Oganesson

Oganesson; simgesi Og, atom numarası 118 olan yapay bir elementtir. Periyodik tablonun p bloğunda yer alır ve 7. periyodun son elementidir. Soy gazlar olarak adlandırılan 18. grupta yer alsa da, bu gruptaki tek yapay elementtir ve diğer soy gazların aksine reaktif olduğu tahmin edilir. Keşfedilen elementler içinde en büyük atom numarasına ve atom kütlesine sahip olanıdır. Radyoaktif bir element olan oganesson, 1 milisaniyeden az yarı ömrüyle son derece kararsızdır. Önceki tahminlerin aksine gaz değil, göreli etkilerden ötürü normal koşullar altında bir katı ve ya yarı iletken (yarı metal) ya da bir zayıf metal olduğu öngörülür. Elementin, varlığı teyit edilmiş bir izotopu ya da sentezlenmiş bir bileşiği yoktur.

İlk olarak 2002'de, Dubna, Rusya'da bulunan Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsünde sentezlenen elemente ununoktiyum geçici adı verildi. Aralık 2015'te, Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği ve Uluslararası Temel ve Uygulamalı Fizik Birliği ortak çalışma grubu tarafından tanınan dört yeni element arasında yer aldı. Resmî olarak 28 Kasım 2016'da Yuri Oganesyan'a ithafen adlandırıldı. 2005'ten beri 294Og izotopunun beş (muhtemelen altı) atomu tespit edilebildi.

Soy gaz grubunun keşfiyle birlikte helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radonun ardından yedinci bir soy gazın var olma ihtimali gündeme geldi. Argonun 1894'teki keşfinin ardından Nisan 1895'te Julius Thomsen, halojen ile alkali metal grupları arasında köprü olabilecek, argona benzer bir inert gaz serisi olduğunu öngördü. Bu serinin yedinci elementinin, toryum ve uranyumun bulunduğu 32 elementten oluşan 7. periyodu sonlandıracağını ve kütle numarasının 292 olacağını tahmin ediyordu. 1922'de Niels Bohr, yedinci soy gazın atom numarasının 118 olması gerektiğini belirterek elektron diziliminin, günümüzdeki tahminlere uyumlu olacak şekilde 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8 şeklinde olduğunu öngördü. 1965'te yazdığı bir makalede Aristid von Grosse, bu olası elementin muhtemel özelliklerini tahmin etti. 1975'teki makalesinde Kenneth Pitzer, göreli etkilerden dolayı 118. elementin bir gaz ya da uçucu bir sıvı olması gerektiğini öne sürdü.

Ne diğer laboratuvarlar ne de Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarındaki araştırmacıların bu sonuçları tekrar elde edememesi üzerine ekip, 2001'de bir tekzip yayımladı. Haziran 2002'de laboratuvarın direktörü, bu iki elementin keşfi iddiasının, makalelerin baş yazarı Victor Ninov'un uydurma verilerinden türediğini duyurdu. İlerleyen yıllarda elde edilen deneysel sonuçlar ve teorik öngörüler, kurşun ile bizmut hedefli reaksiyonların tesir kesitlerinin, reaksiyon sonucunda oluşan nüklidin atom numarası büyüdükçe üstel olarak azaldığını gösteriyordu.

Bozunma ürünü 290Lv, 14 milisaniyelik ömrünün ardından 286Fl'ye bozunurken 286Fl ise sonrasında ya kendiliğinden fisyona uğruyor ya da alfa bozunması geçirerek kendiliğinden fisyona uğrayacak olan 282Cn'ye bozunuyordu.

