Кіріспе

Лоренций – синтетикалық химиялық элемент, символы Lr (бұрын Lw) және атомдық нөмірі 103. Ол циклотрон ойлап тапқан, көптеген жасанды радиоактивті элементтерді ашуға пайда болған құрылғының авторы Эрнест Лоуренс құрметіне аталған. Лоренций – радиоактивті металл, он бірінші трансуран элементі және актинидтер қатарының соңғы мүшесі. 100-ден жоғары атомдық саны бар барлық элементтер сияқты, лоренцийді тек бөлшектерді үдеткіште, жеңіл элементтерді зарядталған бөлшектермен бомбалау арқылы ғана алуға болады. Қазіргі уақытта лоренцийдің он төрт изотопы белгілі; ең тұрақтысы – 266Lr, оның жартылай ыдырау периоды 11 сағат, бірақ химияда көбінесе 260Lr (жартылай ыдырау периоды 2,7 минут) қолданылады, себебі оны ірі көлемде өндіруге болады. Химиялық тәжірибелер лоренцийдің периодтық жүйеде лютецийдің ауыр гомологы ретінде қасиет танытатынын және үшвалентті элемент екенін растайды. Осылайша, оны 7-ші периодтың бірінші өтпелі металлы деп жіктеуге болады. Оның электрондық конфигурациясы периодтық кестедегі орнына сәйкес емес, гомологы лютецийдің s2d конфигурациясы орнына s2p конфигурациясына ие. Дегенмен, бұл лоренцийдің химиялық қасиеттеріне әсер етпейді. 1950-ші, 1960-шы және 1970-ші жылдары КСРО мен АҚШ-тағы зертханалардан лоренцийді синтездеу туралы әртүрлі сападағы көптеген мәлімдемелер жасалды. Элементтің ашылуына басымдық және оның атауы кеңес және американ ғалымдары арасында дау тудырды. Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы (IUPAC) бастапқыда лоренцийді элементтің ресми атауы деп бекітіп, ашылу құрметін американдық командаға берді. Бірақ 1997 жылы бұл қайта қаралып, екі команда да ашылуға бірдей үлес қосты деп танылды, бірақ элементтің атын өзгертуге қол жеткізілмеді.

Кіріспе

Аса ауыр элемент

Химиялық

1949 жылы актинидтер тұжырымдамасын жасаған Гленн Т. Сиборг 103-ші элементтің (ларенций) соңғы актинид болатынын және Lr³⁺ ионының сулы ерітіндіде Lu³⁺ ионындай тұрақты болатынын болжады. Бірақ ондаған жылдар өткен соң ғана 103-ші элемент синтезделді және бұл болжам тәжірибе жүзінде расталды. 1969 жылғы зерттеулер көрсеткендей, ларенций хлормен реакцияласып, LrCl₃ трихлоридін құрайтын өнімді түзеді. Оның ұшпақтығы курий, фермий және нобелий хлоридтеріне ұқсас, ал рутерфордий хлоридінен әлдеқайда төмен екені анықталды. 1970 жылы 256Lr-дің 1500 атомымен химиялық зерттеулер жүргізіліп, оны еківалентті (No, Ba, Ra), үшвалентті (Fm, Cf, Cm, Am, Ac) және төртвалентті (Th, Pu) элементтермен салыстырды. Ларенцийдің үшвалентті иондармен бірге экстракцияланғаны анықталды, бірақ 256Lr-дің қысқа жартылай өмір мерзімі элюция тізбегінде Md³⁺-дан бұрын элюцияланғанын растауға мүмкіндік бермеді. Лауренциум дигидридінің (LrH₂) молекуласында лауренциумның 6d орбиталы, лантан дигидридінен (LaH₂) айырмашылығы, байланысқа қатыспайды деп күтіледі. LaH₂-де La–H байланысы 2,158 Å, ал LrH₂-де Lr–H байланысы 2,042 Å болуы керек, себебі байланысқа қатысатын 7s және 7p орбиталдарының релятивистік жиырылуы мен тұрақтандырылуы, 5f және 6d субқабықтарының ядролық сипаттағы болуына байланысты. Жалпы, молекулалық LrH₂ және LrH тиісті таллий түрлеріне (таллийдің газ фазасында 6s²6p¹ валенттік конфигурациясы бар, лауренцийдің 7s²7p¹ сияқты) қарағанда лантинид түрлеріне көбірек ұқсайды деп күтіледі. Lr⁺ және Lr²⁺ иондарының электрондық конфигурациялары тиісінше 7s² және 7s¹ болады деп күтіледі. Алайда, лауренциумның барлық үш валентті электроны ионданып, кем дегенде формальды түрде Lr³⁺ катионын беретін жағдайларда, лауренциумның типикалық актинид және лютецийдің ауыр аналогы сияқты әрекет етуі күтіледі, әсіресе лауренциумның алғашқы үш иондану энергиясы лютецийдің энергиясына ұқсас болады деп болжанады. Сондықтан таллийден айырмашылығы, бірақ лютеций сияқты, лауренций LrH₃-ты LrH-дан қалыптастыруға бейімді, ал LrCO сонымен қатар белгісіз LuCO-ға ұқсас болады деп күтіледі, екі металдың да монокарбонилінде σ²π¹ валенттік конфигурациясы бар. pπ–dπ байланысы LrCl₃-де, LuCl₃-де және жалпы LnCl₃-де де күтіледі. [Lr(C₅H₄SiMe₃)₃]⁻ кешенді анионы лауренций үшін 6d¹ конфигурациясымен тұрақты болады деп күтіледі; бұл 6d орбиталы оның ең жоғары орналасқан молекулалық орбиталы болады. Бұл құрылымы лютецийдің аналогты қосылысының электрондық құрылысына ұқсас.

