Μεντελέβιο

Ιστορία

Το μεντελέβιο πρωτοσυντέθηκε από τους Άλμπερτ Γκιόρσο, Γκλένν Θ. Σίμποργκ, Γκρέγκορι Ρ. Τσόπλιν, Βερνάρδ Τζ. Χάρβεϋ και Στάνλεϋ Τζ. Τόμπσον (ηγέτη της ομάδας) πρόσφατα το 1955 στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϋ. Η ομάδα πάραξε ²⁵⁶Md (ημιζωή 87 λεπτών) όταν βομβάρδισαν ένα στόχο από ²⁵³Es με σωματίδια άλφα (πυρήνες ηλίου) στο 60 ιντσών κύκλοτρο του Εργαστηρίου Ακτινοβολίας του Μπέρκλεϋ (το ²⁵⁶Md ήταν το πρώτο ισότοπο οποιουδήποτε στοιχείου που να συντέθηκε ένα άτομο από αυτό από την πρώτη στιγμή) . Το στοιχείο 101 ήταν το ένατο υπερουράνιο στοιχείο που συντέθηκε. Τα πρώτα 17 ατόμα αυτού του στοιχείου δημιουργήθηκαν και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας την μέθοδο ανταλλαγής ιόντων προσρόφησης - έκλουσης. Κατά τη διαδικασία, το μεντελέβιο συμπεριφέρθηκε πολύ σαν το θούλιο, το φυσικά υπαρκτό ομόλογό του.

Ανακάλυψη με ανάλυση

Η ανακάλυψη βασίστηκε σε ένα γενικό σύνολο μόλις 17 ατόμων. Η σύνθεση έγινε μέσω της αντίδρασης ²⁵³Es (α, n) ²⁵⁶101 στο κύκλοτρο 60 ιντσών (152 cm) στην Μπέρκλεϋ (Καλιφόρνια). Ο στόχος μπορεί να παραχθεί με ακτινοβόληση ελαφρύτερων ισοτόπων όπως αυτών του πλουτωνίου στον αντιδραστήρα δοκιμής υλικών στον σταθμό αντιδραστήρα Άρκο στο Άινταχο. Αξιοσημείωτο είναι ότι ο στόχος αυτός αποτελείτο από μόνο 10⁹ (1.000.000.000) άτομα του εξαιρετικά ραδιενεργού ισοτόπου ²⁵³Es (με διάρκεια ημιζωής 20,5 ημέρες). Με έκλουση μέσω βαθμονομημένης στήλης ρητίνης ανταλλαγής κατιόντων, το μεντελέβιο διαχωρίστηκε και προσδιορίστηκε χημικά .

Προσδιορισμός πιθανότητας

Για να προβλεφθεί αν η μέθοδος αυτή θα ήταν δυνατή, έγινε χρήση ενός πρόχειρου υπολογισμού. Ο αριθμός των ατόμων που θα παραχθεί, θα είναι περίπου ίσος με τον αριθμό των ατόμων του υλικού - στόχου επί την διατομή του επί την εγκάρσια τομή του ιόντος επί την ένταση της δέσμης επί τον χρόνο βομβαρδισμού σε σχέση με την διάρκεια ημιζωής του προϊόντος όταν βομβαρδίζεται για κάποιο διάστημα η σειρά της ημιζωής του. Αυτό έδινε 1 άτομο ανά πείραμα. Έτσι, υπό τις καλύτερες συνθήκες, η προετοιμασία μόνο ενός ατόμου του στοιχείου 101 ανά πείραμα θα μπορεί να αναμένεται. Αυτός ο υπολογισμός έδειξε ότι δεν ήταν εφικτό να προχωρήσει το πείραμα .

Τεχνική ανάκλασης

Η πραγματική σύνθεση έγινε με μια «τεχνική ανάκλασης», που επινοήθηκε από τον Άλμπερτ Γκιόρσο (Albert Ghiors). Σε αυτήν την τεχνική, το «στοιχείο - στόχος» τοποθετείται στην αντίθετη άκρη της δέσμης εκπομπής και συλλαμβάνει τα άτομα που ανακλούνται πάνω σε ένα «φύλλο συλλογής». Αυτός ο «στόχος ανάκλασης» γίνεται με μια «ηλεκτρολυτική τεχνική», που αναπτυχθηκε από τον Άλφρεντ Χέθαμ - Στρόουντ (Alfred Chetham-Strode). Η τεχνική αυτή έδινε μια πολύ μεγάλη απόδοση, που είναι απολύτως απαραίτητη όταν εργάζεται κανείς με ένα τόσο σπάνιο προϊόν, όπως είναι το αϊνστάνιο, που αποτελεί το στοιχείο - στόχο .
Ο στόχος ανάκλασης αποτελείτο από 10⁻⁹ από ²⁵³Es που είχαν κατατεθεί ηλεκτρολυτικά σε ένα λεπτό φύλλο χρυσού (επίσης, Be, Al και Pt μπορεί να χρησιμοποιηθεί). Βομβαρδίστηκε από σωματίδια α ενέργειας 41 eV στο κύκλοτρο του Μπέρκλεϋ με μια πολύ υψηλή πυκνότητα δέσμης σωματιδίων 6 ∙ 10¹³ ανά δευτερόλεπτο σε μια έκταση 0,05 cm². Ο στόχος ψύχθηκε από νερό ή υγρό ήλιο. Η χρήση του ηλίου, σε μία αεριώδη ατμόσφαιρα, επιβράδυνε τα ανακλούντα άτομα. Αυτό το αέριο θα μπορούσε να αντληθεί έξω από το θάλαμο αντίδρασης μέσω μιας μικρής οπής για να σχηματίσει έναν αεροπίδακα. Μέρος των μη πτητικών ατόμων του προϊόντος μεταφέρονται μαζί με το αέριο, εναποτέθηκαν μονίμως στην επιφάνεια του φύλλου. Το φύλλο θα μπορούσε να αφαιρεθεί περιοδικά και ένα νέο φύλλο θα μπορούσε να εγκατασταθεί. Η επόμενη αντίδραση χρησιμοποιήθηκε για το πείραμα ανακάλυψης του Μεντελεβίου : ²⁵³Es + ⁴He → ²⁵⁶Md + ¹n.

