97 Bk 锫 247*
锕系元素 f-block Period 7 Radioactive Synthetic

锫

Bk · Element 97

Made in nanogram quantities and used mainly as a target for creating even heavier elements.

20°C时的状态 固态
原子量 247 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f⁹ 7s²
96Cm All 118 98Cf

结构

锫 原子

这不是环上点阵的示意图，而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号，这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示锫在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 14.78 g/cm³ 80%
熔点 1323 K 58%
沸点 2900 K 58%
比热容 —
热导率 10 W/m·K 24%

原子

原子半径 244 pm 79%
共价半径 168 pm~
范德华半径 244 pm

电子

电负性 1.3 30%
电离能 598.2 kJ/mol 32%
电子亲和能 —

存在

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Bk
原子序数97
原子量247 u
类别锕系元素
区f
晶体结构六方密排
氧化态+3, +4
发现时间1949
发现者Thompson, Ghiorso & Seaborg

来源：IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值，而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 锫 atom?

Radius 244 pm — that is 0.244 nm, so about 2049 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

锫 is liquid over a 1577 K window, from 1323 K to 2900 K.

所在位置

在表中的位置

锫 sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER 锕系元素

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

故事

锫 是什么，以及我们如何发现它

Made in nanogram quantities and used mainly as a target for creating even heavier elements.

The discovery of 锫

Berkeley Lab 发现团队

锫于1949年12月19日在加利福尼亚大学伯克利分校被发现，发现者是一支杰出的核化学家团队，他们一直在系统地创造铀以外的新元素。

发现团队

锫发现团队包括20世纪最杰出的核科学家：

  • Glenn T. Seaborg——团队负责人和诺贝尔奖得主，发现了多种超铀元素
  • Stanley G. Thompson——锕系元素化学和放射化学分离专家
  • Albert Ghiorso——富有创造力的仪器设计师和核物理学家
  • Kenneth Street Jr.——专门从事重元素鉴定的放射化学家

60英寸回旋加速器实验

这项发现使用了Berkeley的60英寸回旋加速器，它是当时功能最强大的粒子加速器之一：

  • 靶材料：镅-241（仅有1微克可用！）
  • 入射粒子：氦-4原子核（α粒子），加速至35 MeV
  • 核反应：Am-241 + α → Bk-243 + 2个中子
  • 检测：通过特征α衰变模式进行鉴定

鉴定挑战

确认锫的发现需要非凡的技术：

  • 数量极少：只生成了几千个原子
  • 半衰期短：Bk-243的半衰期为4.5小时
  • 化学分离：通过离子交换色谱法将其与其他锕系元素区分开
  • α能谱：独特的α粒子能量特征证实了这一新元素

科学影响

锫的发现具有科学革命性，因为它：

  • 证实了关于锕系元素系列结构的预测
  • 证明了可以系统地制造比镎更重的元素
  • 验证了核壳层结构的理论模型
  • 为发现更重的元素开辟了道路

荣誉与影响

发现团队的工作获得了众多荣誉：

  • 1951年诺贝尔化学奖：授予Glenn Seaborg，以表彰其超铀元素发现
  • 元素命名：以发现地加利福尼亚州伯克利命名
  • 科学影响：确立了Berkeley Lab作为世界领先的超重元素研究中心的地位

应用

锫的用途

研究应用

锫代表着核研究中最具挑战性的前沿之一，其应用推动着原子科学的发展，也拓展了我们对物质本身的理解。

核物理研究

锫是合成更重元素的重要 stepping stone。Bk-249 同位素被用作粒子加速器中的靶材料，以制造117号元素（鿬）及更重元素。这些实验帮助科学家理解理论上的“稳定岛”——一个预测中超重元素可能存在更长时间的区域。

锕系元素化学研究

尽管锫非常稀有，但它为锕系元素化学提供了独特的认识。研究人员研究其氧化态（主要为+3和+4），以了解5f轨道系列中的电子行为。这些研究对于建立重元素化学的新理论以及预测尚未发现元素的性质至关重要。

教育研究工具

锫同位素被用作高级核化学课程中的教育工具，帮助学生理解：

  • α衰变过程和核稳定性
  • 电子俘获机制
  • 锕系元素溶液中的复杂离子形成
  • 放射化学分离技术

技术开发

锫研究有助于先进核技术的发展，包括改进以下方法：

  • 同位素分离和纯化
  • 辐射检测设备校准
  • 核废料处理技术
  • 核过程的理论建模

未来应用

虽然目前仅限于研究，但锫研究最终可能有助于：

  • 开发新的核能技术
  • 先进材料科学应用
  • 增进对恒星核合成的理解
  • 新一代粒子物理实验

有限的研究应用

由于极度稀有、半衰期短且具有高放射性，锫没有商业应用。所有用途都局限于专门的核研究设施。

主要研究用途

  • 靶材料：Bk-249被用作粒子加速器中的靶，以合成鿬（117号元素）等超重元素
  • 核研究：研究锕系元素系列中的核性质、衰变模式和稳定性规律
  • 化学研究：研究锕系元素化学、氧化态和复杂离子形成
  • 校准标准：以极微量用于校准灵敏的辐射检测设备

