Oganesson - Oganesson

Oganesson,  118 Og
Oganesson
Wymowa
Wygląd zewnętrzny metaliczny (przewidywany)
Liczba masowa [294]
Oganesson w układzie okresowym
Rn

Og

(Usb)
tennessineoganessonununennium
Liczba atomowa ( Z ) 118
Grupa grupa 18 (gazy szlachetne)
Okres okres 7
Blok   p-blok
Konfiguracja elektronów [ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 6 (przewidywane)
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8 (przewidywane)
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny (przewidywany)
Temperatura topnienia 325 ± 15  K ( 52 ± 15  ° C 125 ± 27  ° C) (przewidywane)
Temperatura wrzenia 450 ± 10  ° K ( 177 ± 10  ° C 350 ± 18  ° C) (przewidywane)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 6,6-7,4 g / cm 3 (przewidywane)
Punkt krytyczny 439 K, 6,8 MPa (ekstrapolowane)
Ciepło stapiania 23,5  kJ/mol (ekstrapolowane)
Ciepło parowania 19,4 kJ/mol (ekstrapolowane)
Właściwości atomowe
Stany utleniania (−1), (0), (+1), ( +2 ), ( +4 ), (+6) (przewidywane)
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczne: 152 po  południu (przewidywane)
Promień kowalencyjny 157 po południu (przewidywane)
Inne właściwości
Naturalne występowanie syntetyczny
Struktura krystaliczna płaskocentryczną sześcienny (FCC)
Wyśrodkowana na twarzy sześcienna struktura kryształu dla oganesson

(ekstrapolowane)
Numer CAS 54144-19-3
Historia
Nazewnictwo według Jurija Oganessiana
Prognoza Hans Peter Jørgen Julius Thomsen (1895)
Odkrycie Joint Institute for Nuclear Research i Lawrence Livermore National Laboratory (2002)
Główne izotopy oganessonu
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
294 Og syn 0,69 ms α 290 Lv
SF
Kategoria Kategoria: Oganesson
| Bibliografia

Oganesson to syntetyczny pierwiastek chemiczny o symbolu Og i liczbie atomowej 118. Po raz pierwszy został zsyntetyzowany w 2002 roku w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej koło Moskwy w Rosji przez wspólny zespół naukowców rosyjskich i amerykańskich. W grudniu 2015 r. została uznana za jeden z czterech nowych elementów przez Wspólną Grupę Roboczą międzynarodowych instytucji naukowych IUPAC i IUPAP . Formalnie została nazwana 28 listopada 2016 r. Nazwa na cześć fizyka jądrowego Jurija Oganessiana , który odegrał wiodącą rolę w odkryciu najcięższych pierwiastków w układzie okresowym. Jest to jeden z zaledwie dwóch elementów nazwanych na cześć osoby, która żyła w momencie nazywania, drugim jest seaborgium i jedynym elementem, którego eponim żyje do dziś.

Oganesson ma najwyższą liczbę atomową i najwyższą masę atomową ze wszystkich znanych pierwiastków. Radioaktywne oganesson atom jest bardzo niestabilna, a od roku 2005 tylko pięć (możliwie) sześć atomów izotopu oganesson-294 został wykryty. Chociaż umożliwiło to bardzo mało eksperymentalnej charakterystyki jego właściwości i możliwych związków , obliczenia teoretyczne przyniosły wiele przewidywań, w tym kilka zaskakujących. Na przykład, chociaż oganesson należy do grupy 18 ( gazy szlachetne ) – pierwszego takiego syntetycznego pierwiastka – może być znacząco reaktywny, w przeciwieństwie do wszystkich innych pierwiastków z tej grupy. Dawniej uważano, że jest gazem w normalnych warunkach, ale obecnie przewiduje się, że jest ciałem stałym ze względu na efekty relatywistyczne . W układzie okresowym pierwiastków jest to pierwiastek p-blokowy i ostatni z okresu 7 .

Wstęp

Graficzne przedstawienie reakcji syntezy jądrowej
Graficzne przedstawienie reakcji syntezy jądrowej . Dwa jądra łączą się w jedno, emitując neutron . Dotychczas reakcje tworzące nowe pierwiastki były podobne, z tą jedyną możliwą różnicą, że czasami uwalnianych było kilka pojedynczych neutronów lub wcale.
Wideo zewnętrzne
ikona wideo Wizualizacja nieudanej syntezy jądrowej na podstawie obliczeń Australijskiego Uniwersytetu Narodowego

