Sziborgium

A sziborgium a 106. rendszám kémiai elem, vegyjele Sg.

A sziborgium mesterségesen előállított elem, legstabilabb izotópjának, a 271Sg-nak a felezési ideje 1,9 perc. A sziborgiummal végzett kémiai kísérletek alapján ez az elem határozottan a 6-os csoportba tartozik, a volfrám nehezebb homológja.

Javasolt nevek 

A berkeley-i tudóscsoport javasolt a seaborgium (Sg) nevet, Glenn T. Seaborg amerikai kémikus, a csoport tagjának tiszteletére, aki számos más aktinoida felfedezésében is közreműködött. A csoport által választott név viták tárgyává vált. A IUPAC ideiglenesen az unnilhexium szisztematikus nevet fogadta el. 1994-ben a IUPAC egyik bizottsága a 106-os elem nevére a rutherfordium-ot javasolta, és elfogadta azt a szabályt, hogy élő személyről nem lehet elemet elnevezni. Ezt a szabályt az American Chemical Society hevesen támadta. Kritikájukban rámutattak, hogy az einsteinium Albert Einstein életében történő elnevezésével már precedenst teremtettek, és egy tanulmány szerint a kémikusokat nem zavarta, hogy Seaborg még életben volt. 1997-ben a 104–108-as elemekhez kapcsolódó kompromisszum részeként a 106-os elem seaborgium nevét nemzetközileg elismerték.

Elektronszerkezet 

A sziborgium a periódusos rendszer 106. eleme. A jósolt elektronszerkezet kétféle ábrázolása a következő:

Az eka-volfrám/dvi-molibdén kémiai tulajdonságainak előrejelzése

Oxidációs állapotok 
A 106-os elem az előrejelzések szerint a 6d átmenetifém sorozat harmadik tagja és a periódusos rendszer 6. csoportjának legnehezebb tagja, a króm, molibdén és volfrám alatt helyezkedik el. A csoport mindegyik tagja könnyen felveszi a +6-os oxidációs számot, mely a csoportban lefelé haladva egyre stabilabbá válik. A sziborgium esetén a +6-os oxidációs állapotot stabilnak tételezik fel. A csoportban nehezebb elemeinél a stabil +5 és +4 oxidációs szám is jól ismert, míg +3-as oxidációs állapotban a króm(III) kivételével redukálnak.

Kémia 
A sziborgium kémiai viselkedését nagyrészt a felette található molibdén és volfrám tulajdonságainak extrapolálásával jósolják meg. A molibdén és volfrám könnyen képez stabil MO3 trioxidot, így a sziborgiumból várhatóan SgO3 keletkezik. Az MO3 oxidok oxoanionok képződése közben oldódnak lúgokban, így a sziborgiumból SgO42− sziborgátion kell keletkezzen. Ezen kívül a WO3 savakkal is reagál, ami az SgO3 hasonló amfoter sajátságára enged következtetni. Az MoO3 oxid nedvességgel is reagál MoO2(OH)2 hidroxid képződése közben, ezért az SgO2(OH)2 is létezhet.
A nehezebb homológok konnyen képeznek illékony, reakcióképes MX6 hexahalogenideket (X=Cl,F), de csak a volfrám instabil hexabromidja (WBr6) ismert. Ezek alapján megjósolták az SgF6 és SgCl6 vegyületek létezését, és az „eka-volfrám jellemvonás” megmutatkozhat az SgBr6 hexabromid nagyobb stabilitásában. Ezek a halogenidek oxigénnel és nedvességgel szemben nem stabilak, belőlük illékony MOX4 és MO2X2 oxohalogenidek keletkeznek. Ily módon létezhet az SgOX4 (X=F,Cl) és az SgO2X2 (X=F,Cl) is. Vizes oldatban fluoridionnal számos anionos oxofluoro komplex keletkezik, például MOF5− és MO3F33−. A sziborgiummal is hasonló komplexek várhatók.

