El berkelio es un elemento químico cuyo símbolo es Bk. Pertenece a la clase de los actínidos, siendo su octavo miembro. Su número atómico es 97. Se trata de un sólido metálico sintético. Este elemento no se encuentra de forma natural sobre la corteza terrestre. Está presente en pequeñas cantidades en combustibles nucleares gastados y presenta un brillo plateado.
También hay pequeñas cantidades dispersadas en el ambiente por las pruebas de las armas nucleares, por los accidentes graves en instalaciones de energía atómica como Chernobyl y por la liberación que ocurre a partir de los desechos provenientes de las plantas de energía nuclear.
No se ha encontrado una utilidad práctica para el berkelio, debido a que se produce en muy pequeñas cantidades y al hecho de que todos sus isótopos (átomos de Bk con diferente número de neutrones en el núcleo) son radiactivos. Su principal aplicación hasta ahora ha sido en estudios científicos.
Aunque sus isótopos son producidos artificialmente en laboratorios especiales y son manejados por personal experto, debe tenerse siempre en cuenta los daños que puede causar la peligrosa radiación que emiten.
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Nomenclatura
- Berkelio, símbolo Bk.
- Berkelio-243, Bk-243 o 243Bk: isótopo del berkelio con masa atómica 243.
Descubrimiento
Fue producido por primera vez en 1949 por los científicos Glen Seaborg, Stanley G. Thompson y Al Ghiorso en la Universidad Berkeley de California, cuando bombardearon el americio-241 con partículas alfa de alta energía utilizando un ciclotrón (un acelerador de partículas).
Inmediatamente después de la irradiación el material se disolvió adecuadamente y se hizo pasar a través de una columna de resina de intercambio iónico, empleando como eluyente una solución de citrato de amonio.
De esta forma obtuvieron un isótopo del elemento número 97 con masa atómica de 243, que emite partículas alfa y posee una vida media de 4,5 horas.
Nombre del elemento
Al principio varios investigadores propusieron que el elemento tomara el nombre de uno de sus descubridores, Glen Seaborg, pues este tenía el mérito de haber logrado sintetizar 10 elementos en varios años de trabajo.
Sin embargo, la organización oficial Unión Internacional de Química Pura y Aplicada o IUPAC (siglas del inglés International Union of Pure and Applied Chemistry) decidió asignarle el nombre “berkelio” por haber sido obtenido en la universidad y ciudad de Berkeley (California).
El nombre Berkeley proviene del filósofo angloirlandés George Barkeley, nombre cuya pronunciación cambió luego en Estados Unidos cuando se fundó la ciudad y la universidad en 1869.
Ese casualmente fue el año en que Dmitri Mendeléyev publicó su primera tabla periódica y comenzó a predecir la existencia de nuevos elementos como el berkelio.
Estructura electrónica
Su configuración electrónica es:
1s2; 2s2 2p6; 3s2 3p6 3d10; 4s2 4p6 4d10 4f14; 5s2 5p6 5d10; 6s2 6p6; 5f9 7s2,
o en forma compacta:
[Rn] 5f9 7s2.
Obtención
La primera muestra del metal se preparó en 1969 mediante una reacción de reducción del fluoruro (BkF3) con metal litio (Li) a una temperatura de 1300 K.
Para preparar láminas delgadas del metal se reduce el óxido BkO2 con torio (Th) o lantano (La) metálico.
Propiedades físicas del berkelio
Estado físico
Sólido metálico de apariencia plateada.
El metal berkelio tiene dos formas cristalinas: alfa (hexagonal doble compacta) y beta (cúbica centrada en las caras).
Masa atómica
247
Punto de fusión
1050 ºC (forma alfa)
986 °C (forma beta)
Punto de ebullición
2627 ºC
Densidad
14,78 g/cm3 (forma alfa)
13,25 g/cm3 (forma beta)
Paramagnetismo
Según algunas fuentes ciertos compuestos de berkelio muestran propiedades paramagnéticas, lo que significa que son atraídos por los campos magnéticos.
