Tenés

Tenés (angl. tennessine) je superťažký umelý chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Ts a protónové číslo 117. Je to transurán a transaktinoid, v súčasnosti druhý najťažší objavený chemický prvok.

Celkovo bolo zatiaľ pripravených pätnásť atómov tenésu. Prvok objavili v apríli 2010 v rámci rusko-americkej spolupráce v Dubne. V roku 2012 sa experiment v Dubne úspešne zopakoval a v roku 2014 ho reprodukovali aj v rámci nemecko-americkej spolupráce v Darmstadte. Výsledky boli preskúmané a uznané v roku 2015, priorita objavu bola uznaná rusko-americkému tímu. Objavitelia navrhli prvok pomenovať v angličtine ako tennessine (výsl. [ˈtɛnᵻsaɪn] alebo [ˈtɛnᵻsiːn]), podľa Tennessee v USA. Tento názov sa stal oficiálnym v roku 2016.

Ako prvok skupiny halogénov má v angličtine názov s príponou -ine. V slovenčine sa táto príponu odstraňuje, aj predchádzajúci halogén bol zdomácnený z anglického astatine na astát. V slovenčine sa zjednodušujú dvojité písmená na jednoduché, napríklad od mesta Ytterby je názov prvku yterbium. Slovenský názov v tvare tenés bol ohlásený Slovenským národným komitétom IUPAC tlačovou správou 5. decembra 2016.

Čo sa týka stability, tenés by sa mohol nachádzať v takzvanom ostrove stability, no doposiaľ pripravené ľahšie izotopy tenésu mali životnosť len niekoľko desiatok až stoviek milisekúnd. Nateraz je najťažším známym prvkov skupiny halogénov, zatiaľ však nie je dostatok experimentálnych údajov, aby bolo jasné, či ho bude možné označovať priamo ako halogén. Aj u tenésu sa očakáva, že v dôsledku relativistických efektov v elektrónovom obale jeho atómov sa jeho chemické vlastnosti budú odlišovať od vlastností ľahších prvkov v tejto skupine. Výpočty predpovedajú, že tenés by mohol byť prchavý kovový prvok, mal by byť schopný vytvárať kovalentné molekuly, no nemal by v nich dosahovať vysoké oxidačné číslo VII, ako je toho schopný napríklad jód, ani by nemal vytvárať iónové halogenidy s aniónom Ts –, čiže tenesidy.

Zdomácnenie názvu z angličtiny 
Anglický názov prvku 117, tennessine, bol po veľmi dlhej dobe prvým, ktorý nebol vytvorený pomocou prípony -ium. Podľa pravidiel IUPAC pre pomenovávanie prvkov, sa prípona -ium nepoužíva pri prvkoch skupín halogénov a vzácnych plynov, kde sa majú použiť prípony typické pre názvy v týchto skupinách. Prípona -ine v názve tennessine je však špecifická len pre angličtinu. Ako tento názov zdomácniť preto vyvolalo diskusie v mnohých jazykoch. Odporúčanie IUPAC pre zdomácňovanie anglického názvu tennessine znelo, že sa má postupovať rovnako ako sa v minulosti postupovalo pri zdomácnení názvu predchádzajúceho halogénu.

O správnom tvare názvu prvku 117 v slovenčine rozhodol Slovenský národný komitét IUPAC v spolupráci s Jazykovedným ústavom Ľ. Štúra pri Slovenskej akadémii vied. Slovenčina zachovala aj pri prvku 117 zaužívaný spôsob pomenovávania v skupine halogénov. Tak ako pri zdomácnení anglického názvu astatine na slovenský názov astát, sa aj z názvu tennessine prípona -ine v slovenčine odstránila. Čo sa týka slovenského pravopisu zostávajúceho koreňa tenness-, slovenčina preberá dvojité písmená v názvoch chemických prvkov len v prípade, že bol názov odvodený od priezviska osoby a zachováva sa tým pôvodný pravopis priezviska. Pôvod názvu prvku 117 je geografický, v tomto prípade sa dvojité písmená zjednodušujú, napr. od mesta Ytterby je v slovenčine názov prvku yterbium.

Podľa uvedených pravidiel sa za správny názov pre prvok 117 v slovenčine stanovil názov tenés. Podobne prebehlo zdomácnenie názvu prvku 117 aj v ďalších jazykoch, napríklad v nemčine bol prvok 117 oficiálne pomenovaný ako tenness, vo francúzštine tennesse a v španielčine teneso.