Najcięższe jądra atomowe powstają w reakcjach jądrowych, które łączą dwa inne jądra o nierównej wielkości w jedno; z grubsza im bardziej nierówne są dwa jądra pod względem masy, tym większe prawdopodobieństwo, że oba zareagują. Materiał z cięższych jąder zostaje przerobiony na cel, który następnie jest bombardowany wiązką lżejszych jąder. Dwa jądra mogą się złączyć w jedno tylko wtedy, gdy zbliżą się do siebie wystarczająco blisko; normalnie jądra (wszystkie naładowane dodatnio) odpychają się nawzajem z powodu odpychania elektrostatycznego . Oddziaływanie silne może przezwyciężyć to odpychanie, ale tylko w bardzo niewielkiej odległości od jądra; jądra wiązki są zatem znacznie przyspieszane , aby takie odpychanie było nieznaczne w porównaniu z prędkością jądra wiązki. Samo zbliżenie się nie wystarcza, aby dwa jądra się złączyły: gdy dwa jądra zbliżają się do siebie, zwykle pozostają razem przez około 10-20  sekund, a następnie rozchodzą się (niekoniecznie w tym samym składzie jak przed reakcją) zamiast tworzyć pojedyncze jądro. Jeśli nastąpi fuzja, tymczasowe połączenie – zwane jądrem złożonym – jest stanem wzbudzonym . Aby stracić energię wzbudzenia i osiągnąć bardziej stabilny stan, złożone jądro albo rozszczepia się, albo wyrzuca jeden lub kilka neutronów , które odprowadzają energię. Dzieje się to w około 10-16  sekund po pierwszej kolizji.

Wiązka przechodzi przez cel i dociera do następnej komory, separatora; jeśli wytworzone zostanie nowe jądro, jest ono niesione tą wiązką. W separatorze nowo wytworzone jądro jest oddzielane od innych nuklidów (pierwotnej wiązki i wszelkich innych produktów reakcji) i przenoszone do detektora bariery powierzchniowej , który zatrzymuje jądro. Zaznaczona jest dokładna lokalizacja nadchodzącego uderzenia w detektor; zaznaczona jest również jego energia i czas przybycia. Transfer trwa około 10-6  sekund; aby zostać wykrytym, jądro musi przetrwać tak długo. Jądro jest ponownie rejestrowane po zarejestrowaniu jego rozpadu i zmierzeniu lokalizacji, energii i czasu rozpadu.

Stabilność jądra zapewnia oddziaływanie silne. Jednak jego zasięg jest bardzo krótki; w miarę powiększania się jąder ich wpływ na najbardziej zewnętrzne nukleony ( protony i neutrony) słabnie. Jednocześnie jądro jest rozrywane przez odpychanie elektrostatyczne między protonami, ponieważ ma nieograniczony zasięg. Jądra najcięższych pierwiastków są zatem przewidywane teoretycznie i do tej pory zaobserwowano, że rozpadają się głównie poprzez tryby rozpadu, które są spowodowane przez takie odpychanie: rozpad alfa i spontaniczne rozszczepienie ; tryby te dominują dla jąder pierwiastków superciężkich . Rozpady alfa są rejestrowane przez emitowane cząstki alfa , a produkty rozpadu są łatwe do określenia przed faktycznym rozpadem; jeśli taki rozpad lub seria kolejnych rozpadów wytwarza znane jądro, oryginalny produkt reakcji można wyznaczyć arytmetycznie. Spontaniczne rozszczepienie wytwarza jednak różne jądra jako produkty, więc nie można określić oryginalnego nuklidu na podstawie jego potomków.

Informacjami dostępnymi dla fizyków dążących do syntezy jednego z najcięższych pierwiastków są zatem informacje zbierane przez detektory: położenie, energia i czas przybycia cząstki do detektora oraz jej rozpadu. Fizycy analizują te dane i starają się dojść do wniosku, że rzeczywiście był on spowodowany przez nowy pierwiastek i nie mógł być spowodowany przez inny nuklid niż ten, który twierdził. Często podane dane są niewystarczające do stwierdzenia, że ​​definitywnie powstał nowy element i nie ma innego wytłumaczenia obserwowanych efektów; popełniono błędy w interpretacji danych.

Historia

Wczesne spekulacje

Możliwość powstania siódmego gazu szlachetnego , po helu , neonu , argonie , kryptonie , ksenonie i radonie , rozważano niemal natychmiast po odkryciu grupy gazów szlachetnych. Duński chemik Hans Peter Jørgen Julius Thomsen przewidział w kwietniu 1895 roku, rok po odkryciu argonu, że istnieje cała seria chemicznie obojętnych gazów podobnych do argonu, które połączą grupy halogenów i metali alkalicznych : spodziewał się, że siódmy z tych seria kończyłaby 32-elementowy okres, który zawierał tor i uran i miał masę atomową 292, zbliżoną do 294, obecnie znanego z pierwszego i jedynego potwierdzonego izotopu oganessonu. Duński fizyk Niels Bohr zauważył w 1922 roku, że ten siódmy gaz szlachetny powinien mieć liczbę atomową 118 i przewidział jego strukturę elektronową jako 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, co odpowiada współczesnym przewidywaniom. Następnie niemiecki chemik Aristid von Grosse napisał w 1965 roku artykuł przewidujący prawdopodobne właściwości pierwiastka 118. Od przewidywania Thomsena minęło 107 lat, zanim oganesson został pomyślnie zsyntetyzowany, chociaż jego właściwości chemiczne nie zostały zbadane w celu ustalenia, czy zachowuje się jak cięższy kongener radonu. W artykule z 1975 roku amerykański chemik Kenneth Pitzer zasugerował, że pierwiastek 118 powinien być gazem lub lotną cieczą ze względu na efekty relatywistyczne .