Esta característica es de tipo paramagnética porque al suspender la acción magnética el material no logra mantener tales propiedades por sí solo.
Propiedades químicas
A temperaturas elevadas el berkelio metálico se oxida rápidamente en aire u oxígeno, formando sus óxidos. Es fácilmente soluble en ácidos minerales, liberando gas hidrógeno H2 y formando iones Bk3+.
Estados de oxidación
Las investigaciones iniciales de este elemento se limitaron a experimentos de intercambio iónico y coprecipitación, con los que se logró observar que el estado de oxidación +3 es estable y el +4 es accesible en solución acuosa, pues el Bk3+ puede ser oxidado por el ion bromato (BrO4–) para dar Bk4+.
Estabilización del Bk4+
En 2017 se reportó la estabilización del Bk4+ en solución utilizando el compuesto formado por grupos hidroxipiridinona unidos a una estructura de poliamina (llamado ligando 3,4,3-LI(1,2-HOPO)).
Este compuesto posee ocho lugares en donde el ion se une, que corresponden a los átomos de oxígeno de los grupos C=O y N-OH, quedando el Bk4+ unido firmemente al ligando, permaneciendo estable.
Compuestos sólidos
El Bk4+ puede coprecipitar con cerio (Ce4+) o zirconio (Zr4+) en forma de fosfato o yodato. También puede ser extraído en soluciones de hexano de bis(2-etilhexil)hidrogenofosfato u otro agente acomplejante similar.
El primer compuesto de berkelio que se produjo en cantidades visibles fue el cloruro (BkCl3), del cual se obtuvieron 0,000000003 gramos en 1962. Desde entonces varios compuestos del berkelio que se han podido preparar y estudiar.
Se pueden mencionar por ejemplo el fosfato (BkPO4), el oxicloruro (BkOCl), los fluoruros (BkF3 y BkF4), el dióxido (BkO2), el trióxido (Bk2O3), los yodatos (Bk(IO3)3 y Bk(IO3)4), el clorohidrato [BkCl2(H2O)6]Cl, el oxalato, compuestos organometálicos y compuestos de coordinación, entre otros.
Nuevo estado de oxidación +5
En 2018 un grupo de investigadores de varios países logró producir un complejo de nitrato con berkelio pentavalente (Bk5+) cuya fórmula es BkO2(NO3)2–, mediante la eliminación de dos moléculas de NO2 del ion Bk(NO3)4–, (Bk3+).
Cálculos computacionales de energía confirmaron que el estado de oxidación +5 es el que posee mayor estabilidad en este complejo de nitrato de berkenilo, siendo por tanto el más probable.
Isótopos
Del berkelio se han podido sintetizar 14 isótopos con masas atómicas desde 238 hasta 251. Todos son radiactivos.
El más estable es el berkelio-247, cuya vida media es de 1380 años. Cada átomo de este isótopo cuando se desintegra emite una partícula alfa y forma un átomo de americio-243.
El Bk-249 tiene una vida media de 330 días, sufre decaimiento beta y se convierte en californio-249.
Usos
Dado que solo se han podido obtener muy pequeñas cantidades de este elemento, tiene uso únicamente en la investigación científica básica.
En la obtención de elementos más pesados
El isótopo Bk-249 tiene una vida media relativamente larga y es posible obtenerlo en cantidades de microgramos, por lo que se utiliza para sintetizar elementos más pesados mediante el bombardeo de sus átomos con partículas cargadas.
En estudios fisicoquímicos
Las investigaciones realizadas con el Bk permiten realizar extrapolaciones más precisas acerca de las propiedades y comportamiento de otros elementos que le siguen en la serie de los actínidos, pues los elementos más pesados son más difíciles de obtener, poseen vidas medias muy cortas y son mucho más radiactivos.
Riesgos
El berkelio es un elemento radiactivo. La liberación de radiactividad en el ambiente puede alcanzar todas las especies de animales y plantas causando daño en ellas. El deterioro puede acumularse en las sucesivas generaciones.
Referencias
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