学术应用

  • 研究生研究：核化学和核物理项目中的高级研究
  • 理论工作：验证超重元素的核模型和周期性趋势
  • 教学演示：说明核稳定性和放射性衰变的概念

分析应用

锫同位素可作为以下方面的参考材料：

  • 质谱法校准
  • 放射化学分析技术
  • 核反应截面测量
  • α能谱标准

生产规模：迄今为止生产的锫总量只有微克级，使其成为地球上最稀有的物质之一。全球年产量以纳克计。

来源

自然存在

0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements

完全人工合成的元素

锫不在地球上自然存在，必须在核反应堆或粒子加速器中人工制造。它体现了人类创造自然界中不存在的新物质形态的能力。

生产方法

核反应堆生产：主要方法是在高通量核反应堆中用中子轰击镅-241：

  • Am-241 + 中子 → Am-242 → Cm-242（β衰变）
  • Cm-242 + 中子 → Cm-243 + 中子 → Cm-244
  • 进一步的中子俘获和β衰变最终生成Bk-249

粒子加速器合成：使用重离子轰击的替代方法：

  • 用α粒子轰击锔靶
  • Cm-245 + α → Bk-249 + 中子
  • 需要精确的能量控制和复杂的检测系统

分离和纯化

锫的分离极具挑战性，原因包括：

  • 化学性质相似：与其他锕系元素的化学性质几乎相同
  • 数量极少：反应堆运行数月只能产生微克级数量
  • 半衰期短：大多数同位素会在数天至数月内衰变
  • 复杂混合物：会与许多其他放射性元素同时生成

全球生产中心

全球只有少数设施能够生产锫：

  • 橡树岭国家实验室（美国）：使用高通量同位素反应堆的全球主要来源
  • 原子反应堆研究所（俄罗斯）：生产能力有限
  • 劳厄-朗之万研究所（法国）：偶尔为欧洲研究生产

总产量：自1949年发现以来，生产的锫总量不足1克

当前可获得量：在任意时刻，全球通常存在的锫少于1毫克

处理

安全

锫 具有放射性。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 处理时需要适当的屏蔽和许可。

极端辐射危害

警告：锫是科学界已知最危险的放射性材料之一。它可通过多种途径造成极大的健康风险，需要最高级别的安全规程。

主要危害

  • α辐射：强烈的α粒子发射可造成严重的细胞损伤
  • 体内污染：吸入、摄入或通过伤口吸收时极其危险
  • 骨骼富集：会在骨骼和肝脏中积累，造成长期辐射暴露
  • 致癌性：会显著增加骨癌、肝癌和白血病的风险

必需的安全措施

  • 隔离等级：只能在配备多重隔离屏障的专用热室中操作
  • 个人防护：全套辐射防护服、供气系统和剂量监测
  • 空气过滤：使用HEPA过滤系统防止空气传播污染
  • 废物管理：所有材料都必须按高放射性废物处理

应急程序

如果发生锫暴露或污染：

  • 立即疏散：立即清空该区域并封锁受污染区域
  • 医疗救治：立即寻求放射性专业人员的医疗救治
  • 去污：必须进行专业的放射性去污
  • 监测：对暴露人员进行长期健康监测

法律限制：锫由国际原子能机构按照核材料进行监管。只有配备专用设备并拥有受训人员的许可设施才能操作锫。

快速回答

锫：常见问题

What is 锫?

锫 (symbol Bk) is element 97 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. Made in nanogram quantities and used mainly as a target for creating even heavier elements. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of 锫?

锫's ground-state electron configuration is [Rn] 5f⁹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 27, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 锫?

锫 melts at 1323 K (1049.9 °C) and boils at 2900 K (2626.9 °C).

What is the atomic mass of 锫?

锫 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 247, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is 锫?

锫 has a density of 14.78 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 锫 is about 14.8× heavier.

What is the electronegativity of 锫?

锫 has a Pauling electronegativity of 1.3. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered 锫, and when?

锫 was discovered in 1949 by Thompson, Ghiorso & Seaborg. It is named after berkeley, California.

How common is 锫 on Earth?

锫 does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is 锫 radioactive?

Yes. 锫 has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.

← 上一个 Cm Curium Element 96 · Actinide 下一个 → Cf Californium Element 98 · Actinide