鉳化合物

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鉳可以形成很多化合物，其中鉳的氧化態通常為+3或+4，化學性質和鋱相似。[1]與所有錒系元素一樣，鉳也會無機酸里形成含Bk3+離子的鹽，並放出氫氣。三價鉳化合物是最穩定的鉳化合物，尤其是在水溶液里，但四價鉳化合物也存在。二價鉳鹽只在氯化鑭-氯化鍶的融化里被報告。[2][3]Bk3+ 離子在酸里是綠色的。Bk4+ 離子在鹽酸里是黃色的，在硫酸里則是橙色的。[2][4][5]鉳不與氧氣迅速反應，因為它會形成一層氧化鉳保護層。但是，鉳可以和液態的金屬，氫，鹵素，氧族元素和氮族元素形成二元化合物。[6][7]鉳也可以形成有機金屬化合物。

氧化物[編輯]

鉳有兩種化合物，分別為三氧化二鉳（Bk2O3）和二氧化鉳（BkO2）。[8]二氧化鉳是棕色固體，有著螢石結構，空間群Fm3m，配位數分別為Bk[8]和 O[4]。二氧化鉳的晶體參數為533.4±0.5 pm。[9]

三氧化二鉳是黃綠色固體，由氫氣還原BkO2而成：

它的熔點為1920 °C[10]，為面心立方結構，晶體參數a = 1088.0±0.5 pm。[9]Bk2O3加熱到1200 °C時會從立方晶系變成單斜晶系，於1750 °C變成六方晶系，後者可逆。這三種晶體結構的變化是錒系元素的倍半氧化物特有的。[11]

一種二價的氧化物BkO已經被報告。它呈面心立方晶系，晶格參數a = 496.4 pm。其化學組成仍不明確。[11]

鹵化物[編輯]

鉳在鹵化物里有+3和+4兩種氧化態，[12]其中+3氧化態更穩定，尤其是在水溶液里。四價鉳的鹵化物只有固態的BkF4和 Cs2BkCl6。[13]

氧化態 F Cl Br I
+4 四氟化鉳
BkF4
黃色[14] 		Cs2BkCl6
橙色[11]
+3 氟化鉳
BkF3
黃色[14] 		氯化鉳
BkCl3
綠色[14]
Cs2NaBkCl6[15] 		溴化鉳[16][17]
BkBr3
黃綠色[14] 		碘化鉳
BkI3
黃色[14]

四氟化鉳（BkF4）是黃綠色的離子化合物，呈單斜晶系（皮爾遜符號mS60，空間群C2/c（No. 15），晶體參數a = 1247 pm、b = 1058 pm、c = 817 pm），與四氟化鈾和四氟化鋯同構。[15][18][19]

三氟化鉳（BkF3）也是黃綠色固體，有兩種晶體結構。它在低溫下最穩定的結構是正交晶系，和三氟化釔同構（皮爾遜符號 oP16，空間群 Pnma（No. 62），晶格常數a = 670 pm、b = 709 pm、c = 441 pm）。加熱到350-600 °C，它會變成三方晶系的三氟化鑭結構（皮爾遜符號hP24，空間群P3c1（No. 165），晶格參數 a = 697 pm、c = 714 pm）。[15][18][20]

氯化鉳

可觀產量的氯化鉳（BkCl3）於1962年合成，樣本只有3納克。它可由氯化氫氣體與氧化鉳在500 °C反應而成。[21]它是綠色固體，熔點603 °C，[12]與三氯化鈾（六方晶系，皮爾遜符號hP8，空間群P63/m（No. 176））同構。[22][23]BkCl3加熱到熔點時會轉變為立方晶系。[24]它的六水合物BkCl3·6H2O呈單斜晶系，晶格參數a = 966 pm、b = 654 pm、c = 797 pm。[15][25]相關的Cs2NaBkCl6可通過氫氧化鉳、鹽酸、氯化銫的混合溶液而成。它呈面心立方晶系，其中鉳被6個氯離子包圍。[24]

氯化鉳(IV)的三元化合物Cs2BkCl6由氫氧化鉳(IV)在氯化銫的鹽酸溶液里化合而成。它會形成六方晶系的橙色固體，晶格參數a = 745.1 pm、c = 1209.7 pm。BkCl62−的離子半徑為270 pm。[11]

