Borowina - Bohrium
| Bohrium | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wymowa |
/ B ɔːr i ə m / ( słuchania ) ( BOR -ee-əm ) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Liczba masowa | [270] (niepotwierdzone: 278) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Bohrium w układzie okresowym | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Liczba atomowa ( Z ) | 107 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupa | grupa 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Okres | okres 7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Blok | d-blok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Konfiguracja elektronów | [ Rn ] 5f 14 6d 5 7s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektrony na powłokę | 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Właściwości fizyczne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Faza w STP | nieznana faza (przewidywana) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gęstość (w pobliżu rt ) | 26-27 g / cm 3 (przewidywane) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Właściwości atomowe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stany utleniania | ( +3 ), ( +4 ), ( +5 ), +7 (w nawiasach: przewidywanie ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energie jonizacji | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Promień atomowy | empiryczne: 128 pm (przewidywane) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Promień kowalencyjny | 141 po południu (szacunkowo) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inne właściwości | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Naturalne występowanie | syntetyczny | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Struktura krystaliczna | sześciokątny gęstego upakowania (HCP) (przewidywane) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS | 54037-14-8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Historia | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nazewnictwo | według Nielsa Bohr | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Odkrycie | Gesellschaft für Schwerionenforschung (1981) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Główne izotopy bohru | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bohrium to syntetyczny pierwiastek chemiczny o symbolu Bh i liczbie atomowej 107. Jego nazwa pochodzi od duńskiego fizyka Nielsa Bohra . Jako pierwiastek syntetyczny może być wytwarzany w laboratorium, ale nie występuje w naturze. Wszystkie znane izotopy bohru są niezwykle radioaktywne ; najbardziej stabilnym znanym izotopem jest 270 Bh z okresem półtrwania wynoszącym około 61 sekund, chociaż niepotwierdzony 278 Bh może mieć dłuższy okres półtrwania wynoszący około 690 sekund.
W układzie okresowym jest to d-blokowy pierwiastek transaktynidowy . Jest członkiem 7 okresu i należy do grupy 7 pierwiastków jako piąty członek 6d serii metali przejściowych . Doświadczenia chemiczne potwierdziły, że bor zachowuje się jak cięższy homolog do renu w grupie 7. Właściwości chemiczne boru są scharakteryzowane tylko częściowo, ale dobrze porównują się z chemią pozostałych pierwiastków z grupy 7.
Wstęp
| Wideo zewnętrzne | |
|---|---|
 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 początkowej 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 jego 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 jak dotąd 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
Odkrycie
Dwie grupy twierdziły, że odkryto pierwiastek . Dowody na obecność bohru zostały po raz pierwszy zgłoszone w 1976 roku przez sowiecki zespół badawczy kierowany przez Jurija Oganessiana , w którym cele z bizmutu-209 i ołowiu -208 zostały zbombardowane przyspieszonymi jądrami chromu- 54 i manganu- 55. Zaobserwowano dwie aktywności, jedną z okresem półtrwania od jednej do dwóch milisekund, a drugą z około pięciosekundowym okresem półtrwania. Ponieważ stosunek natężeń tych dwóch działań była stała w czasie eksperymentu, zaproponowano, że pierwszy był z izotopów bohrium-261, a drugi był z jego córką Dubnium -257. Później izotop dubnium został skorygowany do dubnium-258, który rzeczywiście ma pięciosekundowy okres półtrwania (dubnium-257 ma jednosekundowy okres półtrwania); jednak okres półtrwania zaobserwowany dla jego rodzica jest znacznie krótszy niż okresy półtrwania obserwowane później w ostatecznym odkryciu bohru w Darmstadt w 1981 roku. Grupa Robocza IUPAC / IUPAP Transfermium (TWG) stwierdziła, że podczas gdy dubniu-258 był prawdopodobnie widziany w tym eksperymencie dowody na produkcję jego macierzystego bohru-262 nie były wystarczająco przekonujące.
W 1981 roku niemiecki zespół badawczy kierowany przez Petera Armbrustera i Gottfrieda Münzenberga w GSI Helmholtz Center for Heavy Jon Research (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) w Darmstadt zbombardował cel bizmutu-209 przyspieszonymi jądrami chromu-54, aby wytworzyć 5 atomów izotop bohr-262:
Odkrycie to zostało dodatkowo potwierdzone szczegółowymi pomiarami łańcucha rozpadu alfa wytwarzanych atomów boru do wcześniej znanych izotopów fermu i kalifornu . IUPAC IUPAP Transfermium Group (TWG) / robocza uznała współpracę GSI jako oficjalne odkrywców w swoim raporcie 1992.
Proponowane nazwy
We wrześniu 1992 roku niemiecka grupa zaproponowała nazwę nielsbohrium z symbolem Ns na cześć duńskiego fizyka Nielsa Bohra . Radzieccy naukowcy ze Zjednoczonego Instytutu Badań Jądrowych w Dubnej w Rosji zasugerowali nadanie tej nazwy pierwiastkowi 105 (który ostatecznie został nazwany dubnium), a zespół niemiecki chciał uznać zarówno Bohra, jak i fakt, że zespół z Dubnej był pierwszym zaproponować reakcję zimnej fuzji w celu rozwiązania kontrowersyjnego problemu nazewnictwa pierwiastka 105. Zespół z Dubnej zgodził się z propozycją nazewnictwa pierwiastka 107 przygotowaną przez grupę niemiecką.
Pojawiła się kontrowersja nazewnictwa elementów, jak należy nazwać elementy od 104 do 106; IUPAC przyjęty unnilseptium (symbol Uns ) jako tymczasowy, systematycznej nazwy elementu dla tego elementu. W 1994 r. komitet IUPAC zalecił, aby pierwiastek 107 nazwać bohrium , a nie nielsbohrium , ponieważ nie było precedensu w używaniu pełnej nazwy naukowca w nazewnictwie pierwiastka. Odkrywcy sprzeciwiali się temu, ponieważ istniały pewne obawy, że nazwa ta może zostać pomylona z borem, aw szczególności z rozróżnieniem nazw ich odpowiednich oksyanionów , bohratu i boranu . Sprawa została przekazana duńskiemu oddziałowi IUPAC, który mimo to głosował za nazwą bohrium , dzięki czemu w 1997 roku nazwa bohrium dla pierwiastka 107 została uznana na arenie międzynarodowej; nazwy odpowiednich oksyanionów boru i bohru pozostają niezmienione pomimo ich homofonii.
Izotopy
| Izotop |
Pół życia |
Tryb zaniku |
Rok odkrycia |
Reakcja |
|---|---|---|---|---|
| 260 Bh | 35 ms | α | 2007 | 209 Bi( 52Cr ,n) |
| 261 Bh | 11,8 ms | α | 1986 | 209 Bi( 54Cr ,2n) |
| 262 Bh | 84 ms | α | 1981 | 209 Bi( 54Cr ,n) |
| 262m Bh | 9,6 ms | α | 1981 | 209 Bi( 54Cr ,n) |
| 264 Bh | 0,97 s | α | 1994 | 272 Rs (-, 2α) |
| 265 Bh | 0,9 sekundy | α | 2004 | 243 Am ( 26 Mg, 4n) |
| 266 Bh | 0,9 sekundy | α | 2000 | 249 Bk ( 22 Ne, 5n) |
| 267 Bh | 17 lat | α | 2000 | 249 Bk ( 22 Ne, 4n) |
| 270 Bh | 61 lat | α | 2006 | 282 Nh(-,3α) |
| 271 Bh | 1,2 s | α | 2003 | 287 Mc(—,4α) |
| 272 Bh | 9,8 s | α | 2005 | 288 Mc(—,4α) |
| 274 Bh | 40 sekund | α | 2009 | 294 T(—,5α) |
| 278 Bh | 11,5 minuty? | SF | 1998? | 290 Fl(e − ,ν e 3α)? |
Bohrium nie ma stabilnych ani naturalnie występujących izotopów. W laboratorium zsyntetyzowano kilka radioaktywnych izotopów, albo przez fuzję dwóch atomów, albo przez obserwację rozpadu cięższych pierwiastków. Doniesiono o dwunastu różnych izotopach boru o masach atomowych 260–262, 264–267, 270–272, 274 i 278, z których jeden, bor-262, ma znany stan metastabilny . Wszystko to oprócz niepotwierdzonego rozpadu 278 Bh tylko w wyniku rozpadu alfa, chociaż przewiduje się, że niektóre nieznane izotopy bohru ulegną spontanicznemu rozszczepieniu.
Lżejsze izotopy mają zwykle krótsze okresy półtrwania; zaobserwowano okresy półtrwania poniżej 100 ms dla 260 Bh, 261 Bh, 262 Bh i 262 M Bh. 264 Bh, 265 Bh, 266 Bh i 271 Bh są bardziej stabilne po około 1 s, a 267 Bh i 272 Bh mają okres półtrwania około 10 s. Najcięższe izotopy są najbardziej stabilne, przy czym 270 Bh i 274 Bh mają zmierzone okresy półtrwania odpowiednio około 61 s i 40 s, a jeszcze cięższy niepotwierdzony izotop 278 Bh wydaje się mieć jeszcze dłuższy okres półtrwania wynoszący około 690 s.