Objav prvku 

V decembri 2004, navrhol Spojený inštitút jadrového výskumu (JINR) v ruskej Dubne, spoločný experiment s americkým Národným laboratóriom v Oak Ridge (ORNL) v Tennessee. Cieľom experimentu mala byť príprava prvku 117 ostreľovaním terča z berkélia (Bk, prvok 97) iónmi vápnika (Ca, prvok 20). Mala sa tým uzavrieť séria experimentov v JINR, pri ktorých sa vápnikom-48 ostreľovali rôzne aktinoidy a objavili sa pri tom prvky 114, 115, 116 a 118.

ORNL bolo vtedy jediným producentom berkélia, no v danom čase sa prvok nevyrábal, a zahájenie výroby len pre účely experimentu by bolo príliš nákladné. Plány na prípravu prvku 117 boli na čas pozastavené a vedci sa sústredil na potvrdenie predchádzajúceho objavu prvku 118. Kľúčovou postavou pre obnovenie projektu syntézy prvku 117 bol Joseph Hamilton z Vanderbilt University v Knoxville, Tennessee, ktorý priebežne kontroloval stav výroby aktinoidov v ORNL. V roku 2008 oznámil ruským kolegom, že vďaka komerčnej objednávke pre petrochemický priemysel sa v ORNL opäť spustí výroba kalifornia, pri ktorej ako vedľajší produkt vzniká aj berkélium.

Extrakciu berkélia na vedecké účely z komerčnej zákazky na kalifornium schválilo v novembri 2008 aj Ministerstvo energetiky USA, ktoré v tom čase vykonávalo dohľad nad reaktorom v Oak Ridge. Výroba trvala 250 dní, počas ktorých sa v reaktore vyrobilo 22 miligramov berkélia. Následne sa vzorka 90 dní chladila a 90 dní trvala separácia berkélia. Polčas rozpadu pripraveného izotopu berkélia je 330 dní, takže už len za toto obdobie sa rozložila viac ako polovica pôvodne pripraveného materiálu. Aby bol experiment vôbec možný, musel sa uskutočniť v časovom horizonte nasledujúcich maximálne 6 mesiacov.

Berkélium sa do Moskvy prepravovalo letecky, z New Yorku, zabalené v piatich olovených nádobách. Kvôli chýbajúcej alebo neúplnej dokumentácii ruskí colníci dvakrát zamietli vstup tejto zásielky do krajiny a počas niekoľkých dní preletelo berkélium ponad Atlantický oceán až päťkrát, kým konečne mohlo v Rusku ostať. Berkélium potom putovalo na pracovisko v Dimitrovgrade, kde z neho pripravili terč pre urýchľovač v podobe 300 nanometrov tenkej vrstvy berkélia na fólii z titánu. Samotné ostreľovanie berkélia iónmi vápnika-48 v urýchľovači JINR v Dubne začalo koncom júla 2009.

V januári 2010 vedci vydali vnútornú správu, že zaznamenali rádioaktívny rozpad nového prvku s protónovým číslom 117 v podobe dvoch rozpadových radov. Jeden vychádzal z izotopu s nepárnym počtom neutrónov a kým sa jadro rozštiepilo postupne prešiel šiestimi rozpadmi alfa, druhý rozpadový rad vychádzal z izotopu s párnym počtom neutrónov u ktorého sa pred štiepením jadra zaznamenali tri rozpady alfa. Údaje o rozpadoch boli odoslané na ďalšiu analýzu do Lawrenceovho národného laboratória v Livermore (LLNL). Dňa 9. apríla 2010 vyšla oficiálna správa vo vedeckom časopise Physical Review Letters, v ktorej boli pozorované izotopy identifikované ako 294117 and 293117, s polčasmi rozpadu na úrovni desiatok alebo stoviek milisekúnd. Syntézu izotopov vyjadrujú nasledovné rovnice (v pôvodnom článku ešte nefigurovala neskôr prijatá značka tenésu Ts, miesto nej vtedy figurovalo len číslo 117):

249Bk + 48Ca → 297Ts* → 294Ts + 3 n (pozorované 1-krát)
249Bk + 48Ca → 297Ts* → 293Ts + 4 n (pozorované 5-krát)

Pri objave tenésu sa aj všetky jeho dcérske izotopy (produkty rozpadovej rady) pozorovali po prvý raz, a teda vlastnosti žiadneho z nich sa v tej dobe nemohli použiť pre potvrdenie objavu. Až v roku 2011 bol jeden z produktov rozkladu, 289Mc pripravený aj priamo, a jeho vlastnosti poskytli zhodu s údajmi pozorovanými aj pri rozpade tenésu. O zaregistrovanie objavu prvku však autori požiadali až keď sa pôvodnú syntézu podarilo zopakovať a v roku 2012 sa v Dubne pripravilo ďalších sedem atómov tenésu, s rovnakými výsledkami. Experiment sa podarilo úspešne zreprodukovať aj v roku 2014 v Darmstadte, kde sa pripravili ďalšie dva atómy tenésu. Na základe týchto výsledkov bol v roku 2015 uznaný objav izotopu 293Ts za preukázaný vlastnosťami dcérskeho izotopu 289Mc.

