Röntgenium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
111 darmstadtiumröntgeniumkopernícium
Au

Rg

(Uhu)
Általános
Név, vegyjel, rendszám röntgenium, Rg, 111
Elemi sorozat nem ismert,
de feltehetőleg átmenetifém
Csoport, periódus, mező 11, 7, d
Megjelenés ezüstös (előrejelzés)[1]
Atomtömeg [281]  g/mol
Elektronszerkezet [Rn] 5f14 6d9 7s2
(előrejelzés)[1][2]
Elektronok héjanként 2, 8, 18, 32, 32, 18, 1
(előrejelzés)
Electron shell 111 Roentgenium - no label.svg
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd (előrejelzés)[3]
Sűrűség (szobahőm.) 28,7 (előrejelzés)[2] g/cm³
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös tércentrált[3]
(előrejelzés)
Oxidációs szám 5, 3, 1, −1 (előrejelzés)[2]
Atomsugár 138 (előrejelzés)[2][4] pm
Ionizációs energia 1.: 1022.7 (előrejelzés)[2] kJ/mol
2.: 2074.4 (előrejelzés)[2] kJ/mol
3.: 3077.9 (előrejelzés)[2] kJ/mol
Kovalens sugár 121 (előrejelzés)[5] pm
CAS-szám 54386-24-2
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A röntgenium izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
282Rg mest. 0,5 s α 9,00 278Mt
281Rg[6] mest. 26 s SF (90%)
α (10%) 277Mt
280Rg mest. 3,6 s α 9,75 276Mt
279Rg mest. 0,17 s α 10,37 275Mt
Hivatkozások

A röntgenium a periódusos rendszer kémiai elemeinek egyike. Vegyjele Rg, rendszáma 111. A röntgenium rendkívül radioaktív, mesterséges elem (olyan elem, amely laboratóriumban előállítható, de a természetben nem fordul elő). A legstabilabb ismert izotópja a röntgenium-281, melynek felezési ideje 26 másodperc. A röntgeniumot először 1994-ben állították elő a darmstadti GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH kutatóintézetben. Az elemet Wilhelm Conrad Röntgen (más írásmóddal: Roentgen), Nobel-díjas fizikus után nevezték el.

A periódusos rendszerben a d-mező elemei közé, a transzaktinoidák (szuper-nehéz elemek) közé tartozik. A 7. periódus, 11. főcsoportjába tartozik; habár kísérletileg nem igazolt, hogy kémiailag az arany nehezebb homológjaként viselkedik. Az előrejelzések szerint tulajdonságaiban a könnyebb homológjaira – réz, ezüst és arany – hasonlít, bár azoktól bizonyos mértékig eltérhet.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgeniumot Wilhelm Röntgen fizikus után, a röntgensugárzás felfedezője után nevezték el.

Hivatalos felfedezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgeniumot először egy Sigurd Hofmann vezette nemzetközi csoport szintetizálta a darmstadti (Németország) Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) kutatóintézetben, 1994. december 8-án.[7] A kutatócsoport bizmut-209-et bombázott felgyorsított nikkel-64 atommagokkal, amikor egyetlen atomnyi röntgenium-272 izotópot észleltek:

\mathrm{ {}_{83}^{209}\!Bi\ +\ {}_{28}^{64}\!Ni\ \rightarrow\ {}_{111}^{272}\!Rg\ +\ {}_0^1\!n}

2001-ben a IUPAC/IUPAP Közös Munkacsoport (Joint Working Party – JWP) arra a következtetésre jutott, hogy akkor nem volt elegendő bizonyíték a felfedezésre.[8] A GSI kutatócsoport 2002-ben megismételte a kísérletet, és további három atomot sikerült szintetizálni.[9][10] 2003-as jelentésében a JWP úgy döntött, hogy az elem felfedezésének érdeme a GSI csoporté.[11]

Elnevezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgenium (Rg) nevet a GSI javasolta 2004-ben,[12] Wilhelm Röntgen fizikus, a röntgensugárzás felfedezőjének tiszteletére.[12] A név jelölését az IUPAC (Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója) 2004. november 4-én elfogadta,[12] majd 2011. november 4-én hivatalosan is jóváhagyta.[13] Ezt megelőzően a röntgeniumra az unununium ideiglenes névvel és az Uuu vegyjellel hivatkoztak.

