Nobelij

Nobelij (lat. nobelium) jeste sintetički hemijski element sa simbolom No i atomskim brojem 102. Ime je dobio po hemičaru Alfredu Nobelu, izumitelju dinamita. To je radioaktivni metal, deseti transuranijski element i pretposljednji član serije aktinoida. Kao i svi elementi sa atomskim brojem iznad 100, nobelij se može dobiti samo u ubrzivaču čestica putem bombardiranja lakših elemenata nabijenim česticama. Do danas je otkriveno dvanaest izotopa ovog elementa, među kojim je najstabilniji 259No sa vremenom poluraspada od 58 minuta, mada se kratkoživući 255No (vrijeme poluraspada 3,1 minute) najčešće koristi u hemiji, jer se može dobiti u znatno većem obimu.

Ograničeni hemijski eksperimenti su pokazali da se nobelij ponaša kao teži homolog svog "komšije" u periodnom sistemu, iterbija. Nakon otkrića nobelija, predviđeno je da bi on mogao imati stabilno oksidacijsko stanje +2, kao i stanje +3 koje je karakteristično za druge aktinoide. Hemijske osobine ovog metala nisu potpuno poznate, osim u njegovim vodenim rastvorima. Kasnije su predviđanja potvrđena, i dokazano je da je stanje +2 mnogo stabilnije od stanja +3 u vodenom rastvoru, te da je vrlo teško "zadržati" nobelij u stanju +3.

Tokom 1950tih i 1960zih, mnoge laboratorije su tvrdile da su otkrile nobelij, između ostalih, u Švedskoj, Sovjetskom savezu i SAD. Iako su švedski naučnici vrlo brzo povukli svoje tvrdnje, prioritet za davanje imena novom elementu kao i čast za otkriće bili su kamen spoticanja između američkih i sovjetskih naučnika, sve dok 1997. godine IUPAC nije dao prednost sovjetskim naučnicima za otkriće elementa, ali je zadržao naziv nobelium, prijedlog Šveđana, jer se taj naziv najduže i najčešće koristio u nauci i literaturi.

 Historija 
Otkriće elementa 102 bilo je vrlo komplikovan proces, a grupe naučnika iz Švedske, SAD i bivšeg Sovjetskog saveza tvrdile su da su prvi to učinili. Prvi, potpuni i nekontroverzni izvještaj o otkriću ovog elementa sačinjen je 1966. godine u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja (JINR) u gradu Dubna, u tadašnjem Sovjetskom savezu. Prvi nagovještaj o otkriću elementa 102 dali su 1957. godine fizičari pri Nobelovom institutu u Švedskoj. Oni su objavili da su metu sačinjenu od kirija bombardirali ionima ugljika-13 tokom 25 sati u intervalima od po pola sata. U periodu između eksperimenata, vršena je ionsko-izmjenjivačka hemija na meti. Od 50 rezultata bombardiranja, dvanaest uzoraka sadržavalo je izvor zračenja koji je emitirao alfa čestice energije 8,5 (± 0,1) MeV, a nalazile su se u kapima koje su eluirane ranije od fermija (atomski broj Z = 100) i kalifornija (Z = 98). Vrijeme poluraspada tog izvora bilo je 10 minuta, te je sumnjano na izotope 251102 ili 253102, mada nije bila isključena ni mogućnost da se radi o alfa česticama emitiranih od pretpostavljenog, kratkoživućeg izotopa mendelevija (Z = 101), nastalog putem elektronskog zahvata elementa 102. Švedski tim naučnika predložio je naziv nobelium (No) za novi element, što je IUPAC odmah prihvatio i odobrio, što su sovjetski naučnici iz Dubne 1968. godine smatrali kao preuranjeno i nepromišljeno. Naredne godine, naučnici pri Nacionalnoj laboratoriji Lawrence u Berkeleyu ponovili su eksperiment Šveđana, ali nisu uspjeli potvrditi opažanja emisije zračenja od 8,5 MeV, a da se nije radilo o pozadinskim efektima.

