1 ميكروغرام!)
  • المقذوف: نوى الهيليوم-4 (جسيمات ألفا) المسرّعة إلى 35 MeV
  • التفاعل النووي: Am-241 + α → Bk-243 + 2 نيوترونات
  • الكشف: جرى تحديده من خلال نمط اضمحلال ألفا المميز

تحدي التحديد

تطلب تأكيد اكتشاف البركليوم مهارة استثنائية:

  • الكميات الضئيلة: أُنتجت بضعة آلاف فقط من الذرات
  • عمر النصف القصير: يتحلل Bk-243 بعمر نصف يبلغ 4.5 ساعة
  • الفصل الكيميائي: مُيّز من الأكتينيدات الأخرى باستخدام كروماتوغرافيا التبادل الأيوني
  • مطيافية ألفا: أكد توقيع طاقة جسيمات ألفا الفريد العنصر الجديد

الأثر العلمي

كان اكتشاف البركليوم ثوريًا من الناحية العلمية لأنه:

  • أكد التنبؤات المتعلقة ببنية سلسلة الأكتينيدات
  • أثبت إمكانية إنشاء عناصر أثقل من النبتونيوم بصورة منهجية
  • تحقق من النماذج النظرية لبنية القشرة النووية
  • فتح الطريق لاكتشاف عناصر أثقل حتى من ذلك

التقدير والإرث

حظي عمل فريق الاكتشاف بتقدير من خلال العديد من التكريمات:

  • جائزة نوبل في الكيمياء (1951): Glenn Seaborg لاكتشافات العناصر عبر اليورانيوم
  • تسمية العنصر: سُمّي نسبةً إلى Berkeley، كاليفورنيا، حيث اكتُشف
  • الإرث العلمي: رسّخ مختبر Berkeley بوصفه المركز الرائد عالميًا لأبحاث العناصر فائقة الثقل

الاستخدامات

استخدامات بركليوم

تطبيقات البحث

يمثل البركليوم إحدى أصعب الجبهات في البحث النووي، إذ تتجاوز تطبيقاته حدود علم الذرة وفهمنا للمادة نفسها.

أبحاث الفيزياء النووية

يُعد البركليوم خطوة أساسية في تخليق العناصر الأثقل. ويُستخدم نظير Bk-249 مادةً مستهدفةً في مسرّعات الجسيمات لإنشاء العنصر 117 (تينيسين) وما بعده. وتساعد هذه التجارب العلماء على فهم «جزيرة الاستقرار» النظرية، وهي منطقة متوقعة قد توجد فيها العناصر فائقة الثقل لفترات أطول.

دراسات كيمياء الأكتينيدات

على الرغم من ندرته، يوفر البركليوم رؤى فريدة حول كيمياء الأكتينيدات. ويدرس الباحثون حالات أكسدته (أساسًا +3 و+4) لفهم سلوك الإلكترون في سلسلة المدار 5f. وتُعد هذه الدراسات مهمة لتطوير نظريات جديدة حول كيمياء العناصر الثقيلة والتنبؤ بخصائص العناصر غير المكتشفة.

أدوات البحث التعليمية

تُستخدم نظائر البركليوم أدواتٍ تعليميةً في مقررات الكيمياء النووية المتقدمة، وتساعد الطلاب على فهم:

  • عمليات اضمحلال ألفا والاستقرار النووي
  • آليات التقاط الإلكترون
  • تكوّن الأيونات المعقدة في محاليل الأكتينيدات
  • تقنيات الفصل الكيميائي الإشعاعي

التطوير التكنولوجي

يسهم البحث باستخدام البركليوم في تطوير تقنيات نووية متقدمة، بما في ذلك تحسين أساليب:

  • فصل النظائر وتنقيتها
  • معايرة معدات كشف الإشعاع
  • تقنيات معالجة النفايات النووية
  • النمذجة النظرية للعمليات النووية

التطبيقات المستقبلية

مع أن الدراسات تقتصر حاليًا على البحث، فقد تسهم دراسات البركليوم في نهاية المطاف في:

  • تطوير تقنيات جديدة للطاقة النووية
  • تطبيقات متقدمة في علم المواد
  • تحسين فهم التخليق النووي النجمي
  • تجارب الجيل التالي في فيزياء الجسيمات

تطبيقات بحثية محدودة

لا توجد للبركليوم تطبيقات تجارية بسبب ندرته الشديدة، وقِصر عمر النصف، وارتفاع نشاطه الإشعاعي. وتقتصر جميع الاستخدامات على مرافق البحث النووي المتخصصة.