Görece düşük füzyon reaksiyonu olasılığından (tahmini füzyon tesir kesiti 0,3 pb = (3-6)×10−41 m2 idi) dolayı deney, dört ay sürdü. Deneyi gerçekleştirenler, tespitlerin şans eseri olma ihtimali 100.000'de birden az olmasından ötürü sonucun yanlış pozitif olmadığından "büyük oranda emin"di. Bu gözlemler, süper ağır elementleri üretme amacıyla gerçekleştirilen füzyon reaksiyonlarında yaygın görülen bir safsızlık durumunun bir örneği olarak 294Og'nin bozunma enerjisinin 212mPo'nunkiyle aynı olmasından ötürü 2005'te, daha fazla oganesson atomunun üretimini amaçlayan deney gerçekleştirilene kadar açıklanmadı. 2005'teki deneyde, 32 MeV ile 37 MeV değerinde uyarılma enerjisine sahip olması beklenen 294Og bileşiği çekirdeği elde etme amacıyla 2002'deki deneye göre daha yüksek enerjili (251 MeV) 48Ca ışınları ile daha kalın (0,34 mg/cm2) 249Cf hedefi kullanıldı. İlk deneyde elde edilen üç bozunma zincirinin yanı sıra iki olay daha gözlemlendi.

9 Ekim 2006'da, 2002'deki deneyin sonuçlarıyla, kaliforniyum-249 atomları ile kalsiyum-48 iyonlarının çarpıştırılması ile üretilen toplam üç (muhtemelen dört) oganesson-294 atomunun doğrudan olmayan yöntemle tespit edildiği duyuruldu.

2011'de, Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), 2006'da açıklanan sonuçları değerlendirerek "Z=118 izotopu için elde edilen üç sonuç, kendi içinde çok iyi artıklığı olsa da, bilinen bir çekirdeğe dair herhangi bir dayanak olmamasından ötürü keşif kriterlerinin sağlanmadığı" sonucuna vardı.

Elementin daha ağır bir izotopu olan 295Og'nin bir atomunun, 2011 yılında Darmstadt, Almanya'daki GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırma Merkezinde, 120. elementin sentezlenmesi amacıyla 248Cm+54Cr reaksiyonunun gerçekleştirildiği bir deneyde sentezlenmiş olması muhtemel olsa da, elde edilen verilerdeki kesin olmayan kısımlar nedeniyle gözlemlenen zincir, kesin olarak 299120 ve 295Og ile ilişkilendirilemedi. Elde edilen verilere göre 295Og 181, 294Og ise 0,7 milisaniyelik yarı ömre sahipti.

Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği ve Uluslararası Temel ve Uygulamalı Fizik Birliği (IUPAP) üyelerinden oluşan Ortak Çalışma Grubu Aralık 2015'te; 2009 ve 2010 yıllarında Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarında, 294Og'nin torunu 286Fl'nin özellikleri ile 2012'de JINR'de gözlemlenen 294Og'nin başka bir kararlı bozunma zincirinin teyit edilmesi sonucunda, 118. elementin Dubna-Livermore birlikteliğindeki keşfini tanıdı. İkinci deneyin amacı, 249Bk(48Ca,3n) reaksiyonu aracılığıyla 294Ts'nin sentezlenmesini sağlamak olsa da, 249Bk'nin görece kısa yarı ömrü, hedefin kayda değer bir miktarının 249Cf'ye bozunmasına ve bu da tennesin yerine oganessonun sentezlenmesine yol açmıştı.

1 Ekim 2015'ten 6 Nisan 2016'da kadar JINR'deki çalışma ekibi, daha ağır oganesson izotopları olan 295Og ve 296Og'yi elde etme amacıyla 48Ca atkılarının; 249Cf, 250Cf ve 251Cf izotoplarının bir karışımını içeren kaliforniyum hedefine yönlendirildiği bir deney gerçekleştirdi. Deneyde, 252 MeV ve 258 MeV enerjiye sahip iki ışın kullanıldı. Düşük enerjili ışında gözlemlenen tek atomun bozunma zinciri, 294Og'nin daha önce bilinen bozunma zinciriyle (286Fl'nin kendiliğinden fisyonu ile sonuçlanan) paralellik gösteriyordu. Yüksek enerjili ışında herhangi bir şey gözlenmemişti. Ardından ise, deneyin gerçekleştiği kısmın çerçevelerindeki yapıştırıcının, hedefi kaplaması ve buharlaşma sonucu oluşan artıkların dedektörlere gitmesini engellemesi nedeniyle deney askıya alındı. 293Og ile bozunma ürünü 289Lv'nin, hatta oganessonun daha ağır izotopu olan 297Og'nin üretimi de bu reaksiyonu kullanarak mümkündür. 2016 yazında RIKEN'de başlanılan ve bu reaksiyonun 3n kanalını kullanarak 295Og üretme çalışması başarısızlıkla sonuçlandı. Bu daha ağır ve muhtemelen daha kararlı izotopların, oganessonun kimyasının belirlenmesi için faydalı olabileceği düşünülür.