Előrejelzett tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fizikai jellemzők[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A várakozások szerint a röntgenium szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotú, és ellentétben a könnyebb analógjaival, amelyek lapközepes köbös rácsban kristályosodnak, a röntgenium térközepes köbös szerkezetben (BCC) kristályosodik, köszönhetően az eltérő elektron-töltéssűrűségének.[3] Nagyon nehéz fém, sűrűsége mintegy 28,7 g/cm3. Összehasonlításképpen, a legnehezebb ismert elem, amelynek megmérték a sűrűségét, az ozmium (22,61 g/cm3). Ez a röntgenium nagy atomtömegének, a lantanoida- és aktinoidakontrakciónak és a relativisztikus hatásoknak az együttes következménye; jóllehet mérhető minta előállítása kivihetetlen lenne, és gyorsan el is bomlana.[2]

A 11. főcsoport stabil elemeinek, a réznek, az ezüstnek és az aranynak hasonló külső elektronszerkezete van: nd10 (n+1)s1. Mindegyik felsorolt atom első gerjesztett állapota az nd9 (n+1)s2 elektronszerkezet. A d-elektronok spin-pálya csatolása miatt ez az állapot több energiaszintre oszlik fel. A réz esetében az alapállapot és az első gerjesztett állapot közti energiakülönbség vöröses színt kölcsönöz a fémnek. Az ezüstnél az energia-rés kiszélesedik, így a fém ezüstössé válik. A rendszám növekedésével azonban a relativisztikus hatások stabilizálják a gerjesztett szinteket, így az aranynál ismét csökken az energia különbség, ezért a fém aranyszínű. A röntgenium esetében a számítások szerint a 6d9 7s2 olyan mértékben stabilizálódott, hogy ez válik az alapállapottá és a 6d10 7s1 lesz az első gerjesztett állapot. Az új alap- és gerjesztett állapot között tapasztalható energia különbség az ezüstéhez hasonló, ezért a röntgenium várhatóan ezüstös megjelenésű.[1] A röntgenium atomsugara várhatóan mintegy 138 pm.[2]

Kémiai jellemzők[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgenium az átmenetifémek 6d sorozatának kilencedik tagja. Mivel koperníciumról (112-es elem) kimutatták, hogy átmenetifém; várhatóan az összes 104-112 rendszámú elem egy negyedik átmenetifém sorozatot alkot.[14] A számítások szerint a röntgenium ionizációs potenciálja, az atom- és ionsugara hasonlít a könnyebb homológjáéra, az aranyéra; így alapvető tulajdonságaiban a 11. főcsoport tagjaira, a rézre, az ezüstre és az aranyra emlékeztethet. A számítások ugyanakkor néhány eltérést is megjósoltak.[2]

A röntgenium az előrejelzések szerint nemesfém. A 11. főcsoport könnyebb elemeinek legstabilabb oxidációs állapotainak alapján, a röntgenium várhatóan stabil a +5, +3 és a -1 oxidációs állapotban, míg kevésbé stabil a +1 állapotban. Az előrejelzések szerint a +3 állapot a legstabilabb. A röntgenium(III) reaktivitása várhatóan összemérhető az arany(III)-mal, de annál sokkal stabilabb és több, változatosabb vegyületet alkot. Az arany relativisztikus hatások miatt valamivel stabilabb -1-es állapotot képez, és erre a röntgenium is képes lehet;[2] azonban a röntgenium várható elektronaffinitása mintegy 1,6 eV, azaz lényegesen alacsonyabb, mint az aranyé (2,3 eV), ezért elképzelhető, hogy a röntgenidek nem stabilak, vagy egyáltalán nem is léteznek.[4] A 6d pályák a relativisztikus hatások és a spin-pálya kölcsönhatások miatt a negyedik átmenetifém sorozat végének közelében destabilizálódnak, így téve sokkal stabilabbá a magasabb oxidációs állapotokat – például a röntgenium(V)-öt és a kopernícium(IV)-et szemben a könnyebb homológjaiknál, az arany(V)-nél és a higany(IV)-nél (ezek mindegyikének csak egy vegyülete ismert) – mivel a 6d elektronok nagyobb mértékben vesznek részt a kötésekben. A spin-pálya kölcsönhatások a több kötésben részt vevő, 6d elektronokkal stabilizálják a molekuláris röntgeniumvegyületeket: például a RgF6 várhatóan stabilabb, mint a RgF4, amely várhatóan stabilabb, mint a RgF2. A röntgenium(I)-et előreláthatólag nehéz elérni.[2][15][16]