Niepotwierdzone twierdzenia o odkryciu

Pod koniec 1998 roku polski fizyk Robert Smolańczuk opublikował obliczenia dotyczące fuzji jąder atomowych w kierunku syntezy superciężkich atomów , w tym oganessonu. Jego obliczenia sugerowały, że możliwe byłoby wytworzenie pierwiastka 118 poprzez stopienie ołowiu z kryptonem w ściśle kontrolowanych warunkach, a prawdopodobieństwo ( przekrój ) tej reakcji byłoby zbliżone do reakcji ołowiu z chromem, w wyniku której powstał pierwiastek 106, seaborgium. . Było to sprzeczne z przewidywaniami, że przekroje poprzeczne dla reakcji z ołowiem lub bizmutem będą spadać wykładniczo wraz ze wzrostem liczby atomowej powstałych pierwiastków.

W 1999 roku naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory wykorzystali te przewidywania i ogłosili odkrycie pierwiastków 118 i 116 w artykule opublikowanym w Physical Review Letters , a wkrótce po tym, jak wyniki ogłoszono w Science . Naukowcy poinformowali, że wykonali reakcję

208
82
Pb
+ 86
36
Kr
293
118
Og
+
n
.

W 2001 roku opublikowali wycofanie po tym, jak naukowcy z innych laboratoriów nie byli w stanie powielić wyników, a laboratorium w Berkeley również nie mogło ich powielić. W czerwcu 2002 r. dyrektor laboratorium ogłosił, że pierwotne twierdzenie o odkryciu tych dwóch pierwiastków zostało oparte na danych sfabrykowanych przez głównego autora Victora Ninova . Nowsze wyniki eksperymentalne i przewidywania teoretyczne potwierdziły wykładniczy spadek przekrojów poprzecznych z celami ołowiu i bizmutu w miarę wzrostu liczby atomowej powstałego nuklidu.

Raporty o odkryciach

Pierwszy prawdziwy rozpad atomów oganessonu został zaobserwowany w 2002 roku we Wspólnym Instytucie Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej w Rosji przez wspólny zespół naukowców z Rosji i Ameryki. W skład zespołu kierowanego przez Yuri Oganessiana , rosyjskiego fizyka jądrowego pochodzenia ormiańskiego, wchodzili amerykańscy naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii. Odkrycie nie zostało ogłoszone natychmiast, ponieważ energia rozpadu 294 Og odpowiadała energii 212 m Po , powszechnego zanieczyszczenia wytwarzanego w reakcjach fuzji mających na celu wytworzenie superciężkich pierwiastków, w związku z czym ogłoszenie zostało opóźnione aż do eksperymentu potwierdzającego z 2005 r., którego celem było wytworzenie większej liczby atomów oganessonu. . Eksperyment z 2005 r. wykorzystywał inną energię wiązki (251 MeV zamiast 245 MeV) i grubość celu (0,34 mg/cm 2 zamiast 0,23 mg/cm 2 ). 9 października 2006 r. naukowcy ogłosili, że pośrednio wykryli w sumie trzy (prawdopodobnie cztery) jądra oganessonu-294 (jedno lub dwa w 2002 r. i dwa kolejne w 2005 r.) powstałe w zderzeniach atomów kalifornu- 249 i wapnia-48. jony.

249
98
cf
+ 48
20
Ca
294
118
Og
+ 3
n
.
Schematyczny diagram rozpadu alfa oganessonu-294, z okresem półtrwania 0,89 ms i energią rozpadu 11,65 MeV.  Powstały livermorium-290 rozpada się przez rozpad alfa, z okresem półtrwania wynoszącym 10,0 ms i energią rozpadu 10,80 MeV, do flerowu-286.  Flerow-286 ma okres półtrwania 0,16 si energię rozpadu 10,16 MeV i ulega rozpadowi alfa do koperniku-282 z szybkością spontanicznego rozszczepienia 0,7.  Sam Copernicium-282 ma okres półtrwania tylko 1,9 ms i ma współczynnik spontanicznego rozszczepienia 1,0.
Ścieżka rozpadu promieniotwórczego izotopu oganessonu-294. Energia rozpadu i średni okres półtrwania podano dla izotopu macierzystego i każdego izotopu potomnego . Ułamek atomów ulegających samorzutnemu rozszczepieniu (SF) jest zaznaczony na zielono.