Dmitri Mendeleyev'in isimsiz ve keşfedilmemiş elementler için adlandırılma sistemi kullanılarak 118. element, 1960'lara kadar eka-emanasyon (radonun keşfiyle birlikte eka-radon) olarak biliniyordu. 1979'da IUPAC, henüz keşfedilmemiş elemente ununoktiyum geçici sistematik adı ile Uuo simgesini vererek bu adın, elementin keşfinin teyit edilmesine dek kullanılmasını önerdi. 2001'de geri çektikleri duyurularından önce Berkeley'deki araştırmacılar elementi, araştırma ekibinin lideri olan ve daha önceki 95 ve 106 atom numaraları arasındaki on iki elementin de keşfinde yer alan Albert Ghiorso'ya ithafen ghiorsiyum (Gh) olarak isimlendirmeyi planlamışlardı.

IUPAC'ın tavsiyeleri, bir elementi keşfedenlerin bu element için bir ad önerme hakkını da veriyordu. JINR başkan yardımcısı Mihail İtkis, elementin keşfine dair bulguların yayımlanmasının ardından aynı yıl yaptığı açıklamada, çalışanlarının element için düşündükleri isimler arasında, Dubna'daki araştırma laboratuvarının kurucusu Georgi Flyorov'a ithafen flyoriyum ile Dubna'nın yer aldığı Moskova Oblastı'na ithafen moskoviyum olduğunu belirtti. İtkis ayrıca elementin, kaliforniyum hedefleri sağlayan Amerikalılarla işbirliği içinde keşfedilmiş olmasına karşın, JINR'deki Flerov Nükleer Tepkimeler Laboratuvarı'nın dünyada bu işin başarılabileceği tek tesis olmasından ötürü Rusya'ya atfen isimlendirilmesi gerektiğini ifade etti.

Keşfedildiği dönemde bir soy gaz olarak bilinmemesinden ötürü helyum istisnası dışında, soy gazların tamamının adı "-on" ile sona erer. 118. element keşfedildiğinde geçerli olan IUPAC yönergelerine göre yeni elementlerin adlarının tamamının "-yum" ile bitmesi gerektiğini belirtiyor, geçici ad olan ununoktiyum da bu kurallara uyuyordu. Ancak 2016'da yayımlanan yeni IUPAC tavsiyelerinde, soy gaz özellikleri taşıyıp taşımadığına bakılmaksızın yeni 18. grup elementlerinin "-on" ile bitecek şekilde adlandırılmaları önerilmişti.

118. elementin yanı sıra 115. ve 117. elementlerin keşfinde yer alan bilim insanlarının katılımıyla 23 Mart 2016'da bir konferans düzenlendi. Burada ismi kararlaştırılan son element olan 118. elementin adının belirleneceği sırada yapılan oylamada Yuri Oganesyan dışındaki katılımcıların oy birliği ile elementin adı, Oganesyan'a atfen "oganesson" olarak belirlendi. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarından nükleer kimyager Mark Stoyer, daha sonradan yaptığı açıklamada "Livermore olarak bu adı önerme niyetimiz vardı ve birçok yerden aynı zamanda aynı öneri geldi. Bu adı bizim önerdiğimizi iddia edebilir miyim bilmiyorum, ancak buna niyetlenmiştik." ifadelerini kullandı.

