Tennessiin (Ts, 117): üliraske element — omadused ja avastamine

Tennessiin (Ts, 117) — üliraske element; avastamine 2010, teadaolevad omadused, võimalik metalloid, 17. rühm halogeenide hulgas. Loe avastamisest ja omadustest.

Tennessiin (endine ununseptium) on üliraske keemiline element, mida inimene on valmistanud. Selle sümbol on Ts ja aatomiarv 117. See asub perioodilisustabelis 7. perioodil ja kuulub 17. rühma, kus asuvad halogeenid. Tema omadused ei ole veel täielikult teada; tõenäoliselt on tegemist metalloidiga või halogeenile omaste keemiliste tunnustega ainega, kuid tugevad relativistlikud efektid muudavad tema käitumise ennustamise keeruliseks.

Avastamine ja nimepanek

Tennessiini avastamisest teatasid 2010. aastal Venemaa ja Ameerika Ühendriikide teadlased. Nad tegid koostööd JINR-i (Dubna), Lawrence Livermore'i ja Oak Ridge'i uurimisinstituutide vahel; Oak Ridge'i labori roll berkelium-249 tootmisel oli eriti oluline. Süntees toimus tuumade kokkupõrkel, kus berkelium-249 (Bk-249) sihtmõrka lasti bombardeerida kaltsium-48 (Ca-48) ioonide vooga, mille tulemusena tekkisid vaid mõned aatomid elementist 117.

IUPAC kinnitas nime "tennessine" ametlikult 2016. aastal; nimi austab Tennessee osariiki, kus asub mitu olulist uurimisinstituuti (sh Oak Ridge National Laboratory ja ülikoolid), mis panustasid avastustöösse.

Süntees, isotoobid ja stabiilsus

Tennessiin on täielikult sünteetiline ja looduses ei esine. Seni on valmistatud vaid väga vähesed aatomid ja teadaolevad isotoobid on äärmiselt radioaktiivsed. Isotoobid lagunevad üldjuhul alfa-kiirguse ja teise või kolmanda astme järjestikuste beeta-/alfa-lammutuste kaudu, ning nende eluea pikkus on tavaliselt väga lühike — kõigest millisekunditest kuni sekunditeni. Selline lühike poolestusaeg piirab oluliselt võimalusi tennessini keemiliste omaduste otsekatseliseks uurimiseks.

Keemilised ja füüsikalised omadused

Kuna katseid on äärmiselt vähe, põhinevad paljud tennessiini kohta tehtud järeldused teoreetilistel mudelitel ja rühma-17 liikmete võrdlusel. Oodatav elektronkonfiguratsioon on ligikaudu [Rn]5f14 6d10 7s2 7p5, mis viitab halogeenidele omasele 7p‑elektroni olukorrale. Relativistlikud efektid (tuumast väga kiirelt liikuvate elektronide massi ja energia muutused) võivad siiski 7p‑elektronide korral tuua kaasa ootamatuid omadusi: näiteks stabiliseerida 7p1/2 elektroni ja vähendada elemendi halogeeni-laadset reaktsioonivõimet.

Teoreetiliselt võib tennessiinil olla negatiivne oksüdeerumisaste (–1) sarnaselt teistele halogeenidele, kuid potentsiaalsed positiivsed oksüdeerumisastmed (+1 või +3) on samuti ennustatud. Tema ained võivad käituda rohkem metalliliste või metalloidselt võrreldes kergemate halogeenidega, kuid lõplikud keemilised omadused on alles uurimise all.

Kasutus ja teaduslik tähendus

Tennessiinil pole praktilisi rakendusi — toodetud kogused on liiga väikesed ja isotoobid liiga ebastabiilsed. Selle suurim väärtus on fundamentaaluuringutes: tennessiin aitab uurida tuumafüüsika iseärasusi üli­raskete elementide puhul, testida tuumimudelite ennustusi ja mõista relativistlike efektide mõju keemiale. Samuti aitab see täpsustada, kus asub nn "stabiilsuse saare" piirkond superraskete tuumade hulgas.

Ohutus

Sünteesitud tennessini aatomid on väga radioaktiivsed ja esinevad ainult tähtedes ja laborikatsedeks mõeldud väikestes kogustes; töötlemine toimub rangelt kontrollitud tuumauuringute tingimustes spetsiaalsete seadmete ja kiirguskaitsega.

Kokkuvõte: Tennessiin (Ts, aatomiarv 117) on hiljuti avastatud sünteetiline üli­raskekeemiline element, mille omadusi on suuresti ennustatud teooria abil. Avastamiskatse toimusid 2010. aastal Venemaa–USA koostöös ning ametlik nimi kinnitati 2016. aastal. Kuna teadaolevad isotoobid elavad äärmiselt lühikest aega, jääb paljude tennessiini keemiliste ja füüsikaliste omaduste täpne määratlemine tulevaste uuringute ülesandeks.