A röntgenium valószínűsített kémiája nagyobb érdeklődést kapott, mint az előző két elem, a meitnerium és a darmstadtium; mivel a 11. főcsoport elemei közül, az s vegyérték-alhéj relativisztikusan várhatóan a röntgeniumban kötődik a legerősebben.[2] A molekuláris RgH vegyület számításai azt mutatják, hogy a relativisztikus hatások megduplázzák a röntgenium-hidrogénkötés erejét, annak ellenére is, hogy a spin-pálya kölcsönhatás 0,7 eV-al gyengíti azt. Az AuX és az RgX vegyületeket is megvizsgálták (ahol X: F, Cl, Br, O, Au, vagy Rg).[2][17] Az Rg+ a várakozások szerint a leggyengébb bázis a fémionok közt, gyengébb még az Au+ ionnál is.[18]

Kísérleti kémia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgenium kémiai jellemzőit a röntgenium-izotóp termelő reakciók alacsony produktivitása miatt,[2] még nem határozták meg egyértelműen.[19] Ahhoz, hogy egy transzaktinoidán kémiai vizsgálatokat lehessen elvégezni, legalább négy atomot kell előállítani; valamint a felhasznált izotóp felezési ideje legalább 1 másodperc és a termelési aránynak minimum 1 atom/hét kell legyen.[14] Annak ellenére, hogy a legstabilabb ismert röntgenium izotóp, a 281Rg felezési ideje mindössze 26 másodperc, ez elég hosszú idő ahhoz, hogy a kémiai vizsgálatok lefolytathatóak legyenek. A valódi akadályt a termelési sebesség jelenti, amely jelenleg nem teszi lehetővé a heteken vagy hónapokon át tartó kísérletezést, és így nem érhetőek el statisztikailag szignifikáns eredmények. Az izotóp szétválasztásnak és detekciónak folyamatosnak kell lennie, hogy elválassza a röntgenium-izotópokat, majd egy automata rendszer kísérletezhessen a gázfázisú, illetve az oldatba vitt elemmel; mivel a nehezebb atomok termékhozamai kisebbek, mint a könnyű atomokéi. A röntgenium kísérleti kémiáját ugyanakkor nem övezi akkora figyelem, mint a nehezebb elemeket, például a koperníciumot és a fleroviumot.[2][19]

Izotópjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgenium izotópjainak listája
Izotóp
Felezési
idő[20]
Bomlási
mód[20]
Felfedezés
éve
Reakció
272Rg 3.8 ms ? α 1994 209Bi(64Ni,n)[7]
273Rg 5? ms α ? ismeretlen
274Rg 6.4 ms α 2004 278Uut(—,α)[21]
275Rg 10? ms α ? ismeretlen
276Rg 100? ms α, SF ? ismeretlen
277Rg 1? s α, SF ? ismeretlen
278Rg 4.2 ms α 2006 282Uut(—,α)[22]
279Rg 0.17 s α 2003 287Uup(—,2α)[22]
280Rg 3.6 s α 2003 288Uup(—,2α)[22]
281Rg 26 s α, SF 2009 293Uus(—,3α)[6][23]
282Rg 0.5 s α 2009 294Uus(—,3α)[23]
283Rg 10? min α, SF ? ismeretlen

A röntgeniumnak nincs stabil, a természetben előforduló izotópja. Számos radioaktív izotópját sikeresen szintetizálták laboratóriumban; vagy könnyebb elemek atommagjainak fúziójával, vagy nehezebb elemek közbenső bomlástermékeként. A röntgenium hét különböző izotópjáról számoltak be, melyek atomtömege 272, 274 és 278-282. Ezek közül kettő, a röntgenium-272 és a röntgenium-274 már ismert, de meg nem erősített metastabil állapottal rendelkezik. Minden izotópja alfa-bomló, kivéve a röntgenium-281-et, mely spontán hasad.[20]

