30th Νοέμβριος 2020

ScienceLab.Gr

Science Communication

Μπερκέλιο

Το Μπερκέλιο πήρε το όνομά του από το Μπέρκλεϊ, την πόλη της Καλιφόρνιας όπου ανακαλύφθηκε, και είναι από τα σπανιότερα στοιχεία στη Γη: μπορείτε να το δείτε μόνο μέσα σε ένα κύκλοτρον, και συνήθως για πολύ λίγο.

Η ιστορία ανακάλυψης του στοιχείου

Όταν έφθανε στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ ο 27χρονος καθηγητής Φυσικής Έρνεστ Ορλάντο Λόρενς, το καλοκαίρι του 1928, είχε πεισθεί να αφήσει πίσω του μια αντίστοιχη θέση στο φημισμένο Γέιλ γιατί είχε την όρεξη να δουλέψει όχι απομονωμένος από τους συναδέλφους του των άλλων επιστημών αλλά, αντίθετα, σε άμεση συνεργασία με χημικούς, βιολόγους και μηχανικούς, κάτι που δεν συνηθιζόταν τότε παντού.

Και ήξερε ακριβώς τι ήθελε να φτιάξει: μια συσκευή όπου πρώτα διάφορα φορτισμένα σωματίδια θα επιταχύνονταν ακολουθώντας επίπεδες σπειροειδείς τροχιές κάτω από την επίδραση τεράστιων μαγνητών και όταν θα είχαν αποκτήσει την κατάλληλη ορμή θα αφήνονταν να ακολουθήσουν ευθύγραμμη τροχιά, όπως κάνει ο δισκοβόλος μετά τις απαραίτητες περιστροφές, για να πέσουν επάνω σε πυρήνες-στόχους και από τη σύγκρουση να προκύψουν νέα αξιοπρόσεκτα άτομα και ανεξάρτητα στοιχειώδη σωμάτια. Η συσκευή ονομάστηκε κύκλοτρον. Από τις γνωριμίες του κατάφερνε να αποκτά ακριβώς ό,τι χρειαζόταν. Ενας καθηγητής χημικός του προμήθευσε δευτέριο, ιδανικό τότε βλήμα για τους αντίστοιχους στόχους, και ένας μηχανικός μαγνήτη 80 τόνων, απαραίτητο για την επιτάχυνση και την καθοδήγηση των σωματιδίων. Το πρώτο λοιπόν κύκλοτρον είχε διάμετρο μόλις 5 ίντσες (= 12,5 εκατοστά) και έδινε στην έξοδο σωματίδια με ενέργεια γύρω στα 80.000 eV (ηλεκτρόνιο-βολτ).

Η συνέχεια δικαίωσε τον Λόρενς σε όλα. Περισσότεροι επιστήμονες από διάφορες ειδικότητες συνεργάστηκαν, χημεία και βιολογία ωφελήθηκαν πολλαπλά, ο ίδιος το 1939 τιμήθηκε με το Νομπέλ Φυσικής ακριβώς για το μηχάνημα που είχε προωθήσει, αν και η αρχική ιδέα ανήκε σε έναν νορβηγό μηχανικό, και τη χρονιά εκείνη εγκαινιάστηκε ένα κύκλοτρον που μόνο ο μαγνήτης του ζύγιζε πλέον 220 τόνους. Στην επόμενη δεκαετία το κύκλοτρον αποδείχθηκε πως ήταν και μια μηχανή που «γεννούσε» βραβεία Νομπέλ. Διότι η ύπαρξη αρκετών χημικών στοιχείων αποδείχθηκε χάρη σ’ αυτήν. Στις 19 Δεκεμβρίου 1949 οι Τόμσον, Γκιόρσο και Σίμποργκ, βομβαρδίζοντας 7 χιλιοστά του γραμμαρίου από καθαρό αμερίκιο-241 με ιόντα ηλίου για αρκετές ώρες και περνώντας τον στόχο από την καθιερωμένη ήδη και τότε επεξεργασία με το όνομα «ανταλλαγή ιόντων», κατάφεραν να δημιουργήσουν μια μικρή ποσότητα από το νέο στοιχείο που ονομάστηκε τελικά μπερκέλιο-243 με χρόνο ημιζωής μόλις 5 ωρών.

