BERKÉLIUM

BERKÉLIUM

Le berkélium (symbole Bk) est un élément chimique synthétique découvert en 1949. Son numéro atomique 97 le situe dans la classification périodique parmi les éléments dits « transuraniens » dont il est le cinquième membre, suivant immédiat du curium.

Découverte

La recherche d’éléments «transcuriens» commença dès la fin de l’année 1945, soit peu de temps après la découverte des éléments 95 et 96. Cependant, le premier isotope (numéro atomique 243) de l’élément 97 ne fut identifié qu’en décembre 1949, car sa nucléosynthèse était liée à la production d’une quantité suffisamment importante d’américium 241 utilisé comme cible:

L’activité spécifique élevée de ce matériau de départ exigea un nouvel équipement pour protéger les chercheurs contre les rayonnements, et la mise au point de techniques de séparation très efficaces et très rapides. Ces problèmes furent résolus par S. G. Thompson, A. Ghiorso et G. T. Seaborg à Berkeley (Calif.), d’où l’origine du nom donné à cet élément. Le premier composé du berkélium dont la structure ait été certaine fut préparé en 1962 par B. B. Cunningham et J. C. Wallman qui isolèrent environ 0,02 microgramme de dioxyde de berkélium 249, grâce à d’ingénieuses techniques d’ultramicrochimie. Ils utilisèrent approximativement 2 nanogrammes (10^-9 g) du composé formé pour en déterminer la structure par diffraction des rayons X.

Isotopes

Comme tous les éléments transuraniens, le berkélium possède plusieurs isotopes qui sont tous radioactifs. Les deux plus intéressants pour la détermination des propriétés chimiques de l’élément sont probablement les isotopes de nombre de masse 247 et 249, qui ont des durées de vie assez élevées. En particulier l’émetteur alpha ²⁴⁷Bk dont la demi-vie est de 1 400 ans rendrait très faciles les conditions de travail sur des quantités pondérables de matière. Malheureusement, il ne peut être obtenu que par filiation à partir du californium, et dans de mauvaises conditions. Le berkélium 249, qui se désintègre essentiellement par émission de particules 廓^- avec une période de 314 jours en donnant le californium 249, est donc le seul isotope utilisable.

Physico-chimie

Parmi les transuraniens de nombre de masse supérieur à 95 (curides), le berkélium semble être le seul à présenter, en solution aqueuse, les états d’oxydation III et IV, auxquels on attribue les espèces ioniques Bk³⁺ et Bk⁴⁺. Ce fait caractéristique fut prédit par G. T. Seaborg (avant la découverte de l’élément) à partir de considérations portant sur les structures électroniques et par analogie avec le terbium, son homologue, si l’on établit un parallélisme entre deux séries d’éléments: les lanthanides ou terres rares et les «actinides».

À l’état trivalent, les propriétés chimiques du berkélium sont analogues à celles du curium, tandis que Bk^V a un comportement voisin de Pu^V. Les fluorure et oxalate de Bk^III, et les iodate et phosphate de Bk^V sont insolubles en solution acide. Les nitrate, sulfate, halogénures, perchlorate et sulfure des deux états d’oxydation sont apparemment solubles.

Le passage à l’état tétravalent peut être obtenu en solution par l’action d’oxydants énergiques, tels que cérium IV, bichromate, bromate..., le potentiel normal d’oxydo-réduction du couple Bk⁴⁺-Bk³⁺ étant d’environ 1,6 volt. Un autre aspect intéressant concerne le comportement des ions Bk³⁺ vis-à-vis des résines échangeuses d’ions. D’une manière générale, une remarquable similarité apparaît dans l’ordre et le taux d’élution des deux groupes d’éléments (américium, curium, berkélium , californium; et europium, gadolinium, terbium , dysprosium) après absorption sur résine (Dowex 50 par exemple), ce qui est à l’origine de la découverte et de l’identification de l’élément 97.

Le berkélium peut ainsi être séparé des autres éléments transuraniens par échange ionique, mais également par extraction de Bk^V avec l’acide dioctylphosphorique.

Production

Les isotopes légers (de nombre de masse 243 et 246) sont préparés par bombardement de cibles appropriées (américium ou curium) par des ions accélérés (particules alpha en particulier).

L’isotope 247 est obtenu par l’intermédiaire de ²⁴⁷Cf, qui se désintègre par capture électronique avec une demi-vie de 2,5 heures. Cet élément est lui-même produit en irradiant du curium 244 avec des particules alpha, mais la quantité accumulée est très faible en raison de sa courte durée de vie.

Les isotopes lourds sont produits plutôt par irradiation prolongée de plutonium, américium ou curium dans des flux très élevés de neutrons. Ainsi la séquence de captures radiatives de neutrons (n , 塚) suivie de décroissance 廓^- aboutit à ²⁴⁹Bk en partant de ²⁴³Am.

C’est ainsi que dans le flux très élevé qui accompagne une explosion thermonucléaire, l’isotope ²⁴⁹Bk peut être produit. Il a été identifié pour la première fois au cours de l’analyse des débris d’un test thermonucléaire (Mike, novembre 1952):

Malheureusement, le nucléide ²⁴⁹Bk possède une grande section efficace de capture radiative (n , 塚), 1 100 barns au lieu d’une centaine pour les isotopes voisins, de sorte qu’il est très rapidement transformé par le flux de neutrons en ²⁵⁰Bk. Ce dernier a une demi-vie très courte (3,2 h) et se désintègre en ²⁵⁰Cf, finalement obtenu plus facilement que ²⁴⁹Bk. On produit donc moins facilement les isotopes les plus courants du berkélium que ceux de ses voisins ⁹⁶Cm et ⁹⁸Cf.

berkélium [ bɛrkeljɔm ] n. m.

• 1950; angl. berkelium (1949); de Berkeley, nom d'une université des États-Unis

♦ Chim. Élément radioactif artificiel (Bk; n^o at. 97), de la famille des actinides.

● berkélium nom masculin (de Berkeley, nom propre) Élément chimique de numéro 97 (symbole Bk) dont le premier isotope a été obtenu artificiellement en bombardant l'américium 241 par des particules alpha.

berkélium

n. m. CHIM élément radioactif artificiel (symbole Bk) appartenant à la famille des actinides, de numéro atomique Z = 97.

berkélium [bɛʀkeljɔm] n. m.

ÉTYM. Déc. 1949, en angl.; du nom de Berkeley, ville universitaire de Californie et université célèbre où cet élément fut découvert.

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♦ Chim. Élément chimique de numéro at. 97, cinquième élément transuranien, obtenu en bombardant de l'américium 241 avec des ions hélium. (Symb. Bk).

Encyclopédie Universelle. 2012.