Mendelevium

Mendelevium adalah sebuah unsur kimia sintetis dengan lambang Md (sebelumnya Mv) dan nomor atom 101. Ia merupakan salah satu unsur transuranium metalik yang radioaktif dalam deret aktinida. Ia juga merupakan unsur pertama berdasarkan nomor atom yang saat ini tidak dapat diproduksi dalam jumlah makroskopis melalui pemborbardiran neutron terhadap unsur yang lebih ringan. Ia adalah aktinida ketiga terakhir dan unsur transuranium kesembilan. Ia hanya dapat diproduksi dalam akselerator partikel dengan membombardir unsur yang lebih ringan dengan partikel bermuatan. Tujuh belas isotopnya telah diketahui; yang paling stabil adalah 258Md dengan waktu paruh 51 hari; namun, 256Md yang berumur lebih pendek (waktu paruh 1,17 jam) adalah yang paling umum digunakan dalam kimia karena dapat diproduksi dalam skala yang lebih besar.

Mendelevium ditemukan melalui pembombardiran einsteinium dengan partikel alfa pada tahun 1955, metode yang masih digunakan untuk memproduksinya sampai sekarang. Ia dinamai dari Dmitri Mendeleev, bapak dari tabel periodik unsur kimia. Dengan menggunakan jumlah mikrogram einsteinium-253 yang tersedia, lebih dari satu juta atom mendelevium dapat dibuat setiap jam. Sifat kimianya khas untuk aktinida akhir, dengan keadaan oksidasi +3 yang lebih besar tetapi juga keadaan oksidasi +2 yang dapat diakses. Semua isotop mendelevium yang diketahui memiliki waktu paruh yang pendek; saat ini ia tidak memiliki kegunaan di luar penelitian ilmiah dasar, dan hanya diproduksi dalam jumlah kecil.

Penemuan

Mendelevium adalah unsur transuranium kesembilan yang disintesis. Ia pertama kali disintesis oleh Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Gregory R. Choppin, Bernard G. Harvey, dan pemimpin tim Stanley G. Thompson pada awal tahun 1955 di Universitas California, Berkeley. Tim tersebut menghasilkan 256Md (waktu paruh 77 menit) ketika mereka membombardir target 253Es yang terdiri dari hanya satu miliar (109) atom einsteinium dengan partikel alfa (inti helium) di siklotron 60 inci Laboratorium Radiasi Berkeley, sehingga meningkatkan nomor atom target menjadi dua. Dengan demikian, 256Md menjadi isotop pertama dari setiap unsur yang disintesis satu atom pada satu waktu. Secara total, tujuh belas atom mendelevium diproduksi. Penemuan ini adalah bagian dari program yang dimulai pada tahun 1952, yang menyinari plutonium dengan neutron untuk mentransmutasikannya menjadi aktinida yang lebih berat. Metode ini diperlukan karena metode sebelumnya yang digunakan untuk menyintesis unsur transuranik, penangkapan neutron, tidak dapat bekerja karena kurangnya isotop fermium yang meluruh melalui peluruhan beta yang akan menghasilkan isotop unsur berikutnya, mendelevium, dan juga karena waktu paruh yang sangat singkat untuk fisi spontan 258Fm yang dengan demikian merupakan batas keras untuk keberhasilan proses penangkapan neutron.

Untuk memprediksi kemungkinan produksi mendelevium, tim tersebut menggunakan perhitungan kasar. Jumlah atom yang akan dihasilkan kira-kira sama dengan hasil kali jumlah atom bahan target, penampang lintang target, intensitas berkas ion, dan waktu pengeboman; faktor terakhir ini terkait dengan waktu paruh produk saat membombardir waktu sesuai urutan waktu paruhnya. Ini memberikan satu atom per percobaan. Dengan demikian dalam kondisi optimal, penyusunan hanya satu atom unsur 101 per percobaan dapat diharapkan. Perhitungan ini menunjukkan bahwa percobaan dapat dilanjutkan. Bahan target, einsteinium-253, dapat diproduksi dengan mudah dari penyinaran plutonium: satu tahun penyinaran akan menghasilkan satu miliar atom, dan waktu paruh tiga minggunya berarti bahwa percobaan unsur 101 dapat dilakukan dalam satu minggu setelah einsteinium yang dihasilkan dipisahkan dan dimurnikan untuk membuat target. Namun, siklotron perlu ditingkatkan untuk mendapatkan intensitas yang dibutuhkan sebesar 1014 partikel alfa per detik; Seaborg mengajukan dana yang diperlukan.

Saat Seaborg mengajukan pendanaan, Harvey mengerjakan target einsteinium, sementara Thomson dan Choppin berfokus pada metode isolasi kimia. Choppin menyarankan penggunaan asam α-hidroksiisobutirat untuk memisahkan atom mendelevium dari atom aktinida yang lebih ringan. Sintesis sebenarnya dilakukan dengan teknik putaran, yang diperkenalkan oleh Albert Ghiorso. Dalam teknik ini, einsteinium ditempatkan di sisi target yang berlawanan dari pancaran, sehingga atom mendelevium yang berputar akan mendapatkan momentum yang cukup untuk meninggalkan target dan ditangkap pada foil penangkap yang terbuat dari emas. Target putaran ini dibuat dengan teknik elektroplating yang dikembangkan oleh Alfred Chetham-Strode. Teknik ini memberikan hasil yang sangat tinggi, yang mutlak diperlukan saat bekerja dengan produk langka dan berharga seperti bahan target einsteinium. Target putaran terdiri dari 109 atom 253Es yang disimpan secara elektrolitis pada kertas emas tipis. Ia dibombardir oleh partikel alfa 41 MeV dalam siklotron Berkeley dengan kerapatan berkas sangat tinggi sebesar 6×1013 partikel per detik di area seluas 0,05 cm2. Target didinginkan dengan air atau helium cair, dan foil dapat diganti.

Eksperimen awal dilakukan pada bulan September 1954. Tidak ada peluruhan alfa yang terlihat dari atom mendelevium; dengan demikian, Ghiorso memperkirakan bahwa mendelevium semuanya telah meluruh melalui penangkapan elektron menjadi fermium dan percobaan harus diulang untuk mencari peristiwa fisi spontan. Pengulangan eksperimen terjadi pada Februari 1955.

Pada hari penemuan, 19 Februari, penyinaran alfa target einsteinium terjadi dalam tiga sesi tiga jam. Siklotron berada di kampus Universitas California, sedangkan Laboratorium Radiasi berada di bukit berikutnya. Untuk menghadapi situasi ini, prosedur yang rumit digunakan: Ghiorso mengambil foil penangkap (ada tiga target dan tiga foil) dari siklotron ke Harvey, yang akan menggunakan air raja untuk melarutkannya dan menyebarkannya melalui kolom resin penukar anion untuk memisahkan unsur transuranium dari emas dan produk lainnya. Tetesan yang dihasilkan memasuki tabung reaksi, yang dibawa Choppin dan Ghiorso dengan mobil untuk sampai ke Laboratorium Radiasi secepat mungkin. Di sana Thompson dan Choppin menggunakan kolom resin penukar kation dan asam α-hidroksiisobutirat. Tetesan larutan dikumpulkan pada piringan platina dan dikeringkan di bawah lampu panas. Ketiga piringan diperkirakan masing-masing mengandung fermium, tidak ada unsur baru, dan mendelevium. Akhirnya, mereka ditempatkan di lemari mereka sendiri, yang terhubung ke perekam sehingga peristiwa fisi spontan akan dicatat sebagai defleksi besar dalam grafik yang menunjukkan jumlah dan waktu peluruhan. Dengan demikian tidak ada deteksi langsung, tetapi melalui pengamatan peristiwa fisi spontan yang timbul dari produk penangkap elektronnya, 256Fm. Yang pertama diidentifikasi dengan "hore" diikuti dengan "hore dobel" dan "hore tripel". Yang keempat akhirnya secara resmi membuktikan identifikasi kimia dari unsur ke-101, mendelevium. Secara total, lima peluruhan dilaporkan hingga pukul 4 pagi. Seaborg diberi tahu dan tim dibiarkan tidur. Analisis tambahan dan percobaan lebih lanjut menunjukkan isotop mendelevium yang dihasilkan memiliki massa 256 dan meluruh melalui penangkapan elektron menjadi fermium-256 dengan waktu paruh 1,5 jam.

Menjadi unsur pertama dalam seratus unsur kimia kedua, diputuskan bahwa unsur tersebut akan diberi nama "mendelevium" dari ahli kimia Rusia Dmitri Mendeleev, bapak tabel periodik. Karena penemuan ini terjadi selama Perang Dingin, Seaborg harus meminta izin dari pemerintah Amerika Serikat untuk mengusulkan agar unsur tersebut diberi nama dari orang Rusia, tetapi dikabulkan. Nama "mendelevium" diterima oleh Persatuan Kimia Murni dan Terapan Internasional (IUPAC) pada tahun 1955 dengan lambang "Mv", yang diubah menjadi "Md" pada Sidang Umum IUPAC berikutnya (Paris, 1957).

Karakteristik

Fisik

Dalam tabel periodik, mendelevium terletak di sebelah kanan aktinida fermium, di sebelah kiri aktinida nobelium, dan di bawah lantanida tulium. Logam mendelevium belum pernah disiapkan dalam jumlah banyak, dan persiapan massal saat ini tidak mungkin dilakukan. Namun demikian, sejumlah prediksi dan beberapa hasil percobaan pendahuluan telah dilakukan mengenai sifat-sifatnya.

Lantanida dan aktinida, dalam keadaan logam, dapat ada sebagai logam divalen (seperti europium dan iterbium) atau trivalen (kebanyakan lantanida lainnya). Yang pertama memiliki konfigurasi fns2, sedangkan yang kedua memiliki konfigurasi fn−1d1s2. Pada tahun 1975, Johansson dan Rosengren meneliti nilai energi kohesif (entalpi kristalisasi) lantanida dan aktinida metalik yang diukur dan diprediksi, baik sebagai logam divalen maupun trivalen. Kesimpulannya adalah bahwa peningkatan energi ikatan konfigurasi [Rn]5f126d17s2 dibandingkan konfigurasi [Rn]5f137s2 untuk mendelevium tidak cukup untuk mengompensasi energi yang dibutuhkan untuk mempromosikan satu elektron 5f ke 6d, sama seperti untuk aktinida akhir: dengan demikian einsteinium, fermium, mendelevium, dan nobelium diperkirakan menjadi logam divalen. Meningkatnya dominasi keadaan divalen jauh sebelum deret aktinida berakhir dikaitkan dengan stabilisasi relativistik elektron 5f, yang meningkat dengan meningkatnya nomor atom. Studi termokromatografi dengan jumlah renik mendelevium oleh Zvara dan Hübener dari tahun 1976 hingga 1982 mengkonfirmasi prediksi ini. Pada tahun 1990, Haire dan Gibson memperkirakan logam mendelevium memiliki entalpi sublimasi antara 134 dan 142 kJ/mol. Logam mendelevium divalen seharusnya memiliki jari-jari logam sekitar . Seperti aktinida akhir divalen lainnya (sekali lagi kecuali lawrensium trivalen), logam mendelevium seharusnya memiliki struktur kristal kubus berpusat muka. Titik lebur mendelevium diperkirakan mencapai 827 °C, nilai yang sama seperti yang diprediksikan untuk unsur tetangganya, nobelium. Massa jenisnya diperkirakan sekitar .

Kimia
Kimia mendelevium sebagian besar hanya diketahui dalam larutan, di mana ia dapat mengambil keadaan oksidasi +3 atau +2. Keadaan +1 juga telah dilaporkan, tetapi belum dikonfirmasi.

Sebelum penemuan mendelevium, Seaborg dan Katz meramalkan bahwa mendelevium seharusnya trivalen dalam larutan berair dan karenanya harus berperilaku serupa dengan lantanida dan aktinida tripositif lainnya. Setelah sintesis mendelevium pada tahun 1955, prediksi ini dikonfirmasi, pertama dalam pengamatan pada penemuannya bahwa ia terelusi tepat setelah fermium dalam urutan elusi aktinida trivalen dari kolom resin penukar kation, dan kemudian pengamatan tahun 1967 bahwa mendelevium dapat membentuk hidroksida dan fluorida yang tidak larut yang berkopresipitasi dengan garam lantanida trivalen. Studi pertukaran kation dan ekstraksi pelarut mengarah pada kesimpulan bahwa mendelevium adalah aktinida trivalen dengan jari-jari ionik agak lebih kecil daripada aktinida sebelumnya, fermium. Mendelevium dapat membentuk kompleks koordinasi dengan asam 1,2-sikloheksanadinitrilotetraasetat (DCTA).

Dalam kondisi reduksi, mendelevium(III) dapat dengan mudah direduksi menjadi mendelevium(II), yang stabil dalam larutan berair. Potensial reduksi standar dari pasangan E°(Md3+→Md2+) diestimasi secara beragam pada tahun 1967 pada −0,10 V atau −0,20 V: percobaan tahun 2013 kemudian menetapkan nilai pada . Sebagai perbandingan, E°(Md3+→Md0) seharusnya sekitar −1,74 V, dan E°(Md2+→Md0) seharusnya sekitar −2,5 V. Perilaku elusi mendelevium(II) telah dibandingkan dengan perilaku elusi stronsium(II) dan europium(II).

Pada tahun 1973, mendelevium(I) dilaporkan telah diproduksi oleh ilmuwan Rusia, yang memperolehnya dengan mereduksi keadaan oksidasi mendelevium yang lebih tinggi dengan samarium(II). Ia ditemukan stabil dalam larutan air–etanol netral dan homolog dengan sesium(I). Namun, percobaan selanjutnya tidak menemukan bukti mendelevium(I) dan menemukan bahwa mendelevium berperilaku seperti unsur divalen ketika direduksi, tidak seperti logam alkali monovalen. Namun demikian, tim Rusia melakukan studi lebih lanjut tentang termodinamika kokristalisasi mendelevium dengan klorida logam alkali, dan menyimpulkan bahwa mendelevium(I) telah terbentuk dan dapat membentuk kristal campuran dengan unsur-unsur divalen, sehingga mengkristal bersama mereka. Status keadaan oksidasi +1 masih tentatif.

Pada tahun 1975, potensial elektroda E°(Md4+→Md3+) diperkirakan menjadi +5,4 V; eksperimen tahun 1967 dengan oksidator kuat natrium bismutat tidak mampu mengoksidasi mendelevium(III) menjadi mendelevium(IV).

Atom
Sebuah atom mendelevium memiliki 101 elektron. Mereka diperkirakan tersusun dalam konfigurasi [Rn]5f137s2 (lambang istilah keadaan dasar 2F7/2), meskipun verifikasi eksperimental konfigurasi elektron ini belum dilakukan hingga tahun 2006. Lima belas elektron dalam subkulit 5f dan 7s adalah elektron valensi. Dalam membentuk senyawa, tiga elektron valensi dapat hilang, meninggalkan inti [Rn]5f12: ini sesuai dengan tren yang ditetapkan oleh aktinida lain dengan konfigurasi elektron [Rn] 5fn dalam keadaan tripositif. Potensial ionisasi pertama mendelevium diukur paling banyak (6,58 ± 0,07) eV pada tahun 1974, berdasarkan asumsi bahwa elektron 7s akan terionisasi sebelum elektron 5f; nilai ini belum disempurnakan lebih lanjut karena kelangkaan mendelevium dan radioaktivitasnya yang tinggi. Jari-jari ionik Md3+ heksakoordinat telah diperkirakan sebelumnya pada tahun 1978 sekitar 91,2 pm; Perhitungan tahun 1988 berdasarkan tren logaritmik antara koefisien distribusi dan jari-jari ionik menghasilkan nilai 89,6 pm, serta entalpi hidrasi . Md2+ seharusnya memiliki jari-jari ionik 115 pm dan entalpi hidrasi −1413 kJ/mol; Md+ seharusnya memiliki jari-jari ionik 117 pm.

Isotop

Tujuh belas isotop mendelevium telah diketahui, dengan nomor massa mulai dari 244 hingga 260; semuanya bersifat radioaktif. Selain itu, lima isomer nuklir telah diketahui: 245mMd, 247mMd, 249mMd, 254mMd, dan 258mMd. Dari jumlah tersebut, isotop dengan umur terpanjang adalah 258Md dengan waktu paruh 51,5 hari, dan isomer dengan umur terpanjang adalah 258mMd dengan waktu paruh 58,0 menit. Namun demikian, 256Md yang berumur lebih pendek (waktu paruh 1,17 jam) lebih sering digunakan dalam eksperimen kimia karena dapat diproduksi dalam jumlah yang lebih besar dari penyinaran einsteinium terhadap partikel alfa. Setelah 258Md, isotop mendelevium paling stabil berikutnya adalah 260Md dengan waktu paruh 31,8 hari, 257Md dengan waktu paruh 5,52 jam, 259Md dengan waktu paruh 1,60 jam, dan 256Md dengan waktu paruh 1,17 jam. Semua isotop mendelevium yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari satu jam, dan sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari 5 menit.

Waktu paruh isotop mendelevium sebagian besar meningkat dengan lancar dari 244Md dan seterusnya, mencapai maksimum pada 258Md. Eksperimen dan prediksi menunjukkan bahwa waktu paruh kemudian akan menurun, selain dari 260Md dengan waktu paruh 31,8 hari, karena fisi spontan menjadi mode peluruhan yang dominan karena tolakan timbal balik dari proton yang menimbulkan batas pulau stabilitas relatif dari inti berumur panjang dalam deret aktinida.

Mendelevium-256, isotop mendelevium yang paling penting secara kimia, meluruh melalui penangkapan elektron 90% dari waktu dan peluruhan alfa 10% dari waktu. Ia paling mudah dideteksi melalui fisi spontan produk penangkap elektronnya fermium-256, tetapi dengan adanya nuklida lain yang mengalami fisi spontan, peluruhan alfa pada energi karakteristik untuk mendelevium-256 (7,205 dan 7,139 MeV) dapat memberikan identifikasi yang lebih berguna.

Produksi dan isolasi
Isotop paling ringan (244Md hingga 247Md) sebagian besar dihasilkan melalui pemborbardiran target bismut dengan ion argon, sedangkan isotop yang sedikit lebih berat (248Md hingga 253Md) diproduksi dengan membombardir target plutonium dan amerisium dengan ion karbon dan nitrogen. Isotop yang paling penting dan paling stabil berkisar dari 254Md hingga 258Md dan diproduksi melalui pemborbardiran einsteinium dengan partikel alfa: einsteinium-253, -254, dan -255 semuanya dapat digunakan. 259Md diproduksi sebagai turunan dari 259No, dan 260Md dapat diproduksi dalam reaksi transfer antara einsteinium-254 dan oksigen-18. Biasanya, isotop 256Md yang paling umum digunakan diproduksi dengan membombardir einsteinium-253 atau -254 dengan partikel alfa: einsteinium-254 lebih disukai bila tersedia karena memiliki waktu paruh yang lebih lama dan karena itu dapat digunakan sebagai target lebih lama. Menggunakan jumlah mikrogram einsteinium yang tersedia, jumlah femtogram mendelevium-256 dapat diproduksi.

Momentum putaran dari atom mendelevium-256 yang dihasilkan digunakan untuk membawa mereka jauh secara fisik dari target einsteinium dari mana mereka diproduksi, membawa mereka ke sebuah foil logam tipis (biasanya berilium, aluminium, platina, atau emas) tepat di belakang sasaran dalam ruang hampa. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan pemisahan bahan kimia segera, yang mahal dan mencegah penggunaan kembali target einsteinium yang mahal. Atom mendelevium kemudian terperangkap dalam atmosfer gas (biasanya helium), dan semburan gas dari lubang kecil di ruang reaksi membawa mendelevium. Menggunakan tabung kapilar panjang, dan termasuk aerosol kalium klorida dalam gas helium, atom mendelevium dapat diangkut lebih dari puluhan meter untuk dianalisis secara kimia dan ditentukan jumlahnya. Mendelevium kemudian dapat dipisahkan dari bahan foil dan produk fisi lainnya dengan menerapkan asam ke foil dan kemudian mengopresipitasi mendelevium lantanum fluorida, kemudian menggunakan kolom resin penukar kation dengan larutan etanol 10% yang dijenuhkan dengan asam klorida, bertindak sebagai eluen. Namun, jika foil terbuat dari emas dan cukup tipis, cukup dengan melarutkan emas dalam air raja sebelum memisahkan aktinida trivalen dari emas menggunakan kromatografi penukar anion, eluennya adalah asam klorida 6 M.