Švedski naučnici su 1959. pokušali objasniti zašto tim iz Berkeleya nije uspio potvrditi element 102 prethodne godine, zadržavajući svoju tvrdnju o otkriću. Ipak, kasniji radovi su pokazali da ne postoji niti jedan izotop nobelija lakši od 259No (u švedskim eksperimentima nisu dobijeni teški izotopi) koji ima vrijeme poluraspada duže od 3 minute, te da rezultati švedskog tima vjerovatno potiču od torija-225, a koji ima vrijeme poluraspada od oko osam minuta i vrlo brzo se raspada trostrukim alfa raspadom do polonija-213, a koji opet ima energiju raspada od 8,53612 MeV. Ova hipoteza dobila je na težini zbog činjenice da se torij-225 vrlo lahko može dobiti u reakciji koju su izveli Šveđani te se on ne bi mogao izdvojiti hemijskim metodama koje su oni koristili. Kasniji radovi o nobeliju pokazali su da je dvovalentno stanje stabilnije od trovalentnog i da uzorci koji emitiraju alfa čestice ne mogu sadržavati nobelij, jer se dvovalentni nobelij ne bi mogao eluirati sa drugim trovalentnim aktinoidima. Stoga, švedski naučnici su kasnije povukli svoju tvrdnju o otkriću i povezali svoje rezultate sa pozadinskim efektima.

Tim iz Berkeleya, kojeg su činili Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, John R. Walton i Torbjørn Sikkeland, ubrzo nakon toga su objavili da su 1958. sintetizirali element 102. Oni su koristili novi linerarni ubrzivač teških iona (HILAC) pri bombardovanju mete načinjene od kirija (95% 244Cm i 5% 246Cm) pomoću iona 13C i 12C. Eksperimentom nisu uspjeli potvrditi aktivnost od 8,5 MeV koju su objavili Šveđani, nego su opazili raspad izotopa fermija-250, vjerovatno proizvod izotopa 254102 (nastao od kirija-246), a koji je imao vrijeme poluraspada od oko tri sekunde. Kasnije radovi iz Dubne objavljeni 1963. potvrdili su da je 254102 mogao biti proizveden ovom reakcijom, ali da je pravo vrijeme poluraspada zapravo 50 ± 10 s. Godine 1967, tim iz Berkeleya pokušao je odbraniti svoj rad, navodeći da je izotop koji su otkrili zapravo 250Fm a izotop čije vrijeme poluraspada su zapravo izmjerili, je povezan sa izotopom kalifornija-244, drugim proizvodom nakon izotopa 252102, nastalim iz mnogo rasprostranjenijeg kirija-244. Razlika u energijama bila je pripisana primijenjenoj rezoluciji i drugim tehničkim problemima, mada oni nisu ranije objavljeni te su vjerovatno imali utjecaj i na druge rezultate. Eksperimenti obavljeni 1977. pokazali su da je vrijeme poluraspada izotopa 252102 zaista 2,3 sekunde. Ipak, rad iz 1973. također je pokazao da je ponovni nastanak 250Fm se vrlo lahko mogao desiti od izomerske tranzicije 250mFm (vrijeme poluraspada 1,8 s) koji je također mogao nastati u reakciji sa navedenim nivoom energije. Ako se ove činjenice sagledaju u današnje vrijeme, u ovom eksperimentu vjerovano nije proizveden atom nobelija.

Godine 1959. američki tim je nastavio sa svojim proučavanjima pa je objavio da su uspjeli dobiti izotop koji se pretežno raspadao emisijom alfa čestica sa energijom od 8,3 MeV, a čije je vrijeme poluraspada iznosilo tri sekunde i sporednom 30%-tnim spontanom fisijom. Aktivnost je prvobitno povezana sa izotopom 254No da bi kasnije ona ispravljena na 252No. Ipak, zapazili su da nije u potpunosti sigurno da je nastao nobelij zbog vrlo teških okolnosti. Tim iz Berkeleya odlučio je da usvoji ime za ovaj element "nobelium" koji su predložili švedski naučnici.

