Tennessine (Ts) — 117-es elem: szupernehéz halogén ismertető

Fedezd fel a Tennessine (Ts, 117) szupernehéz halogén titkait: felfedezés, lehetséges metalloid tulajdonságok, kémiai jellemzők és kutatási eredmények.

A Tennessine (korábban Ununseptium) az ember által előállított szupernehéz kémiai elem. Jelképe Ts, atomi száma 117. Ez a második legnehezebb elem, és az utolsó előtti elem. A periódusos rendszer 17. csoportjában található, ahol a halogének vannak. Tulajdonságai még nem teljesen ismertek. Valószínűleg egy metalloid. A tennessin felfedezését 2010-ben jelentették be oroszországi és amerikai tudósok. Együttműködtek. Ez a legújabban felfedezett elem 2019-től.

Rövid összefoglaló

• Vegyjel: Ts
• Atomi szám: 117
• Periódus, csoport: 7. periódus, 17. csoport (halogénekhez tartozó hely)
• Felfedezés: Első megfigyelések 2010-ben, nemzetközi együttműködés eredményeként (orosz és amerikai kutatócsoportok).
• Elnevezés: A név a Tennessee állam után kapta, tiszteletben tartva a helyi intézmények hozzájárulását (például az Oak Ridge National Laboratory és más tennessee-i egyetemek és kutatóhelyek szerepét a berkelium előállításában).

Felfedezés és előállítás

A tennessint mesterségesen állították elő nehéz ionok ütköztetésével. A sikeres kísérletekben berkelium-249 (249Bk) célanyagot bombáztak kálcium-48 (48Ca) ionokkal, ami magfúziós reakciók révén hozta létre az új atommagokat. A kísérletek eredményeként született izotópok a magenergia elvezetésétől függően különböző neutronkiválasztási csatornákon keresztül jelentek meg (például 3n vagy 4n csatorna), így több rövid életű izotóp volt kimutatható.

Izotópok és stabilitás

Az eddig előállított és megfigyelt tennessin-izotópok rendkívül rövid felezési idejűek; nincs stabil vagy tartósan létező izotóp. Emiatt a tennessin kémiai tulajdonságait még nem lehetett közvetlenül nagy mintán tanulmányozni: a kísérletek atomnyi vagy nagyon kis számban előforduló atomok kimutatására korlátozódnak. A rövid élettartam miatt az anyag gyakorlatilag nem gyűjthető fel halmazállapotú formában.

Kémiai és fizikai tulajdonságok (előrejelzések)

Mivel nem áll rendelkezésre makroszkopikus mennyiség és a kísérleti kémia csak rendkívül korlátozott, a tennessin tulajdonságairól elsősorban elméleti számítások és relativisztikus kvantumkémiai modellek adnak információt. Néhány állítható jellemző:

• Elektronkonfiguráció (előrejelzett): a periódusos rendszer alapján valószínűsíthető konfiguráció a [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p5, tehát a külső héjon öt 7p-elektron található.
• Oxidációs állapotok: a csoportbeli hasonlóságok ellenére relativisztikus hatások miatt a tennessin vegyértéke és kémiai viselkedése eltérhet a könnyebb halogénektől. Számítások szerint mind negatív (-1) mind pozitív oxidációs állapotok (például +1, +3) előfordulhatnak; azonban ezek kimérése még nem történt meg kísérletileg.
• Fizikai tulajdonságok: olvadási és forráspontok, sűrűség és színbeli jellemzők csak becslések: a tennessin valószínűleg fémes vagy fémes-metalloid jellegű viselkedést mutathat, de ezt a kortárs számítások és a csoportbeli trendek alapján mondjuk.
• Relativisztikus hatások: a nagyon nagy atommag töltés következtében a belső elektronpályák mozgása relativisztikussá válik, ez jelentősen befolyásolja a kémiai tulajdonságokat és a vegyértékelektronok viselkedését.

Miért fontos a tennessin?

A tennessin és más szupernehéz elemek előállítása elsősorban alapkutatás: segít feltárni az atommagok stabilitását, a nukleáris reakciók mechanizmusát és a periódusos rendszer kiterjeszthetőségét. Az ilyen elemek tanulmányozása hozzájárul a kvantumkémia és a magfizika elméleti modelljeinek teszteléséhez, valamint a relatív hatások szerepének jobb megértéséhez a kémiai kötésekben.

Biztonság és gyakorlati megjegyzések

Mivel csak nyomnyi mennyiségben és rövid életű izotópokban létezik, a tennessinnek nincs közvetlen ipari vagy gyakorlati alkalmazása. Az előállításához használt radioaktív célanyagok és detektálási módszerek miatt a kutatások szigorú biztonsági és radiológiai szabályok betartása mellett folynak.

Összegzés

A tennessine egy rendkívül nehéz, mesterséges elem, amely a periódusos rendszer 17. csoportjába van besorolva. Bár jellegzetes kémiai tulajdonságairól még csak elméleti prognózisok léteznek, a felfedezése és vizsgálata fontos lépés a szupernehéz elemek kutatásában. A további kísérletek és technológiai fejlesztések lehetővé tehetik majd a tennessin kémiai viselkedésének közvetlen vizsgálatát is.

