مقدمة
البركليوم هو عنصر كيميائي اصطناعي مشع، ينتمي إلى سلسلة الأكتينيدات في الجدول الدوري. يحمل الرمز الكيميائي Bk ورقمه الذري 97. تم إنتاجه لأول مرة في عام 1949 في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ومن هنا اشتق اسمه. نظرًا لندرته الشديدة وإشعاعه العالي، فإن للبركليوم استخدامات محدودة للغاية، وتقتصر بشكل أساسي على البحوث العلمية.
اكتشاف البركليوم
تم اكتشاف البركليوم في ديسمبر 1949 بواسطة فريق بقيادة جلين سيبورج، ألبرت جيورسو، وستانلي جي. طومسون في جامعة كاليفورنيا، بيركلي. تم إنتاج نظير البركليوم-243 (243Bk) عن طريق قصف الأمريسيوم-241 بجسيمات ألفا (أيونات الهيليوم) في مسرع دوراني (سيكلوترون) قطره 60 بوصة.
معادلة التفاعل النووي هي:
241Am + 4He → 243Bk + 2 1n
بعد إنتاجه، تم فصل البركليوم عن الأمريسيوم ومنتجات الانشطار الأخرى باستخدام تقنيات تبادل أيوني. كان هذا الاكتشاف جزءًا من سلسلة من العناصر عبر اليورانيوم التي تم تصنيعها في بيركلي خلال الحرب الباردة.
خصائص البركليوم
البركليوم عنصر مشع للغاية، وجميع نظائره غير مستقرة. فيما يلي بعض الخصائص الهامة للبركليوم:
- الرمز الذري: Bk
- العدد الذري: 97
- الوزن الذري القياسي: [247] وحدة كتل ذرية
- التوزيع الإلكتروني: [Rn] 5f9 7s2
- حالات الأكسدة: +3, +4 (الأكثر شيوعًا +3)
- الكثافة: مقدرة بحوالي 14.78 جم/سم3
- نقطة الانصهار: مقدرة بحوالي 986 درجة مئوية (1807 درجة فهرنهايت)
نظائر البركليوم
البركليوم له العديد من النظائر المشعة، وأكثرها استقرارًا هو البركليوم-247 (247Bk) الذي يبلغ عمر النصف له 1380 عامًا. النظائر الأخرى تشمل:
- بركليوم-249 (249Bk): عمر النصف 330 يومًا. هذا النظير مهم لأنه يستخدم كهدف لإنتاج عناصر أثقل.
- بركليوم-245 (245Bk): عمر النصف 4.94 أيام.
- بركليوم-246 (246Bk): عمر النصف 1.8 يوم.
تتحلل نظائر البركليوم من خلال طرق مختلفة، بما في ذلك الانحلال ألفا، والانحلال بيتا، والتقاط الإلكترون، والانشطار التلقائي.
إنتاج البركليوم
يتم إنتاج البركليوم بكميات صغيرة جدًا في المفاعلات النووية عالية التدفق. تبدأ العملية عادةً بقصف نظائر البلوتونيوم بالنيوترونات لإنتاج الأمريسيوم والكوريوم، والتي يتم بعد ذلك قصفها بالنيوترونات لإنتاج البركليوم.
على سبيل المثال، يمكن إنتاج البركليوم-249 عن طريق سلسلة من التقاط النيوترونات والانحلال بيتا من الكوريوم-244 (244Cm):
244Cm (n, γ) 245Cm (n, γ) 246Cm (n, γ) 247Cm (n, γ) 248Cm (β–) 248Bk (β–) 249Cf (α) 245Cm
بعد الإنتاج، يتم فصل البركليوم عن المواد الأخرى باستخدام تقنيات كيميائية معقدة، بما في ذلك طرق الترسيب والاستخلاص بالمذيبات والتبادل الأيوني.
مركبات البركليوم
نظرًا لندرته الشديدة وإشعاعه، لم يتم دراسة مركبات البركليوم على نطاق واسع. ومع ذلك، تم تحضير ودراسة عدد قليل من المركبات، بما في ذلك:
- ثلاثي فلوريد البركليوم (BkF3): مادة صلبة خضراء، يتم تحضيرها عن طريق تفاعل البركليوم مع فلوريد الهيدروجين أو فلوريد ثنائي الأكسجين عند درجات حرارة عالية.
