Röntgenium

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search
111 darmstadtiumröntgeniumkopernícium
Au

Rg

(Uhu)
   
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
111
Rg
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]

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

Hivatalos felfedezése[szerkesztés]

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:

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]

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]

Fizikai jellemzők[szerkesztés]

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 energiakülönbség, 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]

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]

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]

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, ami spontán hasad.[20]

Stabilitás és felezési idő[szerkesztés]

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 s. 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 s. 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 a felezési idejük (rendre 1 s, 1 perc és 4 perc); azonban bebizonyosodott, hogy ennél rövidebb életűek (rendre 4,2 ms, 26 s és 0,5 s).[20]

Jegyzetek[szerkesztés]

  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, Hozzáférés ideje: 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, 82. o.. 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]

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]

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