W 2011 r. IUPAC ocenił wyniki współpracy Dubna-Livermore z 2006 r. i stwierdził: „Trzy zdarzenia zgłoszone dla izotopu Z = 118 mają bardzo dobrą wewnętrzną redundancję, ale bez kotwiczenia do znanych jąder nie spełniają kryteriów odkrycia”.

Ze względu na bardzo małe prawdopodobieństwo reakcji fuzji ( przekrój fuzji wynosi ~ 0,3–0,6  pb lub(3–6) × 10 −41  m 2 ) eksperyment trwał cztery miesiące i obejmował dawkę wiązki2,5 × 10 19 jonów wapnia , które musiały zostać wystrzelone w tarczę kalifornijną, aby wytworzyć pierwsze zarejestrowane zdarzenie uważane za syntezę oganessonu. Niemniej jednak badacze byli bardzo pewni, że wyniki nie były fałszywie pozytywne , ponieważ prawdopodobieństwo, że wykrycia były zdarzeniami losowymi, oszacowano na mniej niż jedną część w100 000 .

W doświadczeniach zaobserwowano rozpad alfa trzech atomów oganessonu. Zaproponowano również czwarty rozpad przez bezpośrednie spontaniczne rozszczepienie . Półtrwania od 0,89 MS obliczono:294
Og
rozpada się na290
Lv
przez rozpad alfa . Ponieważ istniały tylko trzy jądra, okres półtrwania uzyskany z obserwowanych okresów życia ma dużą niepewność:0,89+1,07
-0,31
 ms
.

294
118
Og
290
116
Lv
+ 4
2
On

Identyfikacja 294
Jądra Og zweryfikowano przez oddzielne utworzenie domniemanego jądra potomnego 290
Lv
bezpośrednio za pomocą bombardowania245
Cm
z48
jony
Ca ,

245
96
Cm
+ 48
20
Ca
290
116
Lv
+ 3
n
,

i sprawdzanie, czy 290
Lv
rozpad dopasowane do łańcucha zaniku z następujących294
Jądra Og . Jądro córki290
Lv
jest bardzo niestabilny, rozpada się z czasem życia 14 milisekund na286
Fl
, który może doświadczyć spontanicznego rozszczepienia lub rozpadu alfa na282
Cn
, który ulegnie samoistnemu rozszczepieniu.

Potwierdzenie

W grudniu 2015 r. Wspólna Grupa Robocza międzynarodowych instytucji naukowych International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) i International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) uznała odkrycie pierwiastka i nadała priorytet odkryciu współpracy Dubna-Livermore . To było na koncie dwa 2009 i 2010 potwierdzeń właściwości wnuczką 294 OG 286 FL, w Lawrence Berkeley National Laboratory , jak również obserwację innego spójnego łańcucha rozpadu 294 Og przez grupę Dubna w 2012 roku. Celem tego eksperymentu była synteza 294 Ts w reakcji 249 Bk ( 48 Ca, 3n), ale krótki okres półtrwania 249 Bk spowodował, że znaczna ilość celu uległa rozpadowi do 249 Cf, co spowodowało synteza oganessonu zamiast tennessyny .

Od 1 października 2015 r. do 6 kwietnia 2016 r. zespół z Dubnej przeprowadził podobny eksperyment z 48 pociskami Ca wycelowanymi w cel z mieszanymi izotopami kalifornu zawierający 249 Cf, 250 Cf i 251 Cf, w celu wytworzenia cięższych izotopów oganessonu 295 Og i 296 Og. Zastosowano dwie energie wiązki przy 252 MeV i 258 MeV. Tylko jeden atom był widoczny przy niższej energii wiązki, którego łańcuch rozpadu pasował do znanego wcześniej 294 Og (kończącego się spontanicznym rozszczepieniem 286 Fl), a żadnego nie zaobserwowano przy wyższej energii wiązki. Eksperyment został następnie wstrzymany, ponieważ klej z ramek sektorowych pokrył cel i uniemożliwił przedostawanie się pozostałości po odparowaniu do detektorów. Dzięki tej reakcji możliwe jest również wytworzenie 293 Og i jego córki 289 Lv, a także jeszcze cięższego izotopu 297 Og. Izotopy 295 Og i 296 Og można również wytworzyć w fuzji 248 cm z 50 pociskami Ti. Rozpoczęte latem 2016 roku w RIKEN poszukiwania 295 Og w trzecim kanale tej reakcji zakończyły się niepowodzeniem, choć planowane jest wznowienie badania; nie podano szczegółowej analizy i limitu przekrojów. Te cięższe i prawdopodobnie bardziej stabilne izotopy mogą być przydatne w badaniu chemii oganessonu.

Nazewnictwo

Element 118 został nazwany na cześć Jurija Oganessiana , pioniera w odkryciu pierwiastków syntetycznych , o nazwie oganesson (Og). Oganessian i łańcuch rozpadu oganessonu-294 zostały przedstawione na znaczku Armenii wydanym 28 grudnia 2017 r.