Атомдық

Лоренцийдің үш валентті электроны бар: 5f электрондары атом ядросында орналасқан. 1970 жылы лоренцийдің негізгі электрондық конфигурациясы Aufbau принципі бойынша [Rn]5f146d17s2 (жердегі терминдік символ 2D3/2) болып, лоренцийдің жеңіл гомологы лютецийдің [Xe]4f145d16s2 конфигурациясына сәйкес келетіндігі болжалданды. Бірақ келесі жылы бұл болжамды күмәнге ұшыратып, аномальды [Rn]5f147s27p1 конфигурациясын күткен есептеулер жарияланды. Соңғы зерттеулер мен есептеулер s2p ұсынысын растайды. 1974 жылғы салыстырмалы есептеулер екі конфигурация арасындағы энергия айырмашылығының аз екендігіне және негізгі күйдің қайсы екендігі белгісіз екендігіне қол жеткізді. Кейбір сілтілі металдардың мінез-құлқы болжалғанымен, адсорбция эксперименттері лоренцийдің сілтілі металдар сияқты моновалентті емес, скандий мен иттрий сияқты үшвалентті екенін көрсетеді. 2021 жылы лоренцийдің екінші иондалу энергиясының төменгі шегі (>13,3 eV) эксперименталды түрде табылды. Қазір s2p - лоренций атомның негізгі күй конфигурациясы деп танылса да, ds2 - қоздырғыштық энергиясы 0,156 eV, 0,165 eV немесе 0,626 eV деп есептелетін төмен күйдегі қоздырғыштық конфигурация болуы керек. Алайда, қысқа өмір сүретін изотоптар химиялық тәжірибелерде қолданылады, өйткені 266Lr қазіргі уақытта тек одан да ауыр және қиын элементтердің соңғы ыдырауы ретінде ғана өндірілуі мүмкін: ол 2014 жылы 294Ts ыдырауының тізбегінде табылды. Барлық басқа лауренций изотоптарының жартылай жойылу мерзімі 5 минуттан аз, ал олардың ең қысқасы (251Lr) 24,4 миллисекундты құрайды. Лоренций изотоптарының жартылай ыдырау мерзімі 251Lr-ден 266Lr-ге дейін бірқалыпты түрде өседі, 257Lr-ден 259Lr-ге дейін төмендейді. Ең ауыр және ең ұзақ өмір сүретін екі белгілі изотоп, 264Lr және 266Lr, дубнийдің ыдыраған өнімдері ретінде, тек төмен өнімділікпен ғана өндірілуі мүмкін, олардың аталары московий мен теннесин изотоптары болып табылады. 256Lr және 260Lr екіінің де жартылай жойылу мерзімі өте қысқа, сондықтан толық химиялық тазарту процесіне жол берілмейді. Сондықтан 256Lr-мен жасалған алғашқы тәжірибелерде тез еріткішпен экстракциялау қолданылды, органикалық фаза ретінде метилизобутилкетонда (MIBK) ерітілген хелат құралы - теноилтрифторацетон (TTA) және буферленген ацетат ерітіндісі ретінде сулы фаза қолданылды. Әр түрлі зарядты (+2, +3 немесе +4) иондар әр түрлі рН диапазонында органикалық фазаға бөлінеді, бірақ бұл әдіс үш қуатты актинидтерді бөліп алмайды, сондықтан 256Lr оның шығарылған 8,24 MeV альфа бөлшектері арқылы анықталуы керек. Соңғы әдістер α HIB-пен жылдам селективті элюция жасауға мүмкіндік берді, бұл ұзақ өмір сүретін 260Lr изотобын бөліп алуға жеткілікті уақыт берді, оны 0,05 М соляр қышқылымен ұстағыш фольгадан алып тастауға болады.