Mendelevium akhirnya dapat dipisahkan dari aktinida trivalen lainnya menggunakan elusi selektif dari kolom resin penukar kation, eluennya adalah amonia α-HIB. Menggunakan metode gas-jet sering membuat dua langkah pertama tidak diperlukan. Prosedur di atas adalah yang paling umum digunakan untuk pemisahan unsur transeinsteinium.

Cara lain yang mungkin untuk memisahkan aktinida trivalen adalah melalui kromatografi ekstraksi pelarut menggunakan asam fosfat bis-(2-etilheksil) (disingkat HDEHP) sebagai fase organik diam dan asam nitrat sebagai fase berair bergerak. Urutan elusi aktinida dibalik dari kolom resin penukar kation, sehingga aktinida yang lebih berat terelusi kemudian. Mendelevium yang dipisahkan dengan metode ini memiliki keuntungan bebas dari zat pengompleks organik dibandingkan dengan kolom resin; kerugiannya adalah mendelevium kemudian terelusi sangat terlambat dalam urutan elusi, setelah fermium.

Metode lain untuk mengisolasi mendelevium mengeksploitasi sifat elusi Md2+ yang berbeda dari Es3+ dan Fm3+. Langkah awalnya sama seperti di atas, dan menggunakan HDEHP untuk kromatografi ekstraksi, tetapi mempresipitasi mendelevium dengan terbium fluorida, bukan lantanum fluorida. Kemudian, 50 mg kromium ditambahkan pada mendelevium untuk mereduksinya menjadi +2 dalam asam klorida 0,1 M dengan seng atau raksa. Ekstraksi pelarut kemudian berlanjut, dan sementara lantanida dan aktinida trivalen dan tetravalen tetap berada di kolom, mendelevium(II) tidak dan tetap di dalam asam klorida. Ia kemudian direoksidasi menjadi +3 menggunakan hidrogen peroksida dan kemudian diisolasi dengan elusi selektif dengan asam klorida 2 M (untuk menghilangkan pengotor, termasuk kromium) dan akhirnya asam klorida 6 M (untuk menghilangkan mendelevium). Dimungkinkan juga untuk menggunakan kolom amalgam kationit dan seng, menggunakan asam klorida 1 M sebagai eluen, mereduksi Md(III) menjadi Md(II) yang berperilaku seperti logam alkali tanah. Isolasi kimia termokromatografi dapat dicapai dengan menggunakan mendelevium heksafluoroasetilaseton yang volatil: senyawa analog fermium juga telah dikenal dan juga volatil.

Toksisitas
Meskipun hanya sedikit orang yang bersentuhan dengan mendelevium, Komisi Internasional Perlindungan Radiologis telah menetapkan batas paparan tahunan untuk isotop mendelevium yang paling stabil. Untuk mendelevium-258, batas ingesti ditetapkan pada 9×105 becquerel (1 Bq setara dengan satu peluruhan per detik). Mengingat waktu paruh isotop ini, berat batas ini hanya 2,48 ng (nanogram). Batas inhalasi ditetapkan pada 6000 Bq atau 16,5 pg (pikogram).

Catatan dan referensi

Catatan

Referensi

Bibliografi

Bacaan lebih lanjut
 Hoffman, D.C., Ghiorso, A., Seaborg, G. T. The transuranium people: the inside story, (2000), 201–229
 Morss, L. R., Edelstein, N. M., Fuger, J., The chemistry of the actinide and transactinide element, 3, (2006), 1630–1636
 A Guide to the Elements – Revised Edition, Albert Stwertka, (Oxford University Press; 1998)

Pranala luar

  Laboratorium Nasional Los Alamos – Mendelevium
  It's Elemental – Mendelevium
  WebElements.com - Mendelevium
  Environmental Chemistry – Md info
  Mendelevium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)

 
Unsur kimia
Aktinida
Unsur kimia sintetis
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-muka