Używając nomenklatury Mendelejewa dla nienazwanych i nieodkrytych pierwiastków , oganesson jest czasami znany jako eka-radon (do lat 60. jako eka-emanacja , emanacja to stara nazwa radonu ). W 1979 r. IUPAC przypisał nieodkrytemu pierwiastkowi systematyczną nazwę zastępczą ununoctium , z odpowiednim symbolem Uuo i zalecił jej stosowanie do czasu potwierdzenia odkrycia pierwiastka. Chociaż są szeroko stosowane w środowisku chemicznym na wszystkich poziomach, od klas chemii po zaawansowane podręczniki, zalecenia zostały w większości zignorowane przez naukowców w tej dziedzinie, którzy nazwali je „pierwiastkiem 118”, symbolem E118 , (118) lub nawet po prostu 118 .

Przed wycofaniem w 2001 r. naukowcy z Berkeley zamierzali nazwać pierwiastek ghiorsium ( Gh ), po Albert Ghiorso (członek zespołu badawczego).

Rosyjscy odkrywcy poinformowali o ich syntezie w 2006 roku. Zgodnie z zaleceniami IUPAC odkrywcy nowego pierwiastka mają prawo zasugerować nazwę. W 2007 roku szef rosyjskiego instytutu oświadczył, że zespół rozważa dwie nazwy nowego pierwiastka: flyorium na cześć Georgy Flyorova , założyciela laboratorium badawczego w Dubnej; i moskovium , w uznaniu obwodu moskiewskiego, w którym znajduje się Dubna. Stwierdził również, że chociaż pierwiastek został odkryty w wyniku współpracy amerykańskiej, która dostarczyła cel Calfornium , pierwiastek powinien słusznie zostać nazwany na cześć Rosji, ponieważ Laboratorium Reakcji Jądrowych Flyorowa w ZIBJ było jedyną placówką na świecie, która mogła to osiągnąć wynik. Nazwy te zostały później zasugerowane dla pierwiastka 114 (flerow) i pierwiastka 116 (moscovium). Flerovium stało się nazwą pierwiastka 114; ostateczna nazwa zaproponowana dla pierwiastka 116 brzmiała zamiast livermorium , a później zaproponowano i zaakceptowano moscovium dla pierwiastka 115 .

Tradycyjnie nazwy wszystkich gazów szlachetnych kończą się na „-on”, z wyjątkiem helu , który nie był znany jako gaz szlachetny w momencie odkrycia. Wytyczne IUPAC obowiązujące w momencie zatwierdzenia odkrycia wymagały jednak, aby wszystkie nowe pierwiastki były nazywane z końcówką „-ium”, nawet jeśli okazały się halogenami (tradycyjnie kończącymi się na „-ine”) lub gazami szlachetnymi (tradycyjnie kończącymi się na "-na"). Podczas gdy tymczasowa nazwa ununoctium była zgodna z tą konwencją, nowa rekomendacja IUPAC opublikowana w 2016 r. zalecała stosowanie końcówki „-on” dla nowych pierwiastków z grupy 18 , niezależnie od tego, czy mają one właściwości chemiczne gazu szlachetnego.

Naukowcy zaangażowani w odkrycie pierwiastka 118 oraz pierwiastków 117 i 115 odbyli telekonferencję w dniu 23 marca 2016 r. Pierwiastek 118 był ostatnim, na który podjęto decyzję; po tym, jak Oganessian został poproszony o opuszczenie połączenia, pozostali naukowcy jednogłośnie zdecydowali, że ma po nim element „oganesson”. Oganessian był pionierem w badaniach pierwiastków superciężkich przez sześćdziesiąt lat, sięgając do podstaw tej dziedziny: jego zespół i proponowane przez niego techniki doprowadziły bezpośrednio do syntezy pierwiastków od 107 do 118. Mark Stoyer, chemik jądrowy w LLNL, wspominał później: „My zamierzałem zaproponować tę nazwę od Livermore, a rzeczy zostały zaproponowane w tym samym czasie z wielu miejsc. Nie wiem, czy możemy twierdzić, że faktycznie zaproponowaliśmy tę nazwę, ale zamierzyliśmy to.