- ثنائي أكسيد البركليوم (BkO2): مادة صلبة سوداء، تتشكل عن طريق حرق البركليوم المعدني في الهواء.
- كلوريد البركليوم (BkCl3): مادة صلبة خضراء، يتم تحضيرها عن طريق تفاعل البركليوم مع كلوريد الهيدروجين.
تظهر مركبات البركليوم سلوكًا كيميائيًا مشابهًا لعناصر الأكتينيدات الأخرى، وخاصة الكوريوم والكاليفورنيوم.
تطبيقات البركليوم
بسبب ندرته الشديدة وإشعاعه العالي، فإن للبركليوم تطبيقات محدودة للغاية. استخدامه الرئيسي هو في البحوث العلمية، وخاصة في دراسة العناصر عبر اليورانيوم الأخرى. على سبيل المثال، تم استخدام البركليوم-249 كهدف لإنتاج عنصر التينيسيوم (Tennessine)، وهو عنصر اصطناعي أثقل.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام البركليوم في:
- دراسة الخصائص الأساسية للعناصر الثقيلة: يساعد في فهم التركيب النووي والخصائص الكيميائية للعناصر الموجودة في نهاية الجدول الدوري.
- إنتاج نظائر مشعة أخرى: يمكن أن يكون بمثابة مادة بادئة لإنتاج نظائر مشعة أخرى ذات تطبيقات محددة.
المخاطر الصحية والسلامة
البركليوم مادة مشعة للغاية، وبالتالي يشكل مخاطر صحية كبيرة. يمكن أن يؤدي التعرض للإشعاع الناتج عن البركليوم إلى:
- تلف الخلايا والأنسجة: يمكن أن يتسبب الإشعاع في تلف الحمض النووي والخلايا، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان.
- التسمم الإشعاعي: يمكن أن يؤدي التعرض لكميات كبيرة من الإشعاع إلى التسمم الإشعاعي، مما يسبب مجموعة متنوعة من الأعراض، بما في ذلك الغثيان والقيء وفقدان الشعر وحتى الموت.
- التلوث البيئي: يمكن أن يلوث البركليوم البيئة إذا تم إطلاقه في الهواء أو الماء أو التربة.
يجب التعامل مع البركليوم بحذر شديد باستخدام معدات واقية مناسبة واتباع بروتوكولات السلامة الصارمة. يجب أن يتم تخزينه والتخلص منه بطريقة آمنة لمنع التلوث البيئي والتعرض البشري.
وجود البركليوم في الطبيعة
البركليوم عنصر اصطناعي، مما يعني أنه لا يوجد بشكل طبيعي في البيئة. يتم إنتاجه فقط في المفاعلات النووية ومختبرات البحوث. نظرًا لعدم استقراره الشديد، فإنه يتحلل بسرعة إلى عناصر أخرى.
الكيمياء الحيوية للبركليوم
بسبب ندرة البركليوم وإشعاعيته العالية، لا توجد دراسات واسعة النطاق حول الكيمياء الحيوية للبركليوم في الكائنات الحية. من المتوقع أن يتصرف البركليوم بشكل مشابه لعناصر الأكتينيدات الأخرى في الأنظمة البيولوجية، حيث يميل إلى التراكم في العظام.
أظهرت الدراسات التي أجريت على حيوانات التجارب أن البركليوم يمكن أن يتم امتصاصه عن طريق الجهاز الهضمي والرئتين والجلد. بمجرد دخوله الجسم، يتركز في العظام والكبد والكليتين. يمكن أن يؤدي الإشعاع المنبعث من البركليوم إلى تلف الخلايا والأنسجة، مما يزيد من خطر الإصابة بالسرطان وأمراض أخرى.
من المهم ملاحظة أن هذه الدراسات محدودة، وهناك حاجة إلى مزيد من البحوث لفهم الآثار الكاملة للبركليوم على الكائنات الحية.
خاتمة
البركليوم عنصر اصطناعي مشع، يتم إنتاجه بكميات صغيرة جدًا لاستخدامه في البحوث العلمية. اكتشف في عام 1949 في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ويتميز بإشعاعه الشديد وندرته. على الرغم من أن تطبيقاته محدودة، إلا أنه يلعب دورًا مهمًا في دراسة العناصر عبر اليورانيوم وفهم الخصائص الأساسية للمادة.