Καθαρισμός και απομόνωση

Η απομάκρυνση των ατόμων του Md από το φύλλο συλλογής έγινε με οξυγραφία ή ολική διάλυση του λεπτού φύλλου χρυσού από οξύ. Μπορούν να καθαριστούν και να απομονωθούν από άλλες δραστηριότητες προϊόντων με διάφορες τεχνικές. Ο διαχωρισμός των τρισθενών ακτινιδών από προϊόντα σχάσης λανθανιδών και φορέα από La μπορεί να γίνει από μια στήλη ρητίνης ανταλλαγής κατιόντων χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα 90% νερού/10% αιθανόλης κορεσμένο με HCl σαν διαλύτη έκλουσης. Για να διαχωριστεί το Md ταχέως από το φύλλο συλλογής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ανιόν ανταλλαγής χρωματογραφίας με τη χρήση 6Μ HCl ως μέσο έκλουσης. Ο χρυσός παρέμεινε στη στήλη, ενώ το Md και οι άλλες ακτινίδες πέρασαν. Η τελική απομόνωση του Md³⁺ από άλλες τρισθενείς ακτινίδες ήταν επίσης απαραίτητη. Για να διαχωριστούν τα τμήματα που περιείχαν τα στοιχεία 99, 100 και 101, χρησιμοποιήθηκε μια στήλη ανταλλαγής κατιόντων από ρητίνη (στήλη ανταλλαγής Dowex-50) με αγωγή αλάτων αμμωνίου. Μια χημική ταυτοποίηση έγινε βάσει της θέσης έκλουσής του, ακριβώς πριν το φέρμιο. Στη σειρά των επαναλαμβανόμενων πειραμάτων, έκαναν χρήση του διαλύματος έκλουσης: α - υδροξυϊσοβουτυρικό διάλυμα (α-HIB). Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του «αεροπίδακα», τα πρώτα δύο βήματα μπορούν να αφαιρεθούν. Εκεί φαίνεται ότι με αυτή τη μέθοδο είναι δυνατόν να μεταφερθούν και να συλλεχθούν μεμονωμένα άτομα του προϊόντος σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου και μερικές δεκάδες μέτρα μακριά από την περιοχή - στόχο. Η αποτελεσματική μεταφορά τους σε μεγάλες αποστάσεις απαιτεί την παρουσία μεγάλων συσπειρώσεων (αεροζόλ KCl) στο αέριο - «φορέα». Χρησιμοποιείται συχνά για την παραγωγή και την απομόνωση των μεταϊνσταϊνίων στοιχείων .
Ένας άλλος δυνατός τρόπος για να διαχωριστούν οι τρισθενείς ακτινίδες μπορεί να επιτευχθεί με χρωματογραφία εκχύλισης διαλύτη με χρήση δις-(2-αιθυλεξυλ) φωσφορικού οξέος (συντομογραφία HDEHP) ως στατική φάση και οργανική ΗΝΟ₃ ως κινητή υδατική φάση. Η αλληλουχία έκλουσης των ακτινιδών αντιστρέφεται από εκείνη της στήλης ρητίνης ανταλλαγής κατιόντων. Όταν το Md διαχωρίζεται με αυτή τη μέθοδο έχει το πλεονέκτημα να είναι απαλλαγμένο από σύμπλοκους οργανικούς παράγοντες σε σύγκριση με την στήλη ρητίνης. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι το Md εκλούεται μετά το Fm αργά σε αυτήν την αλληλουχία .

Το πρώτο «Ζήτω!»

Δεν υπήρξε άμεση ανίχνευση, αλλά έγινε από την παρατήρηση των αυθόρμητων εκδηλώσεων σχάσης που προκύπτουν από σύλληψη ηλεκτρονίων από το ²⁵⁶Fm, το θυγατρικό του ισότοπο. Αυτά τα γεγονότα έχουν καταγραφεί κατά τη διάρκεια της νύχτας της 19ης Φεβρουαρίου 1955. Η πρώτη ταυτίστηκε με ένα «ζήτω» ακολουθούμενο από ένα "διπλό ζήτω" και ένα "τριπλό ζήτω». Στο τέταρτο αποδείχθηκε τελικά επίσημα η χημική ταυτοποίηση του 101ου στοιχείου, του Μεντελεβίου. Επιπρόσθετη ανάλυση και περαιτέρω πειραματισμός, έδειξε ότι το ισότοπο έχει μάζα 256 και διασπάται από σύλληψη ηλεκτρονίων με διάρκεια ημιζωής 1,5 ώρες.

Χαρακτηριστικά

Οι ερευνητές έχουν δείξει ότι το Μεντελέβιο έχει μια μέτρια σταθερή διθετική (II) κατάσταση οξείδωσης εκτός από την πιο χαρακτηριστική (για τις ακτινίδες) τριθετική (III) κατάσταση οξείδωσης, η τελευταία είναι η πιο δεσπόζουσα κατάσταση εκτίθεται σε ένα υδατικό διάλυμα (η διαδικασία που χρησιμοποιείται είναι η χρωματογραφία).