Berkelium (Bk) – Eigenschaften, Entdeckung und Verwendung

Berkelium ist ein künstlich hergestelltes, radioaktives Metall mit der Ordnungszahl 97. Es gehört zu den Actinoiden und zählt zu den seltensten Elementen, die Wissenschaftler gezielt herstellen können. Während viele chemische Elemente unseren Alltag prägen, ist Berkelium nahezu ausschließlich in spezialisierten Forschungslaboren anzutreffen. Gerade deshalb ist es wissenschaftlich interessant: Seine Eigenschaften helfen dabei, die Chemie schwerer Atomkerne und die Grenzen des Periodensystems besser zu verstehen.

Berkelium im Periodensystem – die wichtigsten Daten

Die in manchen Periodensystemen angegebene Atommasse [247] ist keine natürliche mittlere Atommasse wie bei stabilen Elementen. Sie verweist auf die Massenzahl eines ausgewählten Berkelium-Isotops. Da Berkelium keine stabilen Isotope besitzt, gibt es für das Element kein Standardatomgewicht im üblichen Sinn.

Die Stellung von Berkelium lässt sich auch in unserem Online-Periodensystem nachvollziehen.

Entdeckung: Ein neues Element aus Berkeley

Berkelium wurde im Dezember 1949 an der University of California in Berkeley entdeckt. An den Arbeiten waren Stanley G. Thompson, Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg und Kenneth Street Jr. beteiligt. Der Name des Elements erinnert an den Ort seiner Entdeckung.

Für die Herstellung beschossen die Forscher das bereits künstlich erzeugte Element Americium mit Alphateilchen, also Helium-4-Kernen. Dabei entstand das Isotop Berkelium-243:

²⁴¹Am + ⁴He → ²⁴³Bk + 2 ¹n

Die entstandenen Mengen waren so gering, dass das neue Element nicht einfach sichtbar gemacht werden konnte. Sein Nachweis gelang durch chemische Trennverfahren und die Untersuchung seines radioaktiven Zerfalls. Berkelium-243 besitzt eine Halbwertszeit von nur wenigen Stunden.

Die Entdeckung war ein wichtiger Schritt bei der systematischen Erforschung der Transurane – jener Elemente, deren Ordnungszahl größer ist als die des Urans (92).

Eigenschaften: Was weiß man über Berkelium?

Berkelium ist ein silberfarbenes, radioaktives Metall. Seine Chemie ähnelt in mancher Hinsicht der benachbarter Actinoide und bestimmter Lanthanoide. In Verbindungen tritt es vor allem in den Oxidationsstufen +3 und +4 auf. Besonders die Möglichkeit, zwischen diesen Oxidationsstufen zu wechseln, macht Berkelium für die Grundlagenforschung interessant.

Die Untersuchung seiner Eigenschaften ist allerdings außergewöhnlich schwierig. Das Element steht nur in sehr kleinen Mengen zur Verfügung, und seine Radioaktivität erfordert aufwendige Schutzmaßnahmen. Deshalb sind viele Eigenschaften deutlich weniger umfassend untersucht als etwa bei Eisen, Kupfer oder Uran. Selbst grundlegende physikalische Daten können je nach Quelle auf unterschiedlichen Messungen oder Abschätzungen beruhen.

Herstellung und Isotope

Berkelium wird nicht wie gewöhnliche Metalle aus Erzen gewonnen. Es entsteht in kerntechnischen Anlagen durch Kernreaktionen. Das für die Forschung besonders wichtige Berkelium-249 kann in speziellen Hochflussreaktoren durch eine Folge von Neutroneneinfängen und radioaktiven Zerfällen aus schweren Ausgangsnukliden hergestellt werden. Anschließend muss es in mehreren chemischen Trennschritten von anderen radioaktiven Stoffen isoliert werden.

Zwei Isotope sind besonders erwähnenswert:

• Berkelium-247 besitzt eine Halbwertszeit von ungefähr 1.380 Jahren und gehört zu den langlebigsten bekannten Berkelium-Isotopen.