Cm + C → No → No + 4 n

Istovremeno u Dubni, izvedeni su eksperimenti tokom 1958. i 1960. u pokušaju da se također sintetizira element 102. U prvom eksperimentu 1958. godine bombardiran je izotop plutonija-239 i -241 sa ionima kisika-16. Zapažen je alfa raspad sa energijama neznatno iznad 8,5 MeV, a vjerovalo se da potiču od izotopa 251,252,253102, iako je tim naveo da se formiranje izotopa ne može sa sigurnošću potvrditi zbog postojanja nečistoća olova ili bizmuta (koji zasigurno ne bi mogli dati nobelij). Novi eksperimenti izvedeni iste godine pokazali su da je moguće dobiti nove izotope iz nečistoća žive, talija, olova ili bizmuta, pa su naučnici i dalje zadržali raniji zaključak da je element 102 mogao nastati ovom reakcijom, navodeći da je imao vrijeme poluraspada ispod 30 sekundi i energiju raspada od 8,8 ± 0,5 MeV. Kasniji eksperimenti iz 1960. godine potvrdili su da se radilo o pozadinskim efektima. U eksperimentima iz 1967. godine dobijena je niža energija raspada od 8,6 ± 0,4 MeV, ali obje vrijednosti su bile isuviše visoke da bi odgovarale onima od izotopa 253No ili 254No. Tim iz Dubne kasnije je 1970. i 1987. godine izjavio da su ovi rezultati bili nepotpuni i nepouzdani.

Godine 1961. naučnici u Berkeleyu objavili su otkriće elementa 103 putem reakcije kalifornija sa ionima bora i ugljika. Tvrdili su da su dobili izotop 257103, te su također tvrdili da su sintetizirali izotop elementa 102 koji se raspada alfa raspadom a koji ima vrijeme poluraspada od 15 sekundi sa energijom od 8,2 MeV. Te podatke su povezali sa 255102 bez navođenja dodatnih razloga za to. Vrijednosti se nisu podudarale sa onim koje su bile poznate za 255No, mada su se podudarale sa vrijednostima koje su danas poznate za 257No, pa je vrlo vjerovatno da je ovaj izotop bio uključen u taj eksperiment, ipak njihovo otkriće opet nije bilo pouzdano.

Rad na istraživanju elementa 102 također je nastavljen i u Dubni, pa su 1964. izvedeni eksperimenti radi otkrivanja "kćerki" izotopa koji se raspadaju alfa raspadom do izotopa elementa 102 čime bi se on sintetizirao reakcijom bombardiranja mete od uranija-238 pomoću iona neona. Proizvodi su "uhvaćeni" duž srebrene folije te hemijski pročišćeni, a uočeni su izotopi 250Fm i 252Fm. Prinos izotopa 252Fm je interpretiran kao dokaz je njegov "roditeljski" izotop 256102 također bio sintetiziran. Također je navedeno da je 252Fm mogao nastati direktno ovom reakcijom putem simultane emisije alfa čestice sa viškom neutrona, a provedeni su koraci da se osigura da 252Fm ne bi otišao direktno na hvatajuću foliju. Vrijeme poluraspada za 256102 bilo je 8 sekundi, što je mnogo duže od novijeg podatka dobijenog 1967. godine koji iznosi 3,2 ± 0,2 s. Naredni eksperimenti izvedeni1966. za dobijanje 254102, koristeći reakcije 243Am(15N,4n)254102 i 238U(22Ne,6n)254102, dobili su vrijednosti poluživota od 50 ± 10 s. U to vrijeme razlike između ove vrijednosti i ranijih pokazatelja iz Berkeleya nisu mogle biti objašnjene, mada su kasniji radovi dokazali da je formiranje izomera 250mFm bilo gotovo nemoguće u eksperimentima iz Dubne za razliku od onih u Berkeleyu. Iz današnje perspektive, rezultati iz Dubne u vezi 254102 su vjerovatno bili tačni te se danas može nedvosmisleno smatrati da je tada konačno i otkriven element 102.

Jedan eksperiment proveden u Dubni 1966. pokazao je još više dokaza, opet koristeći iste reakcije iz prethodnih pokušaja, čime je dokazano da izotop 254102 zaista ima mnogo duže vrijeme poluraspada od tri sekunde kako su navodili Amerikanci. Kasniji rad iz 1967. proveden u Berkeleyu te 1971. iz Nacionalne laboratorije Oak Ridge u potpunosti su potvrdili otkriće elementa 102 te objasnili ranija opažanja. U decembru 1966, grupa iz Berkeleya ponovila je eksperimente ruskih naučnika te ih u potpunosti potvrdila, a te podatke su iskoristili da napokon ispravno pridruže eksperimentalne podatke pravim izotopima koje su ranije sintetizirali, a do tada ih nisu uspjeli identificirati, kao i tvrdnje o otkriću nobelija 1958. i 1961. godine.