三溴化鉳有兩種結構，分別是配位數為6的單斜晶體及配位數為8的正交晶體。[26]後者較不穩定，會在350 °C變成前者。人們已經研究了放射性晶體的一種重要現象：分別用新鮮的和老舊的249BkBr3樣本使用X射線衍射進行了超過3年的研究，就有不同比例的249Bk會β衰變成249Cf。249BkBr3變化成249CfBr3的過程中沒有發現晶體改變，儘管斜方晶系的溴化鉲還沒被發現。不過，249BkBr3和249CfBr3仍有略微的差別，如只有後者可被氫氣還原，形成249CfBr2。[16]每天都會有0.22%的鉳會衰變成鉲，使其成為研究鉳的一個難題。而且249Cf會α衰變，α粒子和衰變產生的熱能都會破壞晶體結構。通過根據時間進行測量並外推獲得的結果，可以避免這種情況。[13]

碘化鉳呈六方晶系，晶格參數a = 758.4 pm、c = 2087 pm。[15]鉳的鹵氧化物有BkOCl、BkOBr、BkOI，都呈四方晶系。[27]

其他無機化合物[編輯]

氮族元素化物[編輯]

鉳-249可和氮、[28][29]磷、[29]砷、[29]銻形成化合物。[29]它們可由氫化鉳（BkH3）或金屬鉳在600 °C與該元素化合而成。這些氮族元素化物都呈立方晶系，晶格常數分別是495.1 pm（BkN）、566.9 pm（BkP）、582.9 pm（BkAs）、619.1 pm（BkSb）。[29]這些值比鋦小，與鋱相近。[27]

硫化物[編輯]

硫化鉳(III)（Bk2S3）由硫化氫和二硫化碳蒸汽與三氧化二鉳在1130 °C反應而成。它也可以由硫直接與鉳反應而成。它是黑褐色的固體，呈立方晶系，晶格常數a = 844 pm。[27]

其它化合物[編輯]

硝酸鉳溶液

鉳(III)和鉳(IV)的氫氧化物都在1 M氫氧化鈉溶液里穩定。磷酸鉳(III)（BkPO4）是一種固體，被氬氣雷射（英語：Ion laser）（波長514.5 nm）激發時會發出強烈的螢光。[30]氫化鉳可由鉳在250 °C與氫氣反應而成。[28]它是非整比化合物，實驗式BkH2+x（0 < x < 1）。它的三氫化物呈六方結構，而二氫化物則呈面心立方結構，晶格常數a = 523 pm。[27]一些鉳鹽也被發現了，例如Bk2O2S、(BkNO3)3·4H2O、BkCl3·6H2O、Bk2(SO4)3·12H2O、Bk2(C2O4)3·4H2O。[13]在600 °C的氬氣下（以避免被氧化成Bk2O）熱分解Bk2(SO4)3·12H2O可以形成氧化硫酸鉳（Bk2O2SO4），它在1000 °C ，惰性氣體氛內穩定。[31]

有機鉳化合物[編輯]

鉳會形成三角形的 (η5–C5H5)3Bk ，擁有三個茂基，可以由三氯化鉳和二茂鈹Be(C5H5)2在70 °C化合而成。它是琥珀色的正交晶體，晶格常數a = 1411 pm、 b = 1755 pm、c = 963 pm，密度據計算為2.47 g/cm3。它在250 °C以下穩定，在350 °C不融化就直接氣化。鉳的放射性極高，在幾周內就會自己把該化合物分解掉。[21][32](η5–C5H5)3Bk的其中一個C5H5環可以被氯原子取代，形成[Bk(C5H5)2Cl]2，其光譜類似母體(η5–C5H5)3Bk。[31][33]

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Thompson, Stanley G.; Seaborg, Glenn T. Chemical Properties of Berkelium. 1950 [2020-09-20]. doi:10.2172/932812. （原始內容存檔於2011-08-18）. 
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  3. ^ Sullivan, Jim C.; Schmidt, K. H.; Morss, L. R.; Pippin, C. G.; Williams, C. Pulse radiolysis studies of berkelium(III): preparation and identification of berkelium(II) in aqueous perchlorate media. Inorganic Chemistry. 1988, 27 (4): 597. doi:10.1021/ic00277a005. 
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延伸閱讀[編輯]

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