الاستخدامات البحثية الأساسية

  • مادة مستهدفة: يُستخدم Bk-249 هدفًا في مسرّعات الجسيمات لتخليق العناصر فائقة الثقل مثل تينيسين (العنصر 117)
  • الدراسات النووية: دراسة الخصائص النووية وأنماط الاضمحلال وأنماط الاستقرار في سلسلة الأكتينيدات
  • البحث الكيميائي: دراسة كيمياء الأكتينيدات وحالات الأكسدة وتكوّن الأيونات المعقدة
  • معايير المعايرة: يُستخدم بكميات صغيرة للغاية لمعايرة معدات كشف الإشعاع الحساسة

التطبيقات الأكاديمية

  • أبحاث الدراسات العليا: دراسات متقدمة في برامج الكيمياء والفيزياء النووية
  • العمل النظري: التحقق من النماذج النووية والاتجاهات الدورية في العناصر فائقة الثقل
  • العروض التعليمية: توضيح مفاهيم الاستقرار النووي والاضمحلال الإشعاعي

التطبيقات التحليلية

تُستخدم نظائر البركليوم موادَّ مرجعيةً من أجل:

  • معايرة مطيافية الكتلة
  • تقنيات التحليل الكيميائي الإشعاعي
  • قياس المقاطع العرضية للتفاعلات النووية
  • معايير مطيافية ألفا

حجم الإنتاج: لم يُنتج قط أكثر من كميات ميكروغرامية من البركليوم، مما يجعله إحدى أندر المواد على الأرض. ويُقاس الإنتاج العالمي السنوي بالنانوغرامات.

مصدره

الوجود الطبيعي

0 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 0% من العناصر

عنصر اصطناعي بالكامل

لا يوجد البركليوم طبيعيًا على الأرض، بل يجب إنشاؤه اصطناعيًا في المفاعلات النووية أو مسرّعات الجسيمات. وهو يجسد قدرة البشرية على إنشاء أشكال جديدة من المادة لا توجد في الطبيعة.

طرق الإنتاج

الإنتاج في المفاعل النووي: تتضمن الطريقة الأساسية قذف الأمريسيوم-241 بالنيوترونات في مفاعلات نووية ذات تدفق نيوتروني عالٍ:

  • Am-241 + نيوترون → Am-242 → Cm-242 (اضمحلال بيتا)
  • Cm-242 + نيوترون → Cm-243 + نيوترون → Cm-244
  • يؤدي التقاط النيوترونات واضمحلال بيتا اللاحقان في النهاية إلى Bk-249

التخليق باستخدام مسرّع الجسيمات: طريقة بديلة تستخدم قذفًا بأيونات ثقيلة:

  • قذف أهداف الكوريوم بجسيمات ألفا
  • Cm-245 + α → Bk-249 + نيوترونات
  • يتطلب تحكمًا دقيقًا في الطاقة وأنظمة كشف متطورة

العزل والتنقية

يُعد فصل البركليوم صعبًا للغاية بسبب:

  • الكيمياء المتشابهة: خصائص كيميائية متطابقة تقريبًا مع الأكتينيدات الأخرى
  • الكميات الضئيلة: لا تُنتج سوى كميات ميكروغرامية خلال أشهر من تشغيل المفاعل
  • عمر النصف القصير: تتحلل معظم النظائر خلال أيام إلى أشهر
  • الخليط المعقد: يتكوّن إلى جانب العديد من العناصر المشعة الأخرى

مراكز الإنتاج العالمية

لا تستطيع إنتاج البركليوم سوى بضعة مرافق حول العالم:

  • مختبر أوك ريدج الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية): المصدر العالمي الأساسي باستخدام مفاعل النظائر عالي التدفق
  • معهد أبحاث المفاعلات الذرية (روسيا): قدرات إنتاج محدودة
  • معهد لاوي-لانجفان (فرنسا): إنتاج عرضي لأغراض البحث الأوروبي

إجمالي الإنتاج: أُنتج أقل من 1 غرام من البركليوم منذ اكتشافه في 1949

التوافر الحالي: توجد عادةً كمية تقل عن 1 ملليغرام في جميع أنحاء العالم في أي وقت

التعامل

السلامة

بركليوم مشع. لا يملك نظيرًا مستقرًا — تتحلل كل نواة. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.