Kísérleti kémia

Gázfázisú kémia 
A sziborgium kémiájának megismerésére végzett első kísérletek egy illékony oxoklorid gáz termokromatográfiás vizsgálatára irányult. A sziborgium atomokat a 248Cm(22Ne,4n)266Sg reakciókban hozták létre, termalizálták őket, majd O2/HCl elegyével reagáltatták. Megmérték a keletkezett oxoklorid adszorpciós tulajdonságait, és összehasonlították a molibdén- és volfrámvegyületekével. Az eredmények azt mutatták, hogy a sziborgium a 6-os csoport elemeihez hasonló illékony oxokloridot képez:

Sg +  + 2 HCl →  + 

2001-ben egy tudóscsoport folytatta a sziborgium gázfázisú kémiájának vizsgálatát, sziborgiumot reagáltattak O2-vel H2O-s környezetben. Az oxoklorid képződéséhez hasonlóan a kísérleti eredmények sziborgium-oxid-hidroxid képződését jelezték, ami a könnyebb 6-os csoportbeli elemek jól ismert reakciója.

2 Sg + 3  → 2 
 +  →

Vizes oldatok kémiája 
A sziborgium vizes oldatbeli kémiájában igazolták, hogy – könnyebb homológjaihoz, a molibdénhez és volfrámhoz hasonlóan – +6-os oxidációs állapota stabil. A sziborgium kationcserélő gyantáról HNO3/HF oldattal lemosódik, valószínűleg mint semleges SgO2F2 vagy [SgO2F3]− anionos komplex formájában. Ugyanakkor 0,1 M HNO3-mal – a molibdéntől és volfrámtól eltérően – nem eluálódik, ami azt jelzi, hogy a [Sg(H2O)6]6+ hidrolízise csak a [Sg(OH)5(H2O)]+ kationos komplexig megy végbe.

A vizsgált vegyületek és komplex ionok összefoglalása

Hideg fúzióval szintetizált izotópok története 
Ez a rész a sziborgium nuklidok úgynevezett „hideg” fúziós előállítási reakcióval foglalkozik. Ezek olyan folyamatok, amelyekben a keletkező nuklid kevéssé gerjesztett (~10-20 MeV, innen a „hideg”), így hasadással szemben nagyobb valószínűséggel marad stabil. A gerjesztett mag ezután mindössze egy-két neutron kibocsátásával alapállapotba bomlik.

208Pb(54Cr,xn)262-xSg (x=1,2,3) 
A 106-os elem hideg fúziós reakcióval történő előállítását először 1974 szeptemberében kísérelte meg egy G. N. Flerov által vezetett szovjet tudóscsoport a dubnai Egyesített Atomkutató Intézetben. A csoport 0,48 másodperces spontán hasadásos aktivitásról számolt be, melyet a 259106 izotóphoz rendeltek. Későbbi bizonyítékok alapján azt feltételezik, hogy a csoport valószínűleg a 260Sg és leánymagjának, a 256Rf-nek a bomlását mérte. A TWG (transzfermium munkacsoport) megállapította, hogy – abban az időben – az eredmények nem voltak elég meggyőzőek.

A dubnai csoport 1983-84-ben ismét megvizsgálta a problémát, és kimutattak egy – közvetlenül a 260Sg-nak tulajdonított – 5 ms-os spontán hasadásos aktivitást

A GSI csoportja ezt a reakciót először 1985-ben vizsgálta, a genetikus szülő-leány bomlások korreláció továbbfejlesztett módszerének felhasználásával. Kimutatták a 261Sg (x=1) és 260Sg izotópokat, és megmérték a részleges 1n neutron párolgás gerjesztési függvényt.

2000 decemberében a franciaországi GANIL egyik csoportja tanulmányozta a reakciót, és újabb eredményként kimutattak 10 atom 261Sg-et és 2 atom 260Sg-at.