W wewnętrznych dyskusjach IUPAC zapytał JINR, czy chcą, aby element był pisany „oganeson”, aby lepiej pasował do rosyjskiej pisowni. Oganessian i ZIBJ odrzucili tę propozycję, powołując się na sowiecką praktykę transliteracji nazw na alfabet łaciński zgodnie z regułami języka francuskiego („Oganessian” to taka transliteracja) i argumentując, że „oganesson” byłby łatwiejszy do link do osoby. W czerwcu 2016 roku IUPAC ogłosił, że odkrywcy planują nadać pierwiastkowi nazwę oganesson (symbol: Og ). Nazwa stała się oficjalna 28 listopada 2016 r. W 2017 r. Oganessian skomentował nazewnictwo:

Dla mnie to zaszczyt. Odkrycia pierwiastka 118 dokonali naukowcy ze Zjednoczonego Instytutu Badań Jądrowych w Rosji oraz z Narodowego Laboratorium Lawrence Livermore w USA i to moi koledzy zaproponowali nazwę oganesson. Moje dzieci i wnuki mieszkają w USA od dziesięcioleci, ale moja córka napisała do mnie, że nie spała tej nocy, którą usłyszała, bo płakała.

—  Jurij Oganessian

Ceremonia nazwania moscovium, tennessine i oganesson odbyła się 2 marca 2017 r. w Rosyjskiej Akademii Nauk w Moskwie .

W wywiadzie z 2019 r. zapytany, jak to jest widzieć jego nazwisko w układzie okresowym obok Einsteina , Mendelejewa , Curie i Rutherforda , Oganessian odpowiedział:

Nie za dużo! Widzisz, nie za dużo. W nauce zwyczajowo nazywa się coś nowego imieniem odkrywcy. Tyle, że elementów jest niewiele, a zdarza się to rzadko. Ale spójrz, ile równań i twierdzeń w matematyce nosi imię kogoś. A w medycynie? Alzheimera , Parkinsona . Nie ma w tym nic specjalnego.

Charakterystyka

Poza właściwościami jądrowymi nie zmierzono żadnych właściwości oganessonu ani jego związków; wynika to z jego niezwykle ograniczonej i drogiej produkcji oraz z faktu, że bardzo szybko się psuje. W ten sposób dostępne są tylko przewidywania.

Stabilność jądrowa i izotopy

Oganesson (wiersz 118) znajduje się nieco powyżej „wyspy stabilności” (biała elipsa), a zatem jego jądra są nieco bardziej stabilne, niż przewidywano.

Stabilność jąder szybko spada wraz ze wzrostem liczby atomowej po pierwiastku kiur , 96, którego okres półtrwania jest o cztery rzędy wielkości dłuższy niż każdego kolejnego pierwiastka. Wszystkie nuklidy o liczbie atomowej powyżej 101 ulegają rozpadowi promieniotwórczemu z okresem półtrwania krótszym niż 30 godzin. Żadne pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 82 (po ołowiu ) nie mają stabilnych izotopów. Dzieje się tak z powodu stale rosnącego odpychania kulombowskiego protonów, tak że silna siła jądrowa nie może długo utrzymać jądra razem przed samorzutnym rozszczepieniem . Obliczenia sugerują, że przy braku innych czynników stabilizujących pierwiastki zawierające więcej niż 104 protony nie powinny istnieć. Jednak naukowcy w latach 60. XX wieku sugerowali, że zamknięte powłoki jądrowe około 114 protonów i 184 neutronów powinny przeciwdziałać tej niestabilności, tworząc wyspę stabilności, w której czas połowicznego rozpadu nuklidów może sięgać tysięcy lub milionów lat. Chociaż naukowcy wciąż nie dotarli na wyspę, samo istnienie superciężkich pierwiastków (w tym oganessonu) potwierdza, że ​​ten efekt stabilizujący jest rzeczywisty i ogólnie znane superciężkie nuklidy wydłużają się wykładniczo w miarę zbliżania się do przewidywanego położenia wyspy. Oganesson jest radioaktywny i ma okres półtrwania, który wydaje się być krótszy niż milisekunda . Niemniej jednak jest to nadal więcej niż niektóre przewidywane wartości, co stanowi dalsze wsparcie dla idei wyspy stabilności.

Obliczenia z wykorzystaniem modelu tunelowania kwantowego przewidują istnienie kilku cięższych izotopów oganessonu o okresie połowicznego rozpadu alfa bliskim 1 ms.

Obliczenia teoretyczne przeprowadzone na szlakach syntezy i okresu półtrwania innych izotopów wykazały, że niektóre mogą być nieco bardziej stabilne niż zsyntetyzowany izotop 294 Og, najprawdopodobniej 293 Og, 295 Og, 296 Og, 297 Og, 298 Og , 300 Og i 302 Og (ostatni osiągający N  = 184 zamknięcie powłoki). Spośród nich 297 Og może zapewnić największe szanse na uzyskanie jąder o dłuższym czasie życia, a tym samym może stać się przedmiotem przyszłych prac z tym pierwiastkiem. Niektóre izotopy o znacznie większej liczbie neutronów, takie jak niektóre znajdujące się w pobliżu 313 Og, mogą również dostarczać jądra o dłuższym czasie życia.

