رونتگنیم

کشف

رونتگنیم برای اولین بار در ۸ دسامبر ۱۹۹۴ در «مرکز تحقیقات یون سنگین هلمهولتز» در دارمشتات آلمان ساخته شد. تیم آنها دو اتم نیکل-۶۴ و بیسموت-۲۰۹ را در یک شتاب‌دهندهٔ خطی برخورد دادند؛ و درنهایت ایزوتوپ رونتگنیم-۲۷۲ شناسایی شد.
این آزمایش توسط مؤسسه مشترک تحقیقات هسته‌ای تکرار شد ولی آنها هیچ اتم رونتگنیمی را شناسایی نکردند. در نهایت در سال ۲۰۰۱ آیوپاک کشف عنصر را به دلیل کمبود شواهد مبنی بر وجود عنصر رد کرد. اما تیم مرکز تحقیقات یون سنگین هلمهولتز دوباره آزمایش را در سال ۲۰۰۲ انجام دادند و این بار وجود ۳ اتم رونتگنیم را گزارش کردند. آیوپاک نیز در سال ۲۰۰۳ وجود عنصر را تأیید کرد.

نام‌گذاری

با استفاده از عناصر پیش‌بینی‌شده توسط مندلیف رونتگنیم با نام اکا-طلا نیز شناخته می‌شد. در سال ۱۹۷۱ آیوپاک تصمیم گرفت که تا زمانی که عنصر کشف و تأیید نشده و نامی برایش تعیین نشده؛ عنصر را در جدول تناوبی با نام سیستماتیک آن‌ان‌انیوم و نماد Uuu قرار دهند. اگرچه این نام در بسیاری از جوامع شیمیایی، کتاب‌ها و حتیٰ کلاس‌ها استفاده می‌شد؛ ولی بیشتر دانشمندان آن را با نام‌های «عنصر ۱۱۱» یا «۱۱۱E» و حتی «۱۱۱» می‌شناختند.
نام رونتگنیم با نماد Rg توسط تیم مرکز تحقیقات یون سنگین هلمهولتز، به افتخار ویلهلم کنراد رونتگن فیزیکدان آلمانی و کاشف اشعه X در سال ۲۰۰۴ پیشنهاد شد. آیوپاک در نوامبر همان سال این نام را پذیرفت.

ایزوتوپ‌ها

رونتگنیم عنصری مصنوعی و فوق سنگین است که در رآکتورهای هسته‌ای تولید می‌شود و در نتیجه هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی‌شدهٔ این عنصر رونتگنیم-۲۷۲ بود که در سال ۱۹۹۴ میلادی تولید و ردیابی شد. هرچند که شواهدی مبنی بر وجود ۱۵ ایزوتوپ رونتگنیم وجود دارد، اما تا کنون ۷ ایزوتوپ آن (از رونتگنیم-۲۷۲ تا رونتگنیم-۲۸۶) شناسایی و توسط آیوپاک تأیید شده‌اند که پایدارترین ایزوتوپ در این میان رونتگنیم-۲۸۶ با نیمه‌عمر ۶۴۰ ثانیه است که چیزی معادل ۱۰ تا ۱۱ دقیقه است.

طول عمر ایزوتوپ‌ها

تمامی ایزوتوپ‌های رونتگنیم به‌شدت ناپایدار و پرتوزا هستند. به‌طور کلی ایزوتوپ‌های سنگین‌تر از ایزوتوپ‌های سبک‌ترِ آن، پایدارتر هستند. پایدارترین ایزوتوپ شناخته‌شدهٔ رونتگنیم، رونتگنیم-۲۸۶ (سنگین‌ترین ایزوتوپ تأیید شده) است که نیمه‌عمری معادل ۱۰٫۷ دقیقه دارد؛ ولی از آنجایی که تحقیقات بر روی این ایزوتوپ ادامه دارد، برخی همچنان رونتگنیم-۲۸۲ را به عنوان پایدارترین ایزوتوپ شناخته می‌شود. به غیر از رونتگنیم-۲۸۶، رونتگنیم-۲۸۳ نیز از رونتگنیم-۲۸۲ با نیمه‌عمری معادل ۵٫۳ دقیقه پایدارتر است؛ ولی این ایزوتوپ به‌طور کامل شناخته نشده و تا به امروز تأیید نشده‌است. همچنین گزارش شده که دو ایزوتوپ رونتگنیم-۲۸۰ و رونتگنیم-۲۸۱ نیمه‌عمرهایی بیشتر از یک ثانیه داشته باشند. به جز ایزوتوپ‌های مذکور بقیه ایزوتوپ‌ها آنقدر ناپایدار هستند که نیمه‌عمر آنها را با میلی‌ثانیه می‌سنجند. پیش‌بینی شده که ایزوتوپ ناشناخته رونتگنیم-۲۸۷ پایدارترین و تنها ایزوتوپ رونتگنیم باشد که با واپاشی بتا تجزیه می‌شود. همچنین پیش‌بینی شده که ایزوتوپ ناشناختهٔ رونتگنیم-۲۷۷ نیمه‌عمری معادل ۱ ثانیه داشته باشد. هرچند که در دیگر موارد این چنین پیش‌بینی‌ها با واقعیت تفاوت زیادی داشته‌اند همچون ۳ ایزوتوپ رونتگنیم-۲۸۲، رونتگنیم-۲۸۱ و رونتگنیم-۲۷۸ که نیمه‌عمرهای پیش‌بینی‌شده برای آنها ۱ ثانیه، ۱ دقیقه و ۴ دقیقه بود ولی بعد از سنتز شدن مشخص شد که نیمه‌عمرهایشان به ترتیب ۲ دقیقه، ۱۷ ثانیه و ۴ میلی ثانیه بوده‌است. چنین پیش‌بینی در مورد رونتگنیم-۲۸۳ ناشناخته هم وجود داشت که نیمه‌عمر آن را حدود ۱۰ دقیقه تخمین می‌زد اما امروزه مشخص شده که نیمه‌عمرش حدود ۵ دقیقه است.

خواص شیمیایی

رونتگنیم نهمین عضو سری ۶d فلزات واسطه است. از آنجایی که مشخص شده کوپرنیسیم (عنصر ۱۱۲) عضو گروه ۱۲ جدول تناوبی و فلزات پس واسطه است؛ پیش‌بینی می‌شود که عناصر از رادرفوردیم تا رونتگنیم چهارمین دورهٔ فلزات واسطه را تشکیل دهند. محاسبات بر انرژی‌های یونشی و شعاع اتمی رونتگنیم تا حدود زیادی شبیه به طلا است؛ و این بدان معنا است که خواص شیمیایی رونتگنیم با دیگر عناصر گروه ۱۱ تا حدودی مشترک است؛ هرچند که در برخی موارد اختلافات چشم‌گیری با این عناصر دارد.
پیش‌بینی می‌شود که رونتگنیم یک فلز نجیب باشد. به دلیل این که رونتگنیم پایدارترین عدد اکسایش را در بین عناصر گروه ۱۱ دارد؛ پیش‌بینی می‌شود که رونتگنیم دو عدد پایدار ۵+ و ۳+ و عدد ناپایدار ۱+ را به عنوان اعداد اکسایش خود نشان دهد. پیش‌بینی شده ۳+ در بین آنها پایدارترین باشد. به نظر می‌رسد که واکنش پذیری رونتگنیم(III) به طلا(III) شبیه باشد و همین آن را با واکنش‌پذیری با بسیاری از مواد شیمیایی دیگر پایدار می‌کند. طلا به دلیل اثرات نسبیتی یک حالت ۱- پایدار تشکیل می‌دهد و پیش‌بینی می‌شود که رونتگنیم هم این‌گونه رفتار کند؛ هرچند که پیش‌بینی می‌شود رونتگنیم آفنیته‌ای معادل ۱٫۶ الکترون ولت داشته باشد؛ که در مقایسه با طلا با رقم ۲٫۳ الکترون ولت بسیار کمتر است؛ پس ترکیبات رونتگنیم یا تشکیلشان امکان‌پذیر نیستند و یا بسیار ناپایدارند. اثرات نسبیتی اوربیتال‌های ۶d را در عناصر پایانی سری چهارم فلزات واسطه ناپایدار می‌کند؛ که موجب افزایش عدد اکسایش رونتگنیم(V) می‌شود که نسبت به طلا(V) واکنش‌پذیری کمتری دارد؛ با وجود تمامی این موارد پیش‌بینی می‌شود که دستیابی به رونتگنیم کاری بسیار سخت باشد.
خواص پیش‌بینی‌شدهٔ رونتگنیم توجه بیشتری نسبت به دو عنصر قبلی خود یعنی مایتنریم و دارمشتادیم دریافت کرده زیرا پیش‌بینی می‌شود که لایه‌های الکترونی s در رونتگنیم همگی ظرفیت الکترونی کاملی دارند. محاسبات بر روی مولکول RgH نشان داده که پیوند بین دو مولکول رونتگنیم و هیدروژن بسیار قوی است. در مورد ترکیبات AuX و RgX زمانی که F، Cl، Br، O، Au =X یا Rg باشد مطالعاتی صورت گرفته‌است. پیش‌بینی شده که ⁺Rg فلزی بسیار نرم و حتی نرم‌تر از ⁺Au باشد؛ هرچند که مشخص نیست اسید است یا باز. در محلول‌های آبی یون ⁺Rg در این محلول‌ها منجر به تشکیل ⁺[Rg(H۲O)۲] می‌شود که در آن یک پیوند یگانه بین رونتگنیم و اکسیژن به طول ۲۰۷٫۱ پیکومتر شکل می‌گیرد. همچنین پیش‌بینی شده که رونتگنیم با آمونیاک، سولفید هیدروژن و فسفین تشکیل کمپلکس دهد.

خواص فیزیکی و اتمی

پیش‌بینی می‌شود که رونتگنیم به دلیل دستگاه بلوری مکعبی خود تحت شرایط عادی جامد باشد. پیش‌بینی شده که به علت اثرات نسبیتی، رونتگنیم فلزی بسیار سنگین با چگالی ۲۸٫۷ باشد؛ که در مقابل سنگین‌ترین فلزی که تا به حال شناخته شده؛ اسمیم با چگالی ۲۲٫۶۱ بیشتر است. پیش‌بینی شده که شعاع اتمی رونتگنیم ۱۳۸ پیکومتر باشد.
عناصر پایدار گروه ۱۱ یعنی مس، نقره و طلا همگی آرایش الکترونی لایه آخرشان به این شکل nd۱۰(n+1)s۱ است؛ و در حالت برانگیختگی آن‌ها به این شکل nd۹(n+1)s۲ درمی‌آید و همین اختلاف موجب تولید انرژی می‌شود. در مس این اختلاف بین حالت پایه و برانگیخته به کمترین حد خود می‌رسد و در نتیجه موجب می‌شود که فلز قرمز رنگ به نظر می‌رسد. برای نقره این اختلاف انرژی بیشتر می‌شود و در نتیجه فلز نقره‌ای رنگ به نظر می‌رسد؛ ولی در مورد طلا با افزایش عدد اتمی به دلیل اثرات نسبیتی، حالت برانگیخته پایدارتر می‌شود و در نتیجه اختلاف تغییر چندانی نمی‌کند. طلا در واقع نقره‌ای رنگ است اما به دلیل اثرات نسبیتی رنگ آن، طلایی به نظر می‌رسد. پیش‌بینی شده که الکترون‌های لایه آخر رونتگنیم ۶d۱۰۷s۱ که حالت برانگیخته‌اش طبق این با ۶d۹۷s۲ برابر است. اختلاف انرژی بین حالت پایه و برانگیخته برای رونتگنیم شبیه به نقره است که احتمالات مبنی بر این که رونتگنیم نقره‌ای رنگ باشد را قوی‌تر می‌کند.

شیمی آزمایشگاهی

به دلیل واکنش‌پذیری کم ایزوتوپ‌ها، هیچ مطالعهٔ قطعی دربارهٔ خواص شیمیایی رونتگنیم تا به حال منتشر نشده‌است. برای انجام مطالعات بر روی یک عنصر فرااورانیمی؛ باید حداقل چهار اتم با نیمه‌عمرهای بیش از یک ثانیه مورد بررسی قرار گیرد و در طول مطالعه حداقل یک اتم از عنصر در هفته سنتز شود. رونتگنیم-۲۸۲ نیمه‌عمری معادل ۱۰۰ ثانیه دارد که برای انجام مطالعات کافی است؛ ولی مشکل میزان تولید رونتگنیم است؛ تولید رونتگنیم هفته‌ها یا ماه‌ها طول می‌کشد و همین خطای آزمایش را زیاد می‌کند. جداسازی و شناسایی باید به‌طور مداوم تکرار شود تا دستگاه‌های پیشرفته بر فاز گازی و محلول‌های آن آزمایش انجام دهند. با وجود طرح فرضیه‌هایی مبنی بر تأثیرات نسبیتی بر روی پر شدن آخرین لایه الکترونی (پدیده‌ای که تنها در مورد گازهای نجیب صورت می‌گیرد و باعث می‌شود واکنش‌پذیری عنصر بسیار کم شود)، بر آزمایش‌ها روی رونتگنیم به اندازه عناصر دیگر همچون کوپرنیسیم و لیورموریم تمرکز نشده‌است. رونتگنیم-۲۸۱ و رونتگنیم-۲۸۰ نیز برای این آزمایش‌ها مناسب هستند و پیش‌بینی شده که به عنوان محصولات واپاشی دو ایزوتوپ مسکوویم یعنی مسکوویم-۲۸۸ و مسکوویم-۲۸۹ تولید شوند.