Χρειάστηκε να περάσουν εννέα ακόμη χρόνια για να έχουν δημιουργηθεί μερικά εκατομμυριοστά του γραμμαρίου και να μπορούν να βλέπουν πώς φαίνεται αυτό το στοιχείο κάτω από το ηλιακό φως. Το 1962, σχεδόν 20 χρόνια μετά, είχαμε και την πρώτη ένωση, το διοξείδιο του μπερκελίου (BkO2).

Είναι φανερό ότι το 1949 οι ερευνητές των χημικών στοιχείων που δεν είχαν ακόμη βρεθεί ήξεραν σίγουρα και ακριβώς τη θέση όσων στοιχείων έψαχναν. Έτσι δημιουργώντας κυριολεκτικά το νέο στοιχείο οι τρεις επιστήμονες το τοποθέτησαν κάτω από το στοιχείο τέρβιο. Αυτό όμως είχε πάρει το όνομά του από την τοποθεσία Ytterby, λίγο πιο έξω από τη Στοκχόλμη, την πρωτεύουσα της Σουηδίας. Ετσι θεώρησαν φυσικό το να ονομαστεί το «τέκνο» του κυκλότρου από την πόλη όπου δημιουργήθηκε. Και η πόλη αυτή της Καλιφόρνιας είχε πάρει το όνομά της από έναν διάσημο ιρλανδό επίσκοπο, τον Τζορτζ Μπέρκλεϊ, γεννημένο το 1685 στην ιρλανδική πόλη Κίλκενι.

Πρόκειται για μεταλλικό ραδιενεργό στοιχείο που ανήκει στην ομάδα των ακτινιδών και ειδικότερα στα λεγόμενα υπερουράνια στοιχεία, δηλαδή στοιχεία που είναι στον πίνακα μετά το στοιχείο ουράνιο. Χαρακτηριστικό τους γνώρισμα είναι το ότι όλα συμπεριφέρονται ως ραδιενεργά. Επίσης ανακαλύφθηκε η πιθανότητα ύπαρξής τους πρώτα μέσα στο εργαστήριο και αργότερα διατυπώθηκε η άποψη ότι πρέπει να προέκυψαν κάποτε και αυθόρμητα μέσα από πυρηνικές συλλήψεις νετρονίων και εκπομπή ακτινοβολίας-β. Τέλος, ο χρόνος ημιζωής τους δείχνει μια σαφή τάση μείωσης καθώς απομακρυνόμαστε από το ουράνιο πηγαίνοντας προς μεγαλύτερους ατομικούς αριθμούς. Όλα αυτά παράγονται δύσκολα και η τιμή τους αυξάνεται επίσης καθώς αυξάνεται ο ατομικός τους αριθμός.

Σήμερα το μπερκέλιο, από ό,τι τουλάχιστον είναι γνωστό σε σχέση με την ανοιχτή επιστήμη, υπάρχει σε μικροποσότητες και χρησιμοποιείται στην έρευνα. Το ισότοπο μπερκέλιο-249 με τις 330 ημέρες χρόνο ημιζωής προσφέρεται ως στόχος για τη σύνθεση και στη συνέχεια τη μελέτη βαρύτερων ατόμων.

Ταυτότητα Φυσικά χαρακτηριστικά
Όνομα Μπερκέλιο Κρυσταλλικό πλέγμα εξαγωνικό
Σύμβολο Bk Σημείο τήξης 986°C
Ατομικός αριθμός (Ζ) 97 Σημείο βρασμού 2627°C
Κατηγορία Ακτινίδες Πυκνότητα alpha 14,78 g/cm3

beta 13,25 g/cm3

Θέση στον Περιοδικό Πίνακα ακτινίδες, 7η περίοδος, τομέας f Θερμική αγωγιμότητα 10 W/m*K
Σχετική ατομική μάζα (Ar) 247
Ηλεκτρονική διαμόρφωση [86Rn] 5f9 7s2

Με πληροφορίες από: tovima.gr | chemist.gr