W modelu tunelowania kwantowego okres połowicznego rozpadu alfa294
Przewidywano, że Og będzie0,66+0,23
−0,18
 ms
z eksperymentalną wartością Q opublikowaną w 2004 r. Obliczenia z teoretycznymi wartościami Q z makroskopowo-mikroskopowego modelu Muntiana-Hofmana-Patyka-Sobiczewskiego dają nieco niższe, ale porównywalne wyniki.

Obliczone właściwości atomowe i fizyczne

Oganesson jest członkiem grupy 18 , pierwiastków zerowalencyjnych . Członkowie tej grupy są zwykle obojętni na większość powszechnych reakcji chemicznych (na przykład spalania), ponieważ zewnętrzna powłoka walencyjna jest całkowicie wypełniona ośmioma elektronami . Daje to stabilną konfigurację o minimalnej energii, w której zewnętrzne elektrony są ściśle związane. Uważa się, że podobnie oganesson ma zamkniętą zewnętrzną powłokę walencyjną, w której jego elektrony walencyjne są ułożone w konfiguracji 7s 2 7p 6 .

W związku z tym niektórzy spodziewają się, że oganesson ma podobne właściwości fizyczne i chemiczne do innych członków swojej grupy, najbardziej przypominając gaz szlachetny znajdujący się powyżej w układzie okresowym, radon . Zgodnie z tendencją okresową można oczekiwać, że oganesson będzie nieco bardziej reaktywny niż radon. Jednak obliczenia teoretyczne wykazały, że może być znacznie bardziej reaktywny. Oprócz tego, że jest znacznie bardziej reaktywny niż radon, oganesson może być nawet bardziej reaktywny niż pierwiastki flerow i copernicium , które są cięższymi homologami bardziej aktywnych chemicznie pierwiastków, odpowiednio, ołowiu i rtęci . Powodem możliwego zwiększenia aktywności chemicznej oganessonu w stosunku do radonu jest energetyczna destabilizacja i promieniowe rozszerzenie ostatniej zajętej podpowłoki 7p . Dokładniej, znaczne oddziaływania spinowo-orbitalne między elektronami 7p i obojętnymi elektronami 7s skutecznie prowadzą do zamknięcia drugiej powłoki walencyjnej przy flerow i znacznego spadku stabilizacji zamkniętej powłoki oganessonu. Obliczono również, że oganesson, w przeciwieństwie do innych gazów szlachetnych, wiąże elektron z wydzieleniem energii, czyli wykazuje dodatnie powinowactwo elektronowe , ze względu na relatywistycznie ustabilizowany poziom energii 8s i zdestabilizowany poziom 7p 3/2 , podczas gdy przewiduje się, że kopernik i flerow nie mają powinowactwa elektronowego. Niemniej jednak wykazano , że kwantowe poprawki elektrodynamiczne są dość znaczące w zmniejszaniu tego powinowactwa poprzez zmniejszenie wiązania w anionie Og o 9%, potwierdzając w ten sposób znaczenie tych poprawek w superciężkich pierwiastkach .

Oganesson ma mieć niezwykle szeroką polaryzowalność , prawie dwukrotnie większą niż radon. Wykorzystując symulacje Monte Carlo i metody dynamiki molekularnej porównane z wysoce dokładnymi obliczeniami relatywistycznych klastrów sprzężonych , można było wykazać, że oganesson ma temperaturę topnienia325 ± 15 K i temperaturze wrzenia450 ± 10 K . Podstawową przyczynę tego zachowania można znaleźć w efektach relatywistycznych spin-orbita (nierelatywistyczny oganesson stopiłby się około 220 K). Ta dokładnie określona temperatura topnienia dla oganessonu bardzo różni się od wcześniej oszacowanych wartości 263 K lub 247 K dla temperatury wrzenia. Wydaje się zatem wysoce nieprawdopodobne, aby oganesson był gazem w standardowych warunkach , a ponieważ zakres cieczy innych gazów jest bardzo wąski, od 2 do 9 kelwinów, pierwiastek ten powinien być w stanie stałym . Niemniej jednak, jeśli oganesson utworzy gaz w warunkach standardowych, będzie to jedna z najgęstszych substancji gazowych w warunkach standardowych, nawet jeśli jest jednoatomowy jak inne gazy szlachetne.