Történelem

A felfedezés előtt

2004-ben az oroszországi Dubnában (Moszkvai terület) működő Közös Nukleáris Kutatóintézet (JINR) csapata kísérletet tervezett a 117-es elem szintézisére (létrehozására). Azért nevezik 117-es elemnek, mert atomjában a protonok száma 117. Ehhez a berkélium (97-es elem) és a kalcium (20-as elem) elemeket kellett összeolvasztaniuk. Az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium amerikai csapata azonban, amely a világon az egyetlen berkéliumgyártó, egy időre leállította a berkélium előállítását. Ezért először kalifornium (98-as elem) és kalcium felhasználásával szintetizálták a 118-as elemet.

Az orosz csapat azért akarta a berkéliumot használni, mert a kísérletben használt kalcium-48 izotópnak 20 protonja és 28 neutronja van. Ez a legkönnyebb stabil vagy majdnem stabil atommag (az atom középső része), amelyben sokkal több a neutron, mint a proton. A cink-68 a második legkönnyebb ilyen atommag, de nehezebb a kalcium-48-nál. Mivel a tennessinnek 117 protonja van, a kalciumatomhoz egy másik, 97 protonos atomra van szükségük, és a berkéliumnak 97 protonja van.

A kísérletben a berkéliumból céltáblát készítenek, és a kalciumot sugár formájában a berkélium céltáblára lövik. A kalciumnyalábot Oroszországban úgy hozzák létre, hogy a természetes kalciumból kémiai úton eltávolítják a kis mennyiségű kalcium-48-at. A kísérlet után készülő atommag nehezebb lesz, és közelebb van a stabilitás szigetéhez. Ez az az elképzelés, hogy néhány nagyon nehéz atom meglehetősen stabil lehet.

Tennessine felfedezése

2008-ban az amerikai csapat újra nekilátott a berkélium előállításának, és erről tájékoztatták az orosz csapatot. A program során 22 milligramm berkéliumot készítettek, és ez elég volt a kísérlethez. Nem sokkal később a berkéliumot 90 nap alatt lehűtötték, és további 90 nap alatt kémiai úton tisztábbá tették. A berkélium céltárgyat gyorsan Oroszországba kellett vinni, mert a berkélium használt izotópjának, a berkélium-249-nek a felezési ideje mindössze 330 nap. Más szóval 330 nap elteltével a berkélium fele már nem lesz berkélium. Valójában, ha a kísérletet nem kezdték volna el hat hónappal a céltárgy elkészítése után, akkor azt törölték volna, mert nem volt elég berkélium a kísérlethez. 2009 nyarán a céltáblát öt ólomkonténerbe csomagolták, és egy kereskedelmi járattal New Yorkból Moszkvába küldték.

Mindkét csapatnak szembe kellett néznie az Amerika és Oroszország közötti bürokratikus akadállyal, mielőtt elküldték volna a berkélium célpontot, hogy az időben megérkezzen Oroszországba. Azonban még mindig akadtak problémák: Az orosz vámhatóság kétszer sem engedte be a berkélium céltáblát az országba a hiányzó vagy hiányos papírok miatt. Bár a céltárgy ötször is átrepült az Atlanti-óceánon, az egész út mindössze néhány napot vett igénybe. Amikor a céltábla végül Moszkvába érkezett, az Uljanovszki területre, Dimitrovgradba küldték. Itt a céltáblát egy vékony titánfilmre (rétegre) helyezték. Ezt a filmet aztán Dubnába küldték, ahol a JINR részecskegyorsítóban helyezték el. Ez a részecskegyorsító a világ legnagyobb teljesítményű részecskegyorsítója a szupernehéz elemek előállítására.

A kísérlet 2009 júniusában kezdődött. 2010 januárjában a Flerov Nukleáris Reakciók Laboratóriumának tudósai a laboratóriumon belül bejelentették, hogy két bomlási láncon keresztül egy új, 117-es atomi számú elem bomlását találták meg. A páratlan számú izotóp 6 alfa-bomlást hajt végre, mielőtt spontán (hirtelen) hasadást hajtana végre. A páratlan-páratlan izotóp 3 alfa-bomlást hajt végre a hasadás előtt. A Physical Review Letters folyóiratban 2010. április 9-én hivatalos jelentés jelent meg. Ebből kiderült, hogy a bomlási láncokban említett izotópok a²⁹⁴ Ts és a²⁹³ Ts. Az izotópok a következőképpen készültek:

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

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

A tennessin szintéziséhez használt berkélium céltárgy oldott formában

Kérdések és válaszok

K: Mi a Tennessin szimbóluma?

K: Mi a Tennessin atomi száma?

K: A periódusos rendszer melyik csoportjába tartozik a Tennessin?

K: Milyen tulajdonságai vannak?

K: Ki fedezte fel a Tennessint, és mikor jelentették be?

K: Használják-e jelenleg kutatási célokon kívül másra is?

K: Honnan kapta a nevét?

Keresés betűvel