U + N → No → No + 6 n

Godine 1969, naučnici u Dubni su izveli hemijske eksperimente u vezi elementa 102 i zaključili da se on ponaša kao teži homolog iterbija. Ruski naučnici predložili su joliotij (Jo) kao ime za novi element, u čast naučnice Irène Joliot-Curie, koja je umrla u to vrijeme, što je dovelo do kontroverze oko imenovanja novootkrivenih hemijskih elemenata, poznate pod nazivom transfermijski ratovi, koja nije razriješena ni nakon nekoliko desetljeća, jer su obje grupa naučnika predlagale svoja imena za nove elemente.

Godine 1992, IUPAC-IUPAP transfermijska radna grupa (TWG) ponovno je razmatrala sve izvještaje o otkriću nobelija te zaključila da je samo radovima iz Dubne iz 1966. pravilno i tačno otkriven i povezan nuklearni raspad jezgra sa atomskim brojem 102. Prema tom zaključku, timu iz Dubne zvanično je priznata čast za otkrivanje ovog elementa mada je moguće da je on također opažen i u Berkeleyu 1959. godine. Ovu odluku radne grupe naredne godine su kritizirali naučnici iz Berkeleya, tražeći da se ponovno preispitaju slučajevi otkrića za elemente od 101 do 103 kao "uzaludno trošenje vremena", dok su se ruski naučnici u Dubni složili sa odlukama IUPAC-a.

IUPAC je 1994. godine ratificirao imena elemenata od 101 do 109, kao dio pokušaja rješavanja kontroverze oko imena elemenata. Za element 102, oni su odobrili ime nobelij (No) na osnovu toga da je ono postalo uvriježeno i uobičajeno u literaturi i naučnim krugovima tokom 30 godina od njegovog otkrića a također i činjenice da su se postignuća Alfreda Nobela trebala ovjekovičiti na ovaj način. Zbog negodovanja 1994. godine oko imena, uglavnom zbog nepoštovanja odabira imena pronalazača, započeo je period davanja komentara a naredne 1995. godine IUPAC je konačno elementu 102 odredio naziv flerovij (Fl) kao dio novog dogovora, prema imenu naučnika Georgiju Fljorovu ili nazivu laboratorije s njegovim imenom. Međutim, ovaj prijedlog opet nije prihvaćen, te je dvije godine kasnije, 1997. ponovno vraćen naziv "nobelij". Danas, naziv "flerovij" sa istim simbolom, označava element 114.

 Osobine 
 Fizičke 
U periodnom sistemu, nobelij se nalazi s desne strane pored aktinoida mendelevija, odnosno lijevo od aktinoida lorensija te ispod lantanoida iterbija. Metalni nobelij do danas nikad nije dobijen u većim količinama, a njegovo dobijanje u većim komadima trenutno nije ni moguće. Ipak, provedena su brojna ispitivanja i na osnovu nekih preliminarnih eksperimentalnih rezultata, objavljena su predviđanja o njegovim osobinama.

Lantanoidi i aktinoidi, u metalnom obliku, mogu postojati bilo u dvovalentnom (poput europija i iterbija) ili u trovalentnom stanju (većina drugih lantanoida). Prvi imaju konfiguracije oblika fn+1s2, dok drugi imaju fnd1s2. Godine 1975. Johansson i Rosengren su ispitali, izmjerili i procijenili vrijednosti kohezivnih energija (entalpija kristalizacije) nekih metalnih lantanoida i aktinoida, bilo da se radilo o dvovalentnim ili trovalentnim metalima. Njihov zaključak bio je da povećanje energije konfiguracije [Rn]5f136d17s2 u odnosu na konfiguraciju [Rn]5f147s2 kod nobelija nije dovoljno da bi kompenziralo energiju potrebnu da jedan 5f elektron pređe u 6d, što je također tačno za neke teže aktinoide. Prema tome, za ajštajnij, fermij, mendelevij i nobelij se očekuje da budu dvovalentni metali, mada ovo predviđanje za nobelij nije još potvrđeno.

