Ливерморий: Жасанды Химиялық Элементтің Ашылуы мен Тарихы
Livermorium
Ливерморий – 116 атомдық нөмірі бар, зертханада ғана жасалған радиоактивті элемент. АҚШ және Ресейлік ғалымдардың бірлескен ашылысы, 2012 жылы IUPAC мойындады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
Livermorium is a synthetic chemical element; it has symbol Lv and atomic number 116. It is an extremely radioactive element that has only been created in a laboratory setting and has not been observed in nature. The element is named after the Lawrence Livermore National Laboratory in the United States, which collaborated with the Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Russia, to discover livermorium during experiments conducted between 2000 and 2006. The name of the laboratory refers to the city of Livermore, California, where it is located, which in turn was named after the rancher and landowner Robert Livermore. The name was adopted by IUPAC on May 30, 2012. Yuri Oganessian and his team at the Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR) in the Joint Institute for Nuclear Research (JINR) subsequently attempted the reaction in 1978 and met failure. In 1985, in a joint experiment between Berkeley and Peter Armbruster's team at GSI, the result was again negative, with a calculated cross section limit of 10–100 pb. Work on reactions with 48Ca, which had proved very useful in the synthesis of nobelium from the natPb+48Ca reaction, nevertheless continued at Dubna, with a superheavy element separator being developed in 1989, a search for target materials and starting of collaborations with LLNL being started in 1990, production of more intense 48Ca beams being started in 1996, and preparations for long term experiments with 3 orders of magnitude higher sensitivity being performed in the early 1990s. This work led directly to the production of new isotopes of elements 112 to 118 in the reactions of 48Ca with actinide targets and the discovery of the 5 heaviest elements on the periodic table: flerovium, moscovium, livermorium, tennessine, and oganesson. In 1995, an international team led by Sigurd Hofmann at the Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt, Germany attempted to synthesise element 116 in a radiative capture reaction (in which the compound nucleus de excites through pure gamma emission without evaporating neutrons) between a lead 208 target and selenium 82 projectiles. No atoms of element 116 were identified.
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.
Using Mendeleev's nomenclature for unnamed and undiscovered elements, livermorium is sometimes called eka polonium. In 1979 IUPAC recommended that the placeholder systematic element name ununhexium (Uuh) be used until the discovery of the element was confirmed and a name was decided. Although widely used in the chemical community on all levels, from chemistry classrooms to advanced textbooks, the recommendations were mostly ignored among scientists in the field, who called it "element 116", with the symbol of E116, (116), or even simply 116. The discovery of livermorium was recognized by the Joint Working Party (JWP) of IUPAC on 1 June 2011, along with that of flerovium. but it was later decided to use this name for element 115 instead. The name livermorium and the symbol Lv were adopted on May 23, 2012. The name recognises the Lawrence Livermore National Laboratory, within the city of Livermore, California, US, which collaborated with JINR on the discovery. The city in turn is named after the American rancher Robert Livermore, a naturalized Mexican citizen of English birth.
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.
Other than nuclear properties, no properties of livermorium or its compounds have been measured; this is due to its extremely limited and expensive production and the fact that it decays very quickly. Properties of livermorium remain unknown and only predictions are available.
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.
Livermorium is expected to be near an island of stability centered on copernicium (element 112) and flerovium (element 114). Due to the expected high fission barriers, any nucleus within this island of stability exclusively decays by alpha decay and perhaps some electron capture and beta decay. While the known isotopes of livermorium do not actually have enough neutrons to be on the island of stability, they can be seen to approach the island, as the heavier isotopes are generally the longer lived ones. depending on the excitation energy of the compound nucleus produced. In hot fusion reactions, very light, high energy projectiles are accelerated toward very heavy targets (actinides), giving rise to compound nuclei at high excitation energy (~40–50 MeV) that may either fission or evaporate several (3 to 5) neutrons. In cold fusion reactions (which use heavier projectiles, typically from the fourth period, and lighter targets, usually lead and bismuth), the produced fused nuclei have a relatively low excitation energy (~10–20 MeV), which decreases the probability that these products will undergo fission reactions. As the fused nuclei cool to the ground state, they require emission of only one or two neutrons. Hot fusion reactions tend to produce more neutron rich products because the actinides have the highest neutron to proton ratios of any elements that can presently be made in macroscopic quantities. Important information could be gained regarding the properties of superheavy nuclei by the synthesis of more livermorium isotopes, specifically those with a few neutrons more or less than the known ones – 286Lv, 287Lv, 289Lv, 294Lv, and 295Lv. This is possible because there are many reasonably long lived isotopes of curium that can be used to make a target. The synthesis of the heavy isotopes 294Lv and 295Lv could be accomplished by fusing the heavy curium isotope curium 250 with calcium 48. The cross section of this nuclear reaction would be about 1 picobarn, though it is not yet possible to produce 250Cm in the quantities needed for target manufacture. Recently it has been shown that the multi nucleon transfer reactions in collisions of actinide nuclei (such as uranium and curium) might be used to synthesize the neutron rich superheavy nuclei located at the island of stability, although formation of the lighter elements nobelium or seaborgium is more favored. In relation to livermorium atoms, it lowers the 7s and the 7p electron energy levels (stabilizing the corresponding electrons), but two of the 7p electron energy levels are stabilized more than the other four. The stabilization of the 7s electrons is called the inert pair effect, and the effect "tearing" the 7p subshell into the more stabilized and the less stabilized parts is called subshell splitting. Computation chemists see the split as a change of the second (azimuthal) quantum number l from 1 to 1/2 and 3/2 for the more stabilized and less stabilized parts of the 7p subshell, respectively: the 7p1/2 subshell acts as a second inert pair, though not as inert as the 7s electrons, while the 7p3/2 subshell can easily participate in chemistry. The electron of a hydrogen like livermorium atom (oxidized so that it only has one electron, Lv115+) is expected to move so fast that it has a mass 1.86 times that of a stationary electron, due to relativistic effects. For comparison, the figures for hydrogen like polonium and tellurium are expected to be 1.26 and 1.080 respectively. Spin orbit interactions are expected to make the Lv–H bond longer than expected from periodic trends alone, and make the H–Lv–H bond angle larger than expected: this is theorized to be because the unoccupied 8s orbitals are relatively low in energy and can hybridize with the valence 7p orbitals of livermorium. The heavier livermorium dihalides are predicted to be linear, but the lighter ones are predicted to be bent.
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.
Unambiguous determination of the chemical characteristics of livermorium has not yet been established. In 2011, experiments were conducted to create nihonium, flerovium, and moscovium isotopes in the reactions between calcium 48 projectiles and targets of americium 243 and plutonium 244. The targets included lead and bismuth impurities and hence some isotopes of bismuth and polonium were generated in nucleon transfer reactions. This, while an unforeseen complication, could give information that would help in the future chemical investigation of the heavier homologs of bismuth and polonium, which are respectively moscovium and livermorium.