Ze względu na swoją ogromną polaryzowalność oczekuje się, że oganesson będzie miał anomalnie niską energię pierwszej jonizacji wynoszącą 860,1 kJ/mol, podobną do energii kadmu i mniejszą niż energia irydu , platyny i złota . Jest to znacznie mniejsze niż wartości przewidywane dla darmsztadtu , roentgenium i copernicium, chociaż jest większe niż przewidywane dla flerowu. Nawet struktura powłoki w jądrze i chmurze elektronowej oganessonu jest silnie dotknięta efektami relatywistycznymi: oczekuje się, że podpowłoki elektronów walencyjnych i rdzeniowych w oganessonie zostaną „rozmazane” w jednorodnym gazie Fermiego elektronów, w przeciwieństwie do „mniej relatywistycznych” " radon i ksenon (chociaż w radonie następuje pewna początkowa delokalizacja), ze względu na bardzo silne rozszczepienie spinowo-orbitalne orbitalu 7p w oganessonie. Podobny efekt dla nukleonów, zwłaszcza neutronów, pojawia się w jądrze z zamkniętą powłoką neutronów 302 Og i jest silny w hipotetycznym superciężkim jądrze o zamkniętej powłoce 472 164, ze 164 protonami i 308 neutronami. Ponadto, efekty wirowania orbitalnych może powodować oganesson zbiorczego być półprzewodnikowy , z pasma wzbronionego w Przewidywane 1,5 ± 0,6 eV. Wszystkie lżejsze gazy szlachetne są zamiast tego izolatorami : na przykład oczekuje się , że przerwa wzbroniona radonu luzem wynosi7,1 ± 0,5  eV).

Przewidywane związki

Model szkieletowy płaskiej cząsteczki z centralnym atomem symetrycznie związanym z czterema atomami peryferyjnymi (fluoru).
XeF
4
ma kwadratową płaską geometrię molekularną.
Model szkieletowy cząsteczki teraedrycznej z centralnym atomem (oganesson) związanym symetrycznie z czterema atomami peryferyjnymi (fluoru).
OgF
4
przewiduje się, że ma tetraedryczną geometrię molekularną.

Jedyny potwierdzony izotop oganessonu, 294 Og, ma zbyt krótki okres półtrwania, aby można go było badać eksperymentalnie. Dlatego nie zsyntetyzowano jeszcze żadnych związków oganessonu. Niemniej jednak obliczenia związków teoretycznych prowadzone są od 1964 roku. Oczekuje się, że jeśli energia jonizacji pierwiastka będzie wystarczająco wysoka, będzie trudno go utlenić i dlatego najczęstszym stopniem utlenienia będzie 0 (jak dla gazów szlachetnych ); jednak wydaje się, że tak nie jest.

Obliczenia na cząsteczce dwuatomowej Og
2
wykazał interakcję wiązania w przybliżeniu równoważną tej obliczonej dla Hg
2
, a energia dysocjacji 6 kJ/mol, około 4 razy większa niż Rn
2
. Co najbardziej uderzające, obliczono, że długość wiązania jest krótsza niż w Rn
2
o 0,16 Å, co wskazywałoby na znaczącą interakcję wiązania. Z drugiej strony, związek OgH + wykazuje energię dysocjacji (innymi słowy powinowactwo protonowe oganessonu), która jest mniejsza niż energia RnH + .

Przewiduje się, że wiązanie między oganessonem a wodorem w OgH jest bardzo słabe i może być traktowane raczej jako czysta interakcja van der Waalsa niż prawdziwe wiązanie chemiczne . Z drugiej strony, w przypadku pierwiastków silnie elektroujemnych, oganesson wydaje się tworzyć bardziej stabilne związki niż np. kopernik czy flerow . Przewiduje się występowanie stabilnych stanów utlenienia +2 i +4 we fluorkach OgF
2
i OgF
4
. Stan +6 byłby mniej stabilny ze względu na silne wiązanie podpowłoki 7p 1/2 . Jest to wynik tych samych interakcji spin-orbita, które powodują, że oganesson jest niezwykle reaktywny. Na przykład wykazano, że reakcja oganessonu z F
2
tworząc związek OgF
2
uwolniłby energię 106 kcal/mol, z czego około 46 kcal/mol pochodzi z tych interakcji. Dla porównania oddziaływanie spin-orbita dla podobnej cząsteczki RnF
2
wynosi około 10 kcal/mol z energii tworzenia wynoszącej 49 kcal/mol. Ta sama interakcja stabilizuje tetraedryczną konfigurację T d dla OgF
4
, w odróżnieniu od kwadratowego płaskiego D 4h jeden z XeF
4
, który RnF
4
oczekuje się również; dzieje się tak, ponieważ oczekuje się, że OgF 4 ma dwie obojętne pary elektronów (7s i 7p 1/2 ). Jako takie, OGF 6 ma być niezwiązany, kontynuując oczekiwany tendencję do destabilizacji stanu utlenienia +6 (RNF 6 jest również oczekiwać, że znacznie mniej stabilne niż XeF 6 ). Wiązanie Og–F najprawdopodobniej będzie raczej jonowe niż kowalencyjne , co sprawi , że fluorki oganessonu staną się nielotne. OGF 2 przewiduje się, że częściowo jonowy powodu oganesson High electropositivity . W przeciwieństwie do innych gazów szlachetnych (z wyjątkiem prawdopodobnie ksenonu i radonu), przewiduje się, że oganesson jest wystarczająco elektrododatni, aby utworzyć wiązanie Og-Cl z chlorem .

Związek oganesson i tennessine , OgTs 4 , jak się przewiduje, są potencjalnie stabilny.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki