Кіріспе

Ливерморий – синтетикалық химиялық элемент, символы Lv, атомдық нөмірі 116. Бұл өте радиоактивті элемент, ол тек зертхана жағдайында ғана жасалған және табиғатта кездеспейді. Элементтің атауы АҚШ-тағы Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасының құрметіне берілген. Бұл зертхана 2000-2006 жылдар аралығында жүргізілген тәжірибелер барысында ливерморийді ашу үшін Ресейдің Дубна қаласындағы Ядролық зерттеулер жөніндегі бірлескен институтымен (JINR) бірлесіп жұмыс істеген. Зертхананың атауы Калифорния штатындағы Ливермор қаласымен байланысты, ал қаланың аты Роберт Ливермор деген ранчер мен жер иесінің есімімен аталған. Атау IUPAC ұйымы 2012 жылдың 30 мамырында қабылдады. Юрий Оганесян және Ядролық зерттеулер жөніндегі бірлескен институтының (JINR) Флеров ядролық реакциялар зертханасының (FLNR) командасы бұл реакцияны 1978 жылы сынап, сәтсіздікке ұшырады. 1985 жылы Беркли және Питер Армбрустердің GSI командасы арасындағы бірлескен эксперимент теріс нәтиже берді, есептелген қима шегі 10–100 пб құрады. Дегенмен, Дубнада natPb + 48Ca реакциясынан нобелий синтездеуде өте пайдалы болған 48Ca реакциялары бойынша жұмыстар жалғасты. 1989 жылы суперауыр элементтерді бөлуге арналған аппарат құрылды, 1990 жылы мақсатты материалдарды іздеу және LLNL-мен ынтымақтастық басталып, 1996 жылы 48Ca сәулелерін өндіру жұмыстары қолға алынды, ал 1990-жылдардың басында 3 есе жоғары сезімталдықпен ұзақ мерзімді эксперименттерге дайындық жүргізілді. Бұл жұмыс тікелей 48Ca мен актинидтердің реакцияларында 112-ден 118-ге дейінгі элементтердің жаңа изотоптарын жасауға және периодтық кестедегі ең ауыр 5 элементті – флеровий, московий, ливерморий, теннессин және оганесонды ашуға әкелді. 1995 жылы Германияның Дармштадт қаласындағы Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) ұйымының Зигурд Хофманн басқаратын халықаралық команда 208 қорғасын нысанасы мен 82 селен снарядтары арасындағы радиациялық тұтқындау реакциясы (ядролық қосылыс таза гамма-сәулелену арқылы нейтрондарды буландырмайтын реакция) арқылы 116-шы элементті синтездеуге тырысты. Бірақ 116-шы элементтің атомдары анықталған жоқ.

Атау беру

Менделеевтің аталмаған және ашылмаған элементтерге арналған номенклатурасын пайдалана отырып, ливермориум кейде эка полоний деп аталады. 1979 жылы IUPAC элементтің ашылуы расталғанша және атауы белгіленгенше, уақытша элемент атауы ununhexium (Uuh) қолданылуын ұсынды. Химиялық қауымдастықта, химия сабақтарынан бастап жоғары деңгейдегі оқулықтарға дейін кеңінен қолданылса да, бұл ұсыныстар көбінесе сала мамандары арасында назарсыз қалды, олар оны "116 элемент" деп атады, E116 символымен (116) немесе тіпті жай ғана 116. Ливермориумның ашылуы IUPAC-тың Бірлескен жұмыс тобы (JWP) 2011 жылдың 1 маусымында флеровиуммен бірге мойындады, бірақ кейін бұл атау 115-ші элементке берілді. Ливермориум атауы мен Lv символы 2012 жылдың 23 мамырында бекітілді. Атау АҚШ-тың Калифорния штатындағы Ливермор қаласында орналасқан Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасын құрметтейді, ол JINR-мен бірлесіп осы жаңалықты ашты. Ал қала өз кезегінде ағылшын туған, мексикалық азамат болған американдық шаруа Роберт Ливермордың құрметіне аталған.

Болжалған қасиеттері

Ядролық қасиеттерінен басқа, ливерморийдің немесе оның қосылыстарының ешқандай қасиеті өлшенбеген; мұның себебі оның өте шектеулі және қымбат өндірілуі және оның өте жылдам ыдырайтыны болғандықтан. Ливерморийдің қасиеттері әлі белгісіз, тек болжамдар ғана қол жетімді.