Najbardziej bogate w protony izotopy o masach 260, 261 i 262 zostały wytworzone bezpośrednio przez fuzję na zimno, te o masie 262 i 264 zostały odnotowane w łańcuchach rozpadu meitneru i rentgenu, podczas gdy izotopy bogate w neutrony o masach 265, 266, 267 powstało w wyniku napromieniowania celów aktynowych. Pięć najbardziej bogatych w neutrony o masach 270, 271, 272, 274 i 278 (niepotwierdzonych) pojawia się w łańcuchach rozpadów odpowiednio 282 Nh, 287 Mc, 288 Mc, 294 Ts i 290 Fl. Te jedenaście izotopów ma okres półtrwania w zakresie od około dziesięciu milisekund dla 262 m Bh do około jednej minuty dla 270 Bh i 274 Bh, rozciągający się do około dwunastu minut dla niepotwierdzonych 278 Bh, jednego z najdłużej żyjących znanych superciężkich nuklidów.
Przewidywane właściwości
Zmierzono bardzo niewiele właściwości bohru lub jego związków; wynika to z bardzo ograniczonej i drogiej produkcji oraz z faktu, że bohr (i jego rodzice) bardzo szybko się rozkładają. Zmierzono kilka pojedynczych właściwości chemicznych, ale właściwości metalicznego boru pozostają nieznane i dostępne są tylko przewidywania.
Chemiczny
Bohrium jest piątym członkiem 6d serii metali przejściowych i najcięższym członkiem grupy 7 w układzie okresowym, poniżej manganu , technetu i renu . Wszyscy członkowie grupy łatwo przedstawiają swój stan utlenienia grupy wynoszący +7, a stan staje się bardziej stabilny w miarę opadania grupy. Oczekuje się, że bohr utworzy stabilny stan +7. Technet również wykazuje stabilny stan +4, podczas gdy ren wykazuje stabilne stany +4 i +3. Bohrium może zatem pokazywać również te niższe stany. Wyższy stopień utlenienia +7 jest bardziej prawdopodobny w oksyanionach, takich jak nadbohran, BhO−
4, analogicznie do lżejszego nadmanganianu , nadtechnecjanu i nadrenianu . Niemniej jednak bor (VII) prawdopodobnie będzie niestabilny w roztworze wodnym i prawdopodobnie będzie łatwo redukowany do bardziej stabilnego boru (IV).
Wiadomo, że technet i ren tworzą lotne heptoksydy M 2 O 7 (M = Tc, Re), więc bor powinien również tworzyć lotny tlenek Bh 2 O 7 . Tlenek powinien rozpuścić się w wodzie tworząc kwas nadborowy HBhO 4 . Ren i technet tworzą szereg tlenohalogenków z halogenowania tlenku. Chlorowanie tlenku tworzy tlenochlorki MO 3 Cl, więc w tej reakcji powinien powstać BhO 3 Cl. Fluorowanie prowadzi do MO 3 F i MO 2 F 3 dla cięższych pierwiastków oprócz związków renu ReOF 5 i ReF 7 . Dlatego tworzenie tlenofluorku bohru może pomóc we wskazaniu właściwości eka-renu. Ponieważ tlenochlorki są asymetryczne i powinny one mieć coraz większe dipolowych momentów zejście z grupy, powinny one stać się mniej lotny w kolejności TcO 3 Cl> Reo 3 Cl> BHO 3 Cl: ta została eksperymentalnie potwierdzona w 2000 roku przez pomiar entalpii z adsorpcja tych trzech związków. Wartości dla TcO 3 Cl i ReO 3 Cl wynoszą odpowiednio -51 kJ/mol i -61 kJ/mol; eksperymentalna wartość dla BhO 3 Cl wynosi -77,8 kJ/mol, bardzo blisko teoretycznie oczekiwanej wartości -78,5 kJ/mol.
Fizyczne i atomowe
Oczekuje się, że bohrium będzie ciałem stałym w normalnych warunkach i przyjmie heksagonalną, gęsto upakowaną strukturę krystaliczną ( c / a = 1,62), podobną do lżejszego kongeneru renu. Wczesne przewidywania Fricke oszacowały jego gęstość na 37,1 g/cm 3 , ale nowsze obliczenia przewidują nieco niższą wartość 26-27 g/cm 3 .