Hoci objav tenésu v Dubne nebol nikdy spochybnený ako celok, objavili sa aj práce, ktoré kritizovali niektoré fakty a najmä nedôslednosť komisie, ktorá objav izotopu 293Ts hodnotila. Výsledky zo spolupráce GSI v Darmstadte s Univerzitou v Lunde naznačili, že prepojenie medzi rozpadovými radami 293Ts a 289Mc, ktoré bolo kľúčové pri uznaní objavu prvku 117, možno v skutočnosti neexistuje, zatiaľ čo práve údaje o rozpade druhého, oficiálne neidentifikovaného izotopu 294Ts sa javia ako jednoznačnejší dôkaz objavu prvku 117. Tieto výsledky teda nespochybňujú objavu tenésu, ale skôr v súčasnosti platné postupy preverovania a uznávania objavov prvkov.

Kým sa pre prvok stanovil oficiálny názov, provizórne sa označoval systematickým číslicovým názvoslovím pre ťažké prvky ako ununseptium. Po objavení prvku sa americko-ruský tím snažil oddialiť rozhodovanie o pomenovaní tak dlho, ako to bolo možné, no nakoniec sa vedci dohodli, že právo navrhnúť novému prvku meno dostane Joseph Hamilton, ktorý zohral kľúčovú úlohu pri zabezpečení berkéliového terča. Hamilton nakoniec zvolil meno na počesť regiónu, ktorý pre syntézu prvku poskytol tento základný materiál, navrhol názov tennessine so značkou Ts.

V roku 2016 bol tento návrh zverejnený vyhlásením IUPAC a nasledovalo obdobie verejného pripomienkovania. Námietky proti značke prvku Ts z dôvodu zámeny s častým označením organickej skupiny tozyl (zvyšok od kyseliny toluénsulfónovej) boli zamietnuté, keďže podobné situácie sú bežné a v praxi nespôsobujú problémy (Ac označuje aktínium a v organickej chémii aj skupinu acetyl, podobne Pr označuje prazeodým aj propyl). Komisia tiež neprijala námietky proti použitiu prípony -ine. Kvôli nej v mnohých jazykoch považovali názov za nezdomácniteľný, avšak komisia upozornila, že s rovnakým problémom sa už jazyky úspešne vysporiadali v prípade názvu prvku 85, ktorý bol v angličtine pomenovaný ako astatine. Nakoniec sa teda navrhovaný názov tennessine a značka Ts stali oficiálnymi v novembri 2016.

Predpovedané vlastnosti 

Tenés je najťažším známym prvkom skupiny halogénov, v periodickej tabuľke sa nad ním nachádza pätica prvkov fluór, chlór, bróm, jód a astát. Všetky majú sedem valenčných elektrónov s konfiguráciou  . Pre tenés, ako prvok 7. periódy, tento trend udáva konfiguráciu .

V skutočnosti je situácia s elektrónovou konfiguráciou ťažších prvkov o niečo zložitejšia. Pri energetických hladinách atómov tenésu sa veľmi výrazne prejavujú  efekty spin-orbitálnej inerakcie. Už aj pri atómoch jódu sú valenčné p-orbitály jednoznačne rozštiepené na hladiny p1/2 a p3/2 a toto rozštiepenie sa smerom k astátu a tenésu ešte zväčšuje. Dva elektróny na energetickej hladine 7p1/2 sú tak v atóme tenésu viazané podstatne pevnejšie než zvyšné tri elektróny na energetickej hladine 7p3/2, čo má významný vplyv na správanie sa valenčnej vrstvy a na reaktivitu atómu. 

Na vlastnosti tenésu významne vplývajú aj relativistické efekty, v superťažkých atómoch sa elektróny pohybujú rýchlosťami blízkymi rýchlosti svetla a tým sa mení ich hmotnosť a správanie. V hypotetickom ióne tenésu s jedným elektrónom Ts116+ by sa hmotnosť tohto elektrónu mala zväčšiť až 1,9-násobne, kým pri podobnom ióne astátu At84+ je nárast hmotnosti iba 1,27-násobný a pri podobnom ióne jódu I52+ iba 1,08-násobný. To sa prejavuje tak, že kovalentné aj iónové polomery tenésu sú menšie, než by sa pre prvok s toľkými vrstvami elektrónov očakávalo. Ión Ts7+ by dokonca mal byť menší ako ión At7+, hoci má o celú jednu vrstvu elektrónov viac.

Relativistické efekty sa tiež prejavujú na polohe energetických hladín atómov. V skupine halogénov sa energia valenčných orbitálov s a p v dôsledku relativistických efektov znižuje, elektróny sú v atóme viazané silnejšie, než by sa pre danú vrstvu očakávalo. Orbitály d z vrstvy pod nimi sú, naopak, destabilizované, energeticky sú k valenčnej vrstve omnoho bližšie, ako by to bolo bez relativistických efektov.

Čo sa týka fyzikálnych vlastností, tenés by mal mať ešte o niečo vyššiu teplotu topenia a teplotu varu ako astát, pri izbovej teplote by mal byť v tuhom skupenstve. Tuhý tenés by mal mať ešte výraznejšie kovové vlastnosti ako astát, ktorý je polokov. Tenés by teda mal byť pomerne prchavý, ale úplne kovový prvok.

Všetky prvky skupiny halogénov, ktoré sú ľahšie ako tenés, veľmi ľahko prijímajú elektrón za účelom úplného zaplnenia valenčnej elektrónovej vrstvy, čím vznikajú anióny označované ako halogenidové. Schopnosť prijímať elektrón v tejto skupine však smerom k ťažším prvkom postupne klesá a u tenésu bola výpočtami predpovedaná tak nízka elektrónová afinita, že oxidačné číslo –I by pri tenése malo byť najmenej stabilné zo štyroch oxidačných čísel, v ktorom by prvok mal byť schopný existovať.
 
Tenés by mal vytvárať najmä kovalentné väzby. Podobne ako ostatné prvky skupiny halogénov aj tenés by mal (v plynnom skupenstve a v roztokoch) vytvárať dvojatómové molekuly Ts2. Väzba Ts-Ts v tejto molekule by podľa výpočtov mala podliehať všeobecnému trendu skupiny, podľa ktorého sa smerom k ťažším prvkom postupne oslabuje sigma charakter väzby a rastie jej pí charakter. Úplný extrém tejto situácie by mal predstavovať chlorid tenésny TsCl, kde atómy síce sú viazané jednoduchou väzbou, no táto väzba nie je typická σ-väzba, ale je to jednoduchá väzba tvorená π-oblakom elektrónovej hustoty.

V molekule tenesovodíka HTs by mala byť väzba medzi atómami H a Ts ešte dlhšia a slabšia ako v molekule astatovodíka HAt. Kvôli výraznej stabilizácii 7s elektrónov relativistickými efektami by sa tenés vôbec nemal vyskytovať v oxidačnom čísle VII, ako to dokáže napríklad jód. Atómy tenésu by sa, naopak, mali správať tak, akoby nemali 7 valenčných elektrónov, ale iba 5. Okrem málo stabilného oxidačného čísla –I, boli u tenésu vo výpočtoch pozorované oxidačné čísla I, III a V, pričom najstabilnejšie by malo byť oxidačné číslo I, ktorého príkladom je aj spomínaný chlorid tenésny TsCl.

Dôsledkom relativistických efektov je aj to, že u superťažkých atómov, akým je aj tenés, by malo zlyhávať odhadovanie geometrie molekúl pomocou teórie VSEPR. Molekula fluoridu joditého IF3 má, v súlade s teóriou VSEPR, tvar písmena T, pretože dve ekvatoriálne polohy trigonálnej bipyramídy valenčnej geometrie okolo atómu jódu vypĺňajú voľné elektrónové páry, a atómy fluóru tak obsadzujú tretiu ekvatoriálnu polohu a vrcholy protiľahlých trigonálnych pyramíd. Výpočty ukázali, že u analogickej molekuly fluoridu tenesitého TsF3 by takéto určenie geometrie malo byť chybné, a skutočnou geometriou TsF3 by mal byť pravidelný rovnostranný trojuholník.

Poznámky

Referencie

Iné projekty 

Transurány
Umelé prvky
Rádioaktívne prvky
Chemické prvky