Ядролық тұрақтылық және изотоптар

Ливерморий коперницийдің (112 элемент) және флеровийдің (114 элемент) ортасындағы тұрақтандыру аралының жанында орналасқан деп күтіледі. Күтілетін жоғары ядролық бөліну кедергілеріне байланысты, осы тұрақтандыру аралындағы кез келген ядро тек альфа-бөліну және, мүмкін, электронды тұтқындау мен бета-бөліну арқылы ыдырайды. Ливерморийдің белгілі изотоптары тұрақтандыру аралында болу үшін жеткілікті нейтрондарына ие болмаса да, олар осы аралға жақындап келе жатқандай көрінеді, себебі ауыр изотоптар әдетте ұзақ өмір сүреді, бұл қосылған ядроның қоздыру энергиясына байланысты. Жылулық синтез реакцияларында өте жеңіл, жоғары энергиялы бөлшектер өте ауыр нысаналарға (актинидтерге) қарай үдетіледі, нәтижесінде жоғары қоздыру энергиясымен (~40–50 МэВ) қосылған ядролар пайда болады, олар бірнеше (3–5) нейтронды бөліп шығаруы немесе булануы мүмкін. Суық синтез реакцияларында (әдетте төртінші периодтан ауыр бөлшектер мен жеңіл нысаналар, әдетте қорғасын мен висмут қолданылады) түзілген қосылған ядролардың қоздыру энергиясы салыстырмалы түрде төмен (~10–20 МэВ), бұл осы өнімдердің ядролық бөліну реакциясына түсу ықтималдығын азайтады. Қосылған ядролар негізгі күйге дейін салқындағанда, олар тек бір немесе екі нейтронды шығаруын қажет етеді. Жылулық синтез реакциялары актинидтердің қазіргі уақытта макроскопиялық мөлшерде жасалуы мүмкін элементтердің кез келгенінен протонға шаққандағы нейтрондардың ең жоғары қатынасына ие болғандықтан, нейтронға бай өнімдерді көбірек тудырады. Ливерморийдің қосымша изотоптарын, әсіресе белгілі 286Lv, 287Lv, 289Lv, 294Lv және 295Lv изотоптарынан бірнеше нейтроны артық немесе кем изотоптарды синтездеу арқылы аса ауыр ядролардың қасиеттері туралы маңызды ақпарат алуға болады. Бұл мүмкін, өйткені мақсатты жасау үшін қолданылатын көптеген ұзақ өмір сүретін курий изотоптары бар. 294Lv және 295Lv ауыр изотоптарын синтездеуге ауыр курийдің 250 изотопын кальцийдің 48 изотопымен біріктіру арқылы қол жеткізуге болады. Бұл ядролық реакцияның қимасы шамамен 1 пикобарнға тең, бірақ 250Cm-ді мақсатты өндіріске қажетті мөлшерде өндіру әлі мүмкін емес. Жақында актинидтер ядроларының (мысалы, уран мен курий) соқтығысуындағы көп нуклондық алмасу реакциялары тұрақтандыру аралында орналасқан нейтронға бай аса ауыр ядроларды синтездеу үшін қолданылуы мүмкін екендігі көрсетілді, бірақ нобелий немесе себоргий сияқты жеңіл элементтердің түзілуі ықтимал. Ливерморий атомдарына қатысты, ол 7s және 7p электрондық энергия деңгейлерін төмендетеді (сәйкес электрондарды тұрақтандырады), бірақ 7p электрондық энергия деңгейлерінің екеуі қалған төртеуінен көбірек тұрақтандырылады. 7s электрондарының тұрақтандырылуы инертті жұп эффектісі деп аталады, ал 7p субқабығының тұрақтанған және тұрақтанбаған бөліктерге "бөлінуі" субқабықтың бөлінуі деп аталады. Есептеуші химиктер бұл бөлінуді екінші (азимуттық) кванттық санның l-дің 7p субқабығының тұрақтанған және тұрақтанбаған бөліктері үшін 1-ден 1/2-ге және 3/2-ге өзгеруі ретінде қарастырады: 7p1/2 субқабығы екінші инертті жұп ретінде әрекет етеді, бірақ 7s электрондары сияқты инертті емес, ал 7p3/2 субқабығы химиялық реакцияларға оңай қатыса алады. Ливерморий атомы сияқты сутегінің электроны (тек бір электроны бар Lv115+ тотығу күйіне дейін тотыққан) салыстырмалылық эффектілеріне байланысты, ол тұрақты электроннан 1,86 есе көп массаға ие болуы тиіс, сондықтан ол өте жылдам қозғалады деп күтіледі. Салыстыру үшін, полоний және теллур сияқты сутегінің көрсеткіштері тиісінше 1,26 және 1,080 болуы күтіледі. Спин-орбиталық өзара әсерлер Lv–H байланысын тек периодтық үрдістерден күтілгеннен ұзағырақ етеді және H–Lv–H байланысы бұрышын күткеннен үлкен етеді: бұл теория бойынша, бос 8s орбиталдарының энергиясы салыстырмалы түрде төмен және олар ливерморийдің валентті 7p орбиталдарымен гибридтелуі мүмкін. Ауыр ливерморий дигалогенидтері сызықтық, ал жеңілдері бүгілген болуы күтіледі.

Эксперименталды химия

Ливермориумның химиялық қасиеттерін нақты анықтау әлі толыққанды белгіленбеген. 2011 жылы 48-кальций оқ-дәрілері мен 243-америций және 244-плутоний нысаналары арасындағы реакцияларда нихоний, флеровий және московий изотоптарын жасауға тәжірибелер жүргізілді. Нысаналарға қорғасын мен висмут қоспалары кіргендіктен, нуклондық алмасу реакцияларында висмут пен полонийдің кейбір изотоптары пайда болды. Бұл күтпеген қиындық болғанымен, висмут пен полонийдің ауыр гомологтарын, яғни московий мен ливерморийді, болашақта химиялық тұрғыдан зерттеуге көмектесетін мәліметтер беруі мүмкін.