Ajalugu

Enne avastamist

2004. aastal kavandas Teadusuuringute Ühisinstituudi (JINR) meeskond Dubnas, Moskva oblastis, Venemaal eksperimenti elemendi 117 sünteesimiseks (loomiseks). Seda nimetatakse elemendiks 117, sest selle aatomi prootonite arv on 117. Selleks oli vaja sulatada elemendid berkelium (element 97) ja kaltsium (element 20). Ameerika meeskond Oak Ridge'i riiklikus laboratooriumis, mis on ainus berkeliumi tootja maailmas, oli aga mõneks ajaks lõpetanud berkeliumi tootmise. Seega sünteesisid nad elemendi 118 kõigepealt kaliforniumi (element 98) ja kaltsiumi abil.

Vene meeskond soovis kasutada berkeliumi, sest eksperimendis kasutatud kaltsiumi isotoobi, kaltsium-48, omab 20 prootonit ja 28 neutronit. See on kõige kergem stabiilne või peaaegu stabiilne aatomituum (aatomi keskmine osa), millel on palju rohkem neutroneid kui prootoneid. Tsink-68 on teine kergeim selline tuum, kuid see on raskem kui kaltsium-48. Kuna tennessiinil on 117 prootonit, siis vajavad nad kaltsiumi aatomiga ühendamiseks veel ühte 97 prootoniga aatomit, ja berkeliumil on 97 prootonit.

Eksperimendis tehakse berkeliumist sihtmärk ja kaltsium tulistatakse kiirena berkeliumi sihtmärgile. Kaltsiumikiir luuakse Venemaal, eemaldades looduslikust kaltsiumist väikese koguse kaltsium-48 keemiliste vahenditega. Pärast eksperimenti tehtud tuum on raskem ja on stabiilsuse saarele lähemal. See on idee, et mõned väga rasked aatomid võivad olla üsna stabiilsed.

Tennessine'i avastamine

2008. aastal alustas Ameerika meeskond taas berkeliumi loomist ja nad rääkisid sellest Venemaa meeskonnale. Programmiga tehti 22 milligrammi berkeliumi ja sellest piisab eksperimendi jaoks. Varsti pärast seda jahutati berkeliumi 90 päeva jooksul ja muudeti see keemiliste vahenditega puhtamaks veel 90 päeva jooksul. Berkeliumi sihtmärk tuli kiiresti Venemaale viia, sest kasutatava berkeliumi isotoobi, berkelium-249, poolväärtusaeg on vaid 330 päeva. Teisisõnu, 330 päeva pärast ei ole pool kogu berkeliumist enam berkelium. Tegelikult, kui eksperimenti ei oleks alustatud kuus kuud pärast sihtmärgi valmistamist, oleks see tühistatud, sest neil ei olnud eksperimendi jaoks piisavalt berkeliumi. 2009. aasta suvel pakiti sihik viide pliikonteinerisse ja saadeti kommertslennuga New Yorgist Moskvasse.

Mõlemad meeskonnad pidid enne berkeliumi sihtmärgi saatmist seisma silmitsi bürokraatliku takistusega Ameerika ja Venemaa vahel, et see jõuaks õigeaegselt Venemaale. Siiski tekkisid veel probleemid: Venemaa toll ei lasknud berkeliumi sihtmärki kahel korral puuduvate või mittetäielike paberite tõttu riiki siseneda. Kuigi sihtmärk ületas Atlandi ookeani viis korda, kestis kogu teekond vaid paar päeva. Kui sihtmärk lõpuks Moskvasse jõudis, saadeti see Dimitrovgradi, Uljanovski oblastisse. Siin paigutati sihik õhukesele titaanikile (kihile). Seejärel saadeti see kile Dubnasse, kus see paigutati JINRi osakeste kiirendisse. See osakeste kiirendi on maailma võimsaim osakeste kiirendi üliraske elemendi loomiseks.

Katse algas 2009. aasta juunis. Jaanuaris 2010 teatasid Flerovi tuumareaktsioonide laboratooriumi teadlased laboris, et nad on leidnud kahe lagunemisahela kaudu uue elemendi aatominumbriga 117 lagunemise. See paaritu isotoop teeb enne spontaanset (äkilist) lõhustumist 6 alfahajumist. Paaritu-paaritu isotoop teeb enne lõhustumist 3 alfahajumist. 9. aprillil 2010 avaldati ametlik aruanne ajakirjas Physical Review Letters. See näitas, et lagunemisahelates nimetatud isotoobid olid²⁹⁴ Ts ja²⁹³ Ts. Isotoope tehti järgmiselt:

²⁴⁹Bk +⁴⁸ Ca →²⁹⁷ Ts* →²⁹⁴ Ts + 3 n (1 sündmus)

²⁴⁹Bk +⁴⁸ Ca →²⁹⁷ Ts* →²⁹³ Ts + 4 n (5 sündmust)

Berkeliumi sihtmärk, mida kasutatakse tennessiini sünteesiks, lahusena

Küsimused ja vastused

K: Mis on Tennessine sümbol?

K: Milline on tennessiini aatomiarv?

K: Millisesse rühma perioodilisustabelis kuulub tennessiin?

K: Millised on selle omadused?

K: Kes avastas tennessiini ja millal sellest teatati?

K: Kas seda kasutatakse praegu muuks kui teaduslikuks otstarbeks?

K: Kuidas see sai oma nime?

Otsing