Ad önerisinin ardından IUPAC, Rusça telaffuza daha yakın olması sebebiyle JINR'a, elementin "oganeson" olarak adlandırılmasını isteyip istemediklerini sordu. Oganesyan ve JINR, Sovyet döneminde Rusçanın Latin alfabesine translitere edilirken Fransızcanın kurallarına göre yapıldığına atıfta bulunarak ve "oganesson" kullanımının kişiyle ilgi kurulması konusunda daha kolay olacağını öne sürerek bu öneriyi reddetti. Haziran 2016'da IUPAC, elementi keşfedenlerin elemente oganesson (simgesi: Og) adını vermek istediklerini duyurdu. Bu ad, 28 Kasım 2016'da resmîleşti. 2 Mart 2017'de, Moskova'daki Rus Bilimler Akademisinde moskoviyum, tennesin ve oganessonun adlandırılmaları onuruna bir tören düzenlendi.

96. element olan küriyumun ardından gelen elementlerde, atom numarası arttıkça çekirdek kararlılığı azalır. Atom numarası 101 olan mendelevyumdan sonraki elementler, 30 saatin altındaki yarı ömürlere sahip ürünler ortaya çıkaran bozunmalara uğrarlar. Atom numarası 82 olan kurşundan sonra gelen elementlerin hiçbirinin kararlı izotopu yoktur. Bu durum, protonların Coulomb itmesinin giderek artmasından, bu sayede de güçlü nükleer kuvvetin kendiliğinden fisyona karşı çekirdekleri daha uzun süre tutamamasından kaynaklanır. Hesaplamalar, kararlılık sağlayan diğer etmenlerin yokluğunda, atom numarası 104'ten (rutherfordiyum) yüksek olan elementlerin var olmaması gerektiğini ortaya koyar. Ancak 1960'larda yapılan araştırmalarda, 114 proton ile 184 nötron etrafındaki kapalı çekirdek kabuklarının bu kararsızlıkla çeliştiğini ve nüklitlerin binlerce ya da milyonlarca yıllık yarı ömürlere ulaşabildiği bir kararlılık adası oluşturduğu öne sürüldü. Henüz bu adaya ulaşılmamış olsa da oganesson dahil süper ağır elementlerin varlıkları, bu kararlılık etkisinin gerçek olduğunu ve genel anlamda, bilinen süper ağır nüklitlerin, adanın tahmin edilen konumuna yaklaşmalarıyla birlikte üstel olarak daha uzun yaşadıklarını gösterir.

Radyoaktif olan oganessonun yarı ömrü 1 milisaniyeden azdır. Kuantum tünelleme modelinde, 2004'te yayımlanan deneysel Q değeri ile 294Og'nin alfa bozunması yarı ömrü 0,66 ms olarak öngörülür. Muntian-Hofman-Patyk-Sobiczewski makroskobik-mikroskobik modelinden elde edilen teorik Q değerleri ile yapılan hesaplamalar, bir miktar daha düşük olmakla birlikte karşılaştırılabilir sonuçlar verir. 2011'de GSI Helmholtz Ağır İyon Araştırma Merkezinde yapılan deneylerde oganessonun yarı ömrü 0,69 ms olarak ölçülmüştür.

Kuantum tünelleme modeli kullanılarak yapılan hesaplamalar, oganessonun alfa bozunması sonucu oluşan ve yarı ömürleri 1 ms'ye yakın olan daha ağır birkaç izotopunun var olduğunu öngörür. Bu izotopların yarı ömürleri ve yapay oluşum yolları üzerine yapılan teorik hesaplamalar; 293Og, 295Og, 296Og, 297Og, 298Og, 300Og ve 302Og izotoplarının muhtemelen, sentezlenmiş izotop 294Og'den daha kararlı olduğunu gösterir. Bunlar içerisinde 297Og, daha uzun ömürlü çekirdeğin elde edilmesi konusunda en yüksek ihtimali sunan izotoptur. 313Og civarında konumlananlar gibi daha çok nötrona sahip izotoplar da daha uzun ömürlü çekirdeklerin elde edilmesini sağlayabilirler.

Oganesson, sıfır değerlikli elementlerin oluşturduğu periyodik tablonun 18. grubunun bir üyesidir. En dış değerlik kabuğu 8 elektronla tamamen dolu olan bu gruptaki elementler genellikle, yanma gibi çoğu kimyasal reaksiyona karşı interttir. Bu da dış elektronların sıkıca bağlı olduğu kararlı, en az enerji taşıyan dizilimi meydana getirir. Buna benzer şekilde oganessonun da, değerlik elektronları 7s27p6 diziliminde olmak üzere kapalı bir değerlik kabuğuna sahip olduğu düşünülür.

Bazı araştırmalara göre oganessonun, periyodik tabloda üstünde yer alan radona en yakın olmak üzere grubunda bulunan diğer elementler ile benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması beklenir. Teorik hesaplamalar elementin, radona kıyasla, periyodik eğilimlerin öngördüğünden daha fazla reaktif olabileceğini gösterir. Bununla birlikte sırasıyla, kimyasal olarak daha aktif elementler olan kurşun ve cıvanın daha ağır homologları olan flerovyum ve kopernikyumdan dahi daha reaktif olabilir. Oganessonun kimyasal reaktifliğinin radona göre bariz bir şekilde yüksek olmasının sebebi, son işgal edilen 7p alt kabuğunun istikrarsızlığı ve radyal genişlemesidir. 7p elektronları ile inert 7s elektronları arasındaki spin-yörünge etkileşimleri, flerovyumun ikinci değerlik kabuğun kapanmasına ve oganessonun kapalı kabuğunun kararlılığında da dikkate değer ölçüde azalmaya yol açar. Yapılan hesaplamalar, diğer soy gazların aksine oganessonun, görece kararlı 8s enerji seviyesi ile kararsız 7p3/2 enerji seviyesinden ötürü, enerji salınımı yaparak bir elektron bağladığını, yani pozitif elektron ilgisine sahip olduğunu gösterir. Bu değer 0.078-0.080 eV civarında hesaplanmıştır. Bununla birlikte kuantum elektrodinamiği kapsamındaki düzeltmeler, Og- anyonundaki bağlanmanın %9 düşürülmesiyle bu elektron ilgisinde de düşüş yaşandığını gösterir.

Oganesson, radonun neredeyse iki katında bir kutuplanabilirliğe sahiptir. Bu görece yüksek kutuplanabilirlik değerinden ötürü, elementin birinci iyonlaşma enerjisinin olması gerekenden düşük bir şekilde 860,1 kJ/mol olduğu tahmin edilir. Bu değer darmstadtiyum, röntgenyum ve kopernikyumun tahmin edilen değerlerinden düşük, flerovyuminkinden ise yüksektir.

Yüksek oranda doğru göreli çiftlenmiş küme hesaplamalarına karşı Monte Carlo simülasyonları ile moleküler dinamik yöntemlerinden faydalanılarak oganessonun erime noktasının , kaynama noktasının ise olduğu öngörülür. Normalde erime noktasının 220 K olması beklenirken skaler-göreli etkiler ile spin-yörünge eşleşmesinden ötürü erime noktası, bu değerin 100 K kadar yukarısındadır. Katı fazdaki yoğunluğu 7,2-8,126 g/cm3, sıvı fazdaki yoğunluğu 6,6-7,1 g/cm3 arasında hesaplanırken diğer gazların sıvı halde bulunma aralıklarının 2 ve 9 kelvin arasında olduğu göz önüne alındığında, standart sıcaklık ve basınç altında katı olmalıdır. Elementin kristal yapısının ise yüzey merkezli kübik şeklinde olduğu öngörülür.

Elektron yerleşim fonksiyonu kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucu oganessonun kabuk yapısının Fermi gazlarınınkinden belirgin farklılıklar taşıdığını ve 1,5±0,6 eV değerinde bant aralığına sahip olduğu öngörülen elementin yarı iletken (yarı metal), hatta bir metal (zayıf metal) olduğunu gösterir. Elementin yarı iletken yapısının, ileride yapılacak tek atomluk adsorpsiyon deneylerine önderlik edebileceği belirtilir.

Varlığı teyit edilmiş tek oganesson izotopu olan 294Og'nin kimyasal deneylerle incelenemeyecek kadar çok düşük bir yarı ömre sahip olması nedeniyle günümüze kadar herhangi bir oganesson bileşiği sentezlenebilmiş değildir. Bununla birlikte, 1964'ten beri teorik bileşikler üzerine çalışmalar devam etmektedir.

İki atomlu molekülü üzerine yapılan hesaplamalar, bu molekülün bağ etkileşiminin molekülününkine neredeyse eşit, 6 kJ/mol bağ ayrışma enerjisinin de 'dekinin yaklaşık dört katı kadar olduğunu gösterir. Hesaplamalara göre 'ninkinden 0,16 Å kadar daha kısa olan bağ uzunluğu ise bir bağ etkileşimine girdiğinin bir göstergesi olabilir. Diğer taraftan OgH+, RnH+'den daha düşük bir ayrışma enerjisi (diğer bir deyişle oganessonun proton ilgisi) sergiler.

OgH bileşiğinde, oganesson ve hidrojen arasındaki bağın, gerçek bir kimyasal bağdan ziyade bir van der Waals etkileşimi olarak kabul edilebilecek kadar zayıf olduğu tahmin edilir. Diğer taraftan oganessonun, kopernikyum ve flerovyumdansa daha yüksek elektronegatifliğe sahip elementlerle daha kararlı bileşikler oluşturabileceği düşünülür. +2 ve +4 kararlı yükseltgenme durumlarının, ve gibi florürlerde var olabileceği öngörülür. Oganessonu alışılmışın dışında reaktif yapan aynı spin-yörünge etkileşiminin bir sonucu olarak +6 durumu, 7p1/2 alt kabuğundaki daha güçlü bağlanmadan dolayı daha az kararlı olacaktır. Örneğin, bileşiğini oluşturan oganessonun ile reaksiyonu, 46 kcal/mol kadarı bu etkileşimlerden gelmek üzere 106 kcal/mol enerji açığa çıkarabilir. Aynı etkileşim ayrıca, 7s ve 7p1/2 olmak üzere iki inert elektron çiftine sahip olduğu düşünülmesinden ötürü bileşiğindeki dörtyüzlü Td diziliminin, bileşiğinde olan ve bileşiğinde de olduğu beklenen kare düzlemsel D4. diziliminden farklı olarak kararlı olmasını sağlar. Bu bakımdan +6 yükseltgenme durumunun istikrarsızlığı yönünde beklenen eğilim doğrultusunda OgF6 bileşiğinin de bağsız olması beklenir. Og-F bağının kovalentten ziyade iyonik olması daha olasıdır ve bu durum da oganesson florürlerin uçucu olmamasına yol açar. OgF2 bileşiğinin, oganessonun görece düşük elektronegatifliğinden ötürü kısmen iyonik olduğu tahmin edilir. Muhtemelen ksenon ile radon dışındaki diğer soy gazların aksine oganessonun, klor ile Og-Cl bağı oluşturacak kadar elektropozitif olduğu öngörülür.

Oganesson ile tennesinin kararlı bir oganesson tetratennesür () bileşiği oluşturabileceği, bu bileşiğin ise dörtyüzlü geometriye sahip sürümünün kare düzlemsel geometriye sahip analoğuna kıyasla 1 eV kadar daha kararlı olabileceği öngörülür.