• Berkelium-249 besitzt eine Halbwertszeit von ungefähr 330 Tagen. Es zerfällt überwiegend durch Beta-minus-Zerfall zu Californium-249.

Die Halbwertszeit bezeichnet den Zeitraum, nach dem im statistischen Mittel die Hälfte der ursprünglich vorhandenen radioaktiven Atomkerne zerfallen ist. Bei Berkelium-249 bedeutet das: Bereits innerhalb eines Jahres nimmt die Menge des ursprünglichen Isotops erheblich ab. Für aufwendige Forschungsprojekte ist deshalb eine sorgfältige zeitliche Planung notwendig.

Wofür wird Berkelium verwendet?

Berkelium hat keine industrielle oder kommerzielle Anwendung. Seine Bedeutung liegt in der Kernchemie und der Erforschung schwerer Elemente.

Ein bekanntes Beispiel ist die Herstellung des Elements Tenness (Ts), Ordnungszahl 117. Dafür wurde Berkelium-249 als Targetmaterial verwendet und mit Calcium-48-Ionen beschossen. Solche Experimente helfen Wissenschaftlern, die Stabilität und Eigenschaften extrem schwerer Atomkerne zu untersuchen.

Auch die chemische Forschung liefert neue Erkenntnisse. Im Jahr 2025 berichteten Wissenschaftler über die Charakterisierung von Berkelocen, einem organometallischen Komplex des Berkeliums. Dafür standen lediglich etwa 0,3 Milligramm Berkelium-249 zur Verfügung. Die Untersuchung zeigte, dass die Bindungsverhältnisse schwerer Actinoide noch immer wissenschaftliche Überraschungen bereithalten.

Radioaktivität und Sicherheit

Alle bekannten Berkelium-Isotope sind radioaktiv. Berkelium besitzt keine bekannte biologische Funktion und ist kein Bestandteil gewöhnlicher technischer oder medizinischer Anwendungen. Beim Umgang mit dem Element sind insbesondere die Strahlenbelastung, mögliche Kontaminationen und die Aufnahme radioaktiver Stoffe in den Körper zu berücksichtigen.

Entsprechende Arbeiten erfolgen deshalb ausschließlich in dafür ausgestatteten Forschungseinrichtungen. Für den Schulunterricht eignet sich Berkelium als Thema der Kernchemie und der Geschichte des Periodensystems, nicht als experimentell eingesetzter Stoff.

Fazit: Ein seltenes Element mit großer wissenschaftlicher Bedeutung

Berkelium gehört zu den Elementen, deren Bedeutung sich nicht an ihrer wirtschaftlichen Nutzung messen lässt. Seine Entdeckung 1949, seine aufwendige Herstellung und seine Rolle bei der Erforschung superschwerer Elemente zeigen, wie weit die moderne Kernchemie über die natürlich vorkommenden Elemente hinausreicht. Obwohl Berkelium nur in winzigen Mengen verfügbar ist, trägt es dazu bei, den Aufbau der Materie und die Grenzen des Periodensystems besser zu verstehen.

Quellen und weiterführende Literatur

• Gray, Theodore (2013): Die Elemente. Bausteine unserer Welt. Köln: Komet Verlag. ISBN 978-3-86941-000-5.

• Quadbeck-Seeger, Hans-Jürgen (2006): Die Welt der Elemente – Die Elemente der Welt. 1. Auflage. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31789-9.

• Royal Society of Chemistry: Berkelium – Element information, properties and uses.

• Thompson, S. G.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T. (1950): The New Element Berkelium (Atomic Number 97). Physical Review, 80, 781.

• Oak Ridge National Laboratory (2019): Application of a Dual Column Method to Selectively Extract and Purify Berkelium-249.

• Lawrence Berkeley National Laboratory (2025): Scientists Discover New Heavy-Metal Molecule ‘Berkelocene’.

• PubChem: Berkelium – Elementdaten.