Tennessin (Ts): supertežek halogenski kemični element, atomsko število 117

Tennessin (Ts, atomsko število 117): odkrijte lastnosti supertežkega halogena, zgodovino odkritja 2010–2019 in napovedi o metaloidnih značilnostih.

Tennessin (prej Ununseptium) je supertežek kemični element, ki ga je ustvaril človek. Ima simbol Ts in atomsko število 117. Je drugi najtežji po atomskem številu (za elementom 118) in je predzadnji element v sodobnem periodnem sistemu. V periodnem sistemu je v skupini 17, kjer so halogeni, vendar njegove lastnosti še niso povsem znane zaradi izjemno kratkih polovnih časov in dejstva, da so bili ustvarjeni le posamezni atomi. Verjetno je metaloid oziroma ima lastnosti, ki so pod vplivom močnih relativističnih učinkov različnih od lažjih halogenov. Odkritje tennessina so leta 2010 objavili znanstveniki iz Rusije in Združenih držav Amerike. Pri tem so sodelovali. Od leta 2019 je to najnovejši odkriti element.

Odkritje in sinteza

Tennessin so prvič sintetizirali v laboratoriju Joint Institute for Nuclear Research (JINR) v Dubni v sodelovanju z ameriškimi raziskovalnimi ustanovami. Za nastanek atomov elementa 117 so uporabljali fuzijo težkega tarčnega izotopa berkelija (Bk-249) z ionskim snopom kalcija-48 (Ca-48). Reakcije so proizvedle le nekaj atomov izotopov tennessina, ki so takoj razpadli z verigami alfa-razpadov ali s spontanimi cepitvami. Zaradi zelo majhnega števila izotopov in kratkih polovnih časov so bila potrebna dodatna potrjevanja in analiza razpadnih verig, preden je bilo odkritje sprejeto s širšo znanstveno skupnostjo.

Ime in označevanje

Začasno ime elementu je bilo ununseptium (simbol Uus), kar je bila sistematična privzeta oznaka IUPAC-a za nezaključene elemente. Leta 2016 je IUPAC element poimenoval tennessin (simbol Ts) v čast ameriške zvezne države Tennessee in njenih raziskovalnih ustanov, ki so pomembno prispevale k sintezi supertežkih elementov (med njimi Oak Ridge National Laboratory, Univerza Vanderbilt in Univerza Tennessee). Imenovanje je uradno potrdilo mednarodno ime in simbol, ki se zdaj uporablja v literaturi.

Izotopi in razpadi

Doslej opaženi izotopi tennessina imajo zelo kratke polovne čase — vrstni red so milisekunde do nekaj sekund — in so jih ustvarili v izredno majhnem številu atomov. Razpadi se največkrat izrazijo kot alfa-razpadi, po katerih sledijo nadaljnje razpadne verige do bolj znanih produktov, ali pa pride do spontane cepitve. Zaradi teh lastnosti elementa ni mogoče preučevati z običajnimi kemijskimi metodami in večina informacij izvira iz jedrskih meritev in teoretičnih izračunov.

Predvidene kemijske in fizikalne lastnosti

• Elektronska konfiguracija se pri predpostavki slednje periodičnosti navadno zapiše kot [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p5, kar ga postavi kot homologa astatina v skupini halogenov.
• Zaradi velikih relativističnih učinkov pa se pričakujejo odstopanja od vedenja lažjih halogenov: vezi bi lahko bile bolj kovinske ali metaloidne, reaktivnost pa zmanjšana v primerjavi s klorom, bromom ali jodom.
• Fizikalne lastnosti (kot so tališče, vrelišče, agregatno stanje) niso izmerjene; napovedi so izračunane teoretično in jih je težko preveriti brez stabilnejših ali obsežnejših količin izotopov.

Uporaba, varnost in raziskave v prihodnosti

Trenutno Ts nima praktičnih industrijskih ali medicinskih uporab — element se pojavlja zgolj v osnovno-raziskovalnih poskusih. Ker so ustvarjeni le posamezni atomi, je delo omejeno na jedrsko fiziko in preverjanje napovedi teoretičnih modelov, vključno s preiskavami »otoka stabilnosti«, kjer bi lahko obstajali dalj časa obstojni supertežki izotopi. Zaradi visoke radioaktivnosti so vse sinteze in meritve izvedene v specializiranih jedrskih laboratorijih z ustreznimi varnostnimi ukrepi za zaščito osebja in okolja.