Oczekuje się, że promień atomowy bohru wyniesie około 128 pm. Ze względu na relatywistyczną stabilizację orbitalu 7s i destabilizację orbitalu 6d przewiduje się, że jon Bh + będzie miał konfigurację elektronową [Rn] 5f 14 6d 4 7s 2 , dając elektron 6d zamiast 7s, co jest przeciwieństwem zachowania lżejszych homologów manganu i technetu. Z drugiej strony ren podąża za cięższym kongenerem bohrem, rezygnując z elektronu 5d przed elektronem 6s, ponieważ efekty relatywistyczne stały się znaczące w szóstym okresie, gdzie powodują między innymi żółty kolor złota i niską temperaturę topnienia z rtęcią . Oczekuje się, że jon Bh 2+ będzie miał konfigurację elektronową [Rn] 5f 14 6d 3 7s 2 ; natomiast oczekuje się, że jon Re 2+ będzie miał konfigurację [Xe] 4f 14 5d 5 , tym razem analogiczną do manganu i technetu. Oczekuje się, że promień jonowy heptawalentnego boru heksakoordynacyjnego wynosi 58 μm (siedmiowartościowy mangan, technet i ren mają wartości odpowiednio 46, 57 i 53 μm). Pięciowartościowy bor powinien mieć większy promień jonowy 83 pm.
Chemia eksperymentalna
W 1995 roku pierwszy raport na temat próby izolacji pierwiastka nie powiódł się, co skłoniło do nowych badań teoretycznych w celu zbadania, jak najlepiej zbadać bohr (przy użyciu jego lżejszych homologów technetu i renu dla porównania) i usunąć niepożądane elementy zanieczyszczające, takie jak trójwartościowe aktynowce , grupa 5 pierwiastków i polon .
W 2000 roku potwierdzono, że chociaż efekty relatywistyczne są ważne, bohr zachowuje się jak typowy pierwiastek grupy 7. Zespół z Instytutu Paula Scherrera (PSI) przeprowadził reakcję chemiczną przy użyciu sześciu atomów 267 Bh wytworzonych w reakcji między jonami 249 Bk i 22 Ne. Powstałe węgla zostały thermalised i poddaje reakcji z HCl / O 2 mieszaniny z utworzeniem lotnego tlenochlorek. W wyniku reakcji powstały również izotopy jego lżejszych homologów, technetu (jako 108 Tc) i renu (jako 169 Re). Zmierzono krzywe izotermicznej adsorpcji i dały one mocne dowody na tworzenie lotnego tlenochlorku o właściwościach podobnych do tlenochlorku renu. To stawia bor jako typowego członka grupy 7. W tym eksperymencie zmierzono entalpie adsorpcji tlenochlorków technetu, renu i boru, co bardzo dobrze zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi i sugeruje sekwencję zmniejszania lotności tlenochlorku w dół grupy 7 TcO 3 Cl> Reo 3 Cl> BHO 3 Cl.
- 2 godziny + 3 godziny
2+ 2 HCl → 2 BhO
3Cl + H
2
Długożyciowe ciężkie izotopy bohru, produkowane jako pochodne cięższych pierwiastków, oferują korzyści dla przyszłych eksperymentów radiochemicznych. Chociaż ciężki izotop 274 Bh wymaga do jego produkcji rzadkiego i wysoce radioaktywnego celu, jakim jest berkel , izotopy 272 Bh, 271 Bh i 270 Bh można łatwo wytworzyć jako pochodne łatwiej wytwarzanych izotopów moscovium i nihonium .
Uwagi
Bibliografia
Bibliografia
- Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; i in. (2017). „Ocena NUBASE2016 właściwości jądrowych”. Fizyka chińska C . 41 (3): 030001. Kod Bib : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
- Beiser, A. (2003). Koncepcje fizyki współczesnej (wyd. 6). McGraw-Hill. Numer ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC 48965418 .
- Hoffmana, DC ; Ghiorso, A .; Seaborg, GT (2000). Ludzie z Transuranu: Historia wewnętrzna . Światowy Naukowy . Numer ISBN 978-1-78-326244-1.
- Kragh, H. (2018). Od transuranicznych do superciężkich pierwiastków: historia sporu i stworzenia . Springer . Numer ISBN 978-3-319-75813-8.
- Zagrzebajew, W.; Karpow, A.; Greiner, W. (2013). „Przyszłość badań nad superciężkimi pierwiastkami: które jądra mogą zostać zsyntetyzowane w ciągu najbliższych kilku lat?”. Journal of Physics: Seria konferencji . 420 (1): 012001. arXiv : 1207,5700 . Kod Bib : 2013JPhCS.420a2001Z . doi : 10.1088/1742-6596/420/1/012001 . ISSN 1742-6588 . S2CID 55434734 .
Zewnętrzne linki
-
Multimedia związane z Bohrium w Wikimedia Commons - Bohrium w układzie okresowym filmów wideo (University of Nottingham)