Izotópok bomlástermékként történő előállítása 
A sziborgium izotópjait nehezebb elemek bomlásának termékeként is megfigyelték. Az eddig összegyűlt megfigyeléseket az alábbi táblázat foglalja össze:

Az izotópok felfedezésének kronológiája

Izotópok 

A sziborgiumnak 11 ismert izotópja létezik (a metastabil és K-spin izomereket nem számítva). A leghosszabb élettartamú a 271Sg, mely alfa-bomlással és spontán hasadással bomlik. Felezési ideje 1,9 perc. A legrövidebb életű izotóp a 258Sg, ez szintén alfa-bomlásra és spontán hasadásra képes. Felezési ideje 2,9 ms.

Izoméria a sziborgium nuklidokban

266Sg 
Az első vizsgálatok 8,63 MeV-os alfa-sugárzást azonosítottak kb. 21 másodperc felezési idővel, amit a 266Sg alapállapotának tekintettek. Később azonosítottak kb. 21 másodperc felezési idejű 8,52 MeV és 8,77 MeV energiájú alfa-sugárzó nuklidokat is, ami páros-páros nuklidok esetén szokatlan. A 270Hs előállítása során végzett újabb vizsgálatok szerint a 266Sg-ot spontán hasad 360 ms felezési idővel.
A 277112 és 269Hs tanulmányozása során végzett újabb munkák új információkat szolgáltattak a 265Sg és 261Rf bomlásáról. Ezek alapján az eredeti 8,77 MeV-os sugárzást a 265Sg-höz kell rendelni. A jelenlegi adatok szerint így az alapállapot a spontán hasadás, a 8,52 MeV-os sugárzás pedig egy nagy spinű K-izomer. Ezen hozzárendelések megerősítéséhez további vizsgálatok szükségesek.
Az adatok átértékelése alapján a 8,52 MeV-os sugárzást a 265Sg-hoz kell rendelni, a 266Sg pedig csak hasadást szenved.

265Sg 
A 265Sg újabb keletű közvetlen szintézise során négy alfa-energiát mértek 7,4 másodperc felezési idővel: 8,94, 8,84, 8,76 és 8,69 MeV. A 277112 és 269Hs bomlásából származó 265Sg bomlásának megfigyelése során úgy találták, hogy a 8,69 MeV-os sugárzást egy izomer szinttel lehet azonosítani, melynek felezési ideje kb. 20 másodperc. Ez a szint valószínűleg okoz némi zavart az adatok 266Sg-hoz és 265Sg-höz rendelésében, mivel mindkét mag hasadó radzerfordium izotópokká bomolhat.

Az adatok újkeletű átértékelése szerint tényleg két izomer létezik, az egyik fő bomlási energiája 8,85 Mev, felezési ideje 8,9 másodperc, a másik izomer bomlási energiája 8,70 MeV, felezési ideje pedig 16,2 mp.

Izotópok kémiai hozama

Hideg fúzió 
Az alábbi táblázat a közvetlenül sziborgium izotópot szolgáltató hideg fúziós reakciók hatáskeresztmetszeteit és gerjesztési energiáit tartalmazza. A félkövér adatok a gerjesztési függvények méréseinek maximumát jelölik. A megfigyelt kilépési csatornákat + jelöli.

Forró fúzió 
Az alábbi táblázat a közvetlenül sziborgium izotópot szolgáltató forró fúziós reakciók hatáskeresztmetszeteit és gerjesztési energiáit tartalmazza. A félkövér adatok a gerjesztési függvények méréseinek maximumát jelölik. A megfigyelt kilépési csatornákat + jelöli.

Jegyzetek

Fordítás

További információk 

 WebElements.com - Seaborgium
 Chemistry in its element podcast (MP3) from the Royal Society of Chemistry's Chemistry World: Seaborgium

Transzurán elemek