Zgodovina

Pred odkritjem

Leta 2004 je skupina Skupnega inštituta za jedrske raziskave (JINR) v Dubni v Moskovski regiji v Rusiji načrtovala poskus sinteze (ustvarjanja) elementa 117. Element se imenuje 117, ker je število protonov v njegovem atomu 117. Za to so morali združiti elementa berkelij (element 97) in kalcij (element 20). Vendar je ameriška ekipa v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge, edini proizvajalec berkelija na svetu, za nekaj časa prenehala izdelovati berkelij. Zato so element 118 najprej sintetizirali s kalifornijem (element 98) in kalcijem.

Ruska ekipa je želela uporabiti berkelij, ker ima izotop kalcija, uporabljen v poskusu, kalcij-48, 20 protonov in 28 nevtronov. To je najlažje stabilno ali skoraj stabilno jedro (srednji del atoma), ki ima veliko več nevtronov kot protonov. Cink-68 je drugo najlažje jedro te vrste, vendar je težje od kalcija-48. Ker ima tenzin 117 protonov, potrebujejo še en atom s 97 protoni, da se povežejo z atomom kalcija, in berkelij ima 97 protonov.

V poskusu se berkelij spremeni v tarčo, kalcij pa se v obliki žarka izstreli na tarčo iz berkelija. Kalcijev žarek je nastal v Rusiji z odstranitvijo majhne količine kalcija-48 iz naravnega kalcija s kemičnimi sredstvi. Jedro, ki bo nastalo po poskusu, bo težje in bo bližje otoku stabilnosti. To je ideja, da so lahko nekateri zelo težki atomi precej stabilni.

Odkritje Tennessine

Leta 2008 je ameriška ekipa ponovno začela ustvarjati berkelij in o tem obvestila rusko ekipo. S programom so izdelali 22 miligramov berkelija, kar je bilo dovolj za poskus. Kmalu zatem so berkelij v 90 dneh ohladili in ga v nadaljnjih 90 dneh s kemičnimi sredstvi naredili čistejšega. Tarčo z berkelijem je bilo treba hitro odpeljati v Rusijo, saj je razpolovna doba uporabljenega izotopa berkelija, berkelija-249, le 330 dni. Z drugimi besedami, po 330 dneh polovica vsega berkelija ne bo več berkelij. Če se poskus ne bi začel šest mesecev po izdelavi tarče, bi ga pravzaprav odpovedali, ker za poskus niso imeli dovolj berkelija. Poleti 2009 so tarčo zapakirali v pet svinčenih zabojnikov in jo s komercialnim letom poslali iz New Yorka v Moskvo.

Obe ekipi sta se morali pred pošiljanjem tarče z berkelijem soočiti z birokratsko oviro med Ameriko in Rusijo, da bi ta pravočasno prispela v Rusijo. Vendar so se še vedno pojavljale težave: Ruska carina zaradi manjkajočih ali nepopolnih papirjev dvakrat ni dovolila, da bi tarča z berkelijem vstopila v državo. Čeprav je tarča petkrat prečkala Atlantski ocean, je celotno potovanje trajalo le nekaj dni. Ko je tarča končno prispela v Moskvo, so jo poslali v Dimitrovgrad v Oblaku Uljanovsk. Tu so tarčo namestili na tanko titanovo folijo (plast). Ta folija je bila nato poslana v Dubno, kjer so jo namestili v pospeševalnik delcev JINR. Ta pospeševalnik delcev je najmočnejši pospeševalnik delcev na svetu za ustvarjanje supertežkih elementov.

Poskus se je začel junija 2009. Januarja 2010 so znanstveniki iz Flerovega laboratorija za jedrske reakcije v laboratoriju objavili, da so odkrili razpad novega elementa z atomskim številom 117 v dveh razpadnih verigah. Izotop z neparno številko opravi šest razpadov alfa, preden pride do spontane (nenadne) cepitve. Izotop z liho in sodo vrednostjo opravi 3 alfa razpade pred cepitvijo. Uradno poročilo je bilo objavljeno 9. aprila 2010 v reviji Physical Review Letters. Pokazalo je, da sta izotopa, ki sta bila omenjena v razpadnih verigah,²⁹⁴ Ts in²⁹³ Ts. Izotopa sta bila izdelana na naslednji način:

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

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

Tarča iz berkelija, ki se uporablja za sintezo tennessina v obliki raztopine

Vprašanja in odgovori

V: Kakšen je simbol za Tennessine?

V: Kakšno je atomsko število tennessina?

V: V katero skupino periodnega sistema spada tennessin?

V: Katere so nekatere njegove lastnosti?

V: Kdo je odkril tennessin in kdaj je bilo to objavljeno?

V: Ali se trenutno uporablja za kaj drugega kot za raziskovalne namene?

V: Kako je dobil svoje ime?

Išči po črki