خطر إشعاعي شديد للغاية

تحذير: البركليوم أحد أخطر المواد المشعة المعروفة للعلم. وهو يشكل مخاطر صحية شديدة للغاية عبر مسارات متعددة، ويتطلب أعلى مستوى من بروتوكولات السلامة.

المخاطر الأساسية

  • إشعاع ألفا: يمكن أن يسبب انبعاث جسيمات ألفا المكثف ضررًا خلويًا شديدًا
  • التلوث الداخلي: خطير للغاية إذا استُنشق أو ابتُلع أو امتصته الجروح
  • التركيز في العظام: يتراكم في العظام والكبد، مسببًا تعرضًا إشعاعيًا طويل الأمد
  • مسرطن: يزيد بدرجة كبيرة خطر الإصابة بسرطان العظام وسرطان الكبد واللوكيميا

تدابير السلامة المطلوبة

  • مستوى الاحتواء: يجب التعامل معه فقط في خلايا ساخنة متخصصة ذات حواجز احتواء متعددة
  • الحماية الشخصية: بدلات حماية كاملة من الإشعاع، وأنظمة هواء مزودة، ومراقبة قياس الجرعات
  • ترشيح الهواء: أنظمة ترشيح HEPA لمنع التلوث المحمول جوًا
  • إدارة النفايات: يجب التعامل مع جميع المواد بوصفها نفايات مشعة عالية المستوى

إجراءات الطوارئ

في حال التعرض للبركليوم أو التلوث به:

  • الإخلاء الفوري: أخلِ المنطقة فورًا واعزل المناطق الملوثة
  • الرعاية الطبية: اطلب علاجًا طبيًا فوريًا من متخصصين في الإشعاع
  • إزالة التلوث: يلزم إجراء إزالة تلوث إشعاعي على يد متخصصين
  • المراقبة: مراقبة صحية طويلة الأمد للأشخاص المتعرضين

القيود القانونية: يخضع البركليوم للتنظيم بوصفه مادة نووية من جانب هيئات الطاقة الذرية الدولية. ولا يجوز التعامل معه إلا في مرافق مرخصة ذات معدات متخصصة وموظفين مدربين.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن بركليوم

ما هو بركليوم؟

بركليوم (رمزه Bk) هو العنصر 97 في الجدول الدوري، وينتمي إلى أكتينيد في الدورة 7. يُنتج بكميات نانوغرام، ويُستخدم أساسًا هدفًا لإنشاء عناصر أثقل منه. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً، وهو مشع.

ما التوزيع الإلكتروني لـ بركليوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـبركليوم هو [Rn] 5f⁹ 7s²، ويشغل 7 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان بركليوم؟

ينصهر بركليوم عند 1323 K (1049.9 °C) ويغلي عند 2900 K (2626.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ بركليوم؟

لا يملك بركليوم أي نظير مستقر، ولذلك لا يملك وزناً ذرياً معيارياً. والرقم المذكور، 247، هو العدد الكتلي لأطول نظائره المعروفة عمراً.

ما كثافة بركليوم؟

تبلغ كثافة بركليوم مقدار 14.78 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من بركليوم أثقل بنحو 14.8×.

ما الكهروسلبية لـ بركليوم؟

تبلغ كهروسلبية بركليوم وفق مقياس باولنغ 1.3. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف بركليوم ومتى؟

اكتُشف بركليوم في 1949 على يد Thompson, Ghiorso & Seaborg. سُمّي على اسم بيركلي، كاليفورنيا.

ما مدى وفرة بركليوم على الأرض؟

لا يوجد بركليوم طبيعيًا على الأرض بأي كمية تُذكر — بل يُنتج في مفاعل أو مُسرّع.

هل بركليوم مشع؟

نعم. لا يوجد لـ بركليوم أي نظير مستقر — إذ تتحلل كل نواته. لا يوجد في الطبيعة بكميات قابلة للاستخدام، ويجب تصنيعه.

→ السابق Cm كوريوم العنصر 96 · أكتينيد التالي ← Cf كاليفورنيوم العنصر 98 · أكتينيد