Povećanje učestalosti pojave dvovalentnog stanje mnogo prije kraja serije aktinoida pripisuje se relativističkoj stabilizaciji 5f elektrona, koja se povećava povećanjem atomskog broja. Jedan od efekata te pojave je i taj što se nobelij uglavnom javlja dvovalentan umjesto trovalentan za razliku od svih drugih lantanoida i aktinoida. Godine 1986. za metalni nobelij izvršena je procjena entalpije sublimacije od 126 kJ·mol−1, što je vrijednost vrlo bliska onoj kod ajnštajnija, fermija i mendelevija, te također podržava teoriju da bi nobelij mogao biti dvovalentni metal. Kao i drugi dvovalentni teški aktinoidi (osim trovalentnog lorensija), metalni nobelij bi trebao imati plošno centriranu kubičnu kristalnu strukturu. Dvovalentni metalni nobelij bi trebao imati metalni radijus od oko 197 pm. Tačka topljenja nobelija procijenjena je na oko 827 °C, što je približno ista vrijednost koja se predviđa i za susjedni element mendelevij. Procijenjena gustoća nobelija je oko 9,9 ± 0,4 g·cm−3.

 Hemijske 
Hemija nobelij nije u potpunosti proučena te je poznata samo u vodenim rastvorima. U njima, on može biti u oksidacijskim stanjima +3 ili +2, mada je stanje +2 mnogo stabilnije. Čak i prije otkrića nobelija, uglavnom se očekivalo da bi se on u rastvorima mogao ponašati kao i drugi aktinoidi, sa dominantnim trovalentnim stanjem. Međutim, Seaborg je 1949. predvidio da bi stanje +2 također moglo biti relativno stabilno kod nobelija, jer bi ion No2+ mogao imati elektronsku konfiguraciju osnovnog stanja [Rn]5f14, uključujući stabilnu popunjenu 5f14 ljusku. Proteklo je punih devetnaest godina prije nego što je ovo predviđanje potvrđeno.

Godine 1967. provedeni su eksperimenti kojim su se upoređivale hemijske osobine nobelija sa osobinama terbija, kalifornija i fermija. Sva četiri elementa su reagirala sa hlorom a nastali hloridi su se istaložili duž cijevi, kroz koju su ih "prenosili" gasovi. Otkriveno je da je nobelij-hlorid dobijen na taj način bio vrlo snažno adsorbiran na čvrstim površinama, što je dokazalo da nije mnogo volatilan (isparljiv), za razliku od hlorida ostala tri ispitana elementa. Međutim, iako je se i za NoCl2 i NoCl3 očekivalo da pokazuju neisparljive karakteristike, ovaj eksperiment nije dokazao koje je bilo primarno oksidacijsko stanje nobelija. Pokazatelj da je ovaj element pretežno u stanju +2 dobijen je naredne godine kada su izvršeni eksperimenti pomoću ionskoizmjenjivačke hromatografije i kotaloženja na oko 50 hiljada atoma izotopa 255No, dokazujući da se on ponaša različito od drugih aktinoida odnosno da je više sličan dvovalentnim zemnoalkalnim metalima. To je ujedno bio i dokaz da je nobelij u vodenom rastvoru najstabilniji kao dvovalentan, u slučaju kada nema prisutnih snažnih oksidirajućih sredstava. Kasniji eksperimenti izvedeni 1974. pokazali su da se nobelij eluira sa zemnoalkalnim metalima, između Ca2+ i Sr2+. Nobelij je također i jedini element f-bloka za koji je najčešće i najstabilnije stanje +2 u vodenom rastvoru. Jedan od razloga za to je velika energetska razlika između 5f i 6d orbitala na kraju serije aktinoida.

 Atomske 
Atom nobelija ima 102 elektrona od kojih tri mogu djelovati kao valentni elektroni. Očekuje se da bi njegova elektronska konfiguracija trebala biti [Rn]5f147s2 (u osnovnom stanju, 1S0), mada do danas (stanje: 2017) eksperimentalna potvrda ove konfiguracije nije načinjena. Pri građenju spojeva, ovaj element može izgubiti (dati) sva tri valentna elektrona, ostavljajući u ionu jegro sa [Rn]5f13 konfiguracijom, što odgovara trendu koji slijedi ostale aktinoide sa njihovim elektronskim konfiguracijama [Rn]5fn u tropozitivnom stanju. Ipak, daleko veća je mogućnost da će atom otpustiti samo dva valentna elektrona, dajući stabilnu konfiguraciju jezgre [Rn]5f14 sa popunjenom 5f14 ljuskom. Godine 1974. je izmjerena prva energija ionizacije (prvi ionizacijski potencijal) nobelija od najviše 6,65 