Stabilitás és felezési idő[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A röntgenium minden izotópja rendkívül instabil, és radioaktív; általában a nehezebb izotópok sokkal stabilabbak, mint a könnyebbek. A legstabilabb és egyben a második legnehezebb ismert röntgeniumizotóp a 281Rg, felezési ideje 26 másodperc. A 280Rg izotópról feljegyezték, hogy felezési ideje több, mint egy másodperc. A 282Rg és a 279Rg izotóp felezési ideje rendre 0,5 és 0,17 másodperc. A fennmaradó négy izotóp felezési ideje 1 és 10 ms közötti.[20] A felfedezetlen 287Rg izotópról előrejelezték, hogy béta-bomló lévén a legstabilabb;[24] azonban a röntgenium egyetlen ismert izotópjáról sem figyelték meg, hogy béta-bomláson menne keresztül.[20] Az eddig ismeretlen 277Rg és 283Rg izotópok is várhatóan hosszú életűek, körülbelül 1 másodperc és 10 perc felezési idővel. A 278Rg, a 281Rg és a 282Rg izotópok felfedezése előtt azt jósolták, hogy hosszú felezési idővel bírnak (rendre 1 másodperc, 1 perc és 4 perc); azonban bebizonyosodott, hogy ennél rövidebb életűek (rendre 4,2 ms, 26 másodperc és 0,5 másodperc).[20]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b c Turler, A. (2004.). „Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements”. Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences 5 (2), R19–R25. o.  
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Haire, Richard G.. Transactinides and the future elements, The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, 3rd, Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media (2006). ISBN 1-4020-3555-1 
  3. ^ a b c (2011.) „First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals”. Physical Review B 84 (11). DOI:10.1103/PhysRevB.84.113104.  
  4. ^ a b (1975.) „Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties”. Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry 21, 89–144. o. DOI:10.1007/BFb0116498. Hozzáférés ideje: 2013. október 4.  
  5. Chemical Data. Roentgenium - Rg, Royal Chemical Society
  6. ^ a b (2013.) „Experimental studies of the 249Bk + 48Ca reaction including decay properties and excitation function for isotopes of element 117, and discovery of the new isotope 277Mt”. Physical Review C 87 (5). DOI:10.1103/PhysRevC.87.054621.  
  7. ^ a b Hofmann, S. (1995.). „The new element 111”. Zeitschrift für Physik A 350 (4), 281. o. DOI:10.1007/BF01291182.  
  8. Karol et al. (2001.). „On the discovery of the elements 110–112”. Pure Appl. Chem. 73 (6), 959–967. o. DOI:10.1351/pac200173060959.  
  9. (2002.) „New results on elements 111 and 112”. European Physical Journal A 14 (2), 147–157. o. DOI:10.1140/epja/i2001-10119-x.  
  10. Hofmann et al.. „New results on element 111 and 112”, GSI report 2000 (Hozzáférés ideje: 2008. március 2.) 
  11. (2003.) „On the claims for discovery of elements 110, 111, 112, 114, 116, and 118”. Pure Appl. Chem. 75 (10), 1601–1611. o. DOI:10.1351/pac200375101601.  
  12. ^ a b c Corish et al. (2004.). „Name and symbol of the element with atomic number 111”. Pure Appl. Chem. 76 (12), 2101–2103. o. DOI:10.1351/pac200476122101.  
  13. "Three new elements approved", Institute of Physics website, retrieved 4 Nov 2011
  14. ^ a b (2008.) „The Periodic Table and the Platinum Group Metals”. Platinum Metals Review 52 (2), 114. o. DOI:10.1595/147106708X297486.  
  15. (1998.) „The chemistry of the superheavy elements. II. The stability of high oxidation states in group 11 elements: Relativistic coupled cluster calculations for the di-, tetra- and hexafluoro metallates of Cu, Ag, Au, and element 111”. J. Chem. Phys 109 (10), 3935–43. o. DOI:10.1063/1.476993.  
  16. (1998.) „The Stability of the Oxidation State +4 in Group 14 Compounds from Carbon to Element 114”. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 37 (18), 2493–6. o. DOI:<2493::AID-ANIE2493>3.0.CO;2-F 10.1002/(SICI)1521-3773(19981002)37:18<2493::AID-ANIE2493>3.0.CO;2-F.  
  17. (1999.) „Spectroscopic constants of gold and eka-gold (element 111) diatomic compounds: The importance of spin–orbit coupling”. J. Chem. Phys 110 (8), 3730–5. o. DOI:10.1063/1.478237.  
  18. Thayer, John S.. Chemistry of heavier main group elements. DOI:10.1007/9781402099755_2 (2010) 
  19. ^ a b (2012.) „Superheavy elements at GSI: a broad research program with element 114 in the focus of physics and chemistry”. Radiochimica Acta 100 (2), 67–74. o. DOI:10.1524/ract.2011.1842.  
  20. ^ a b c d e f Sonzogni, Alejandro: Interactive Chart of Nuclides. Brookhaven National Laboratory. (Hozzáférés: 2008. június 6.)
  21. (2004.) „Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction 209Bi(70Zn,n)278113”. Journal of the Physical Society of Japan 73 (10), 2593–2596. o. DOI:10.1143/JPSJ.73.2593.  
  22. ^ a b c (2007.) „AIP Conference Proceedings” 912, 235. o. DOI:10.1063/1.2746600.  
  23. ^ a b (2010.) „Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117”. Physical Review Letters 104 (14), 142502. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.104.142502. PMID 20481935.  
  24. Nie, G. K. (2005.). „Charge radii of β-stable nuclei”. Modern Physics Letters A 21 (24), 1889. o. DOI:10.1142/S0217732306020226.  

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Roentgenium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Röntgenium a The Periodic Table of Videos c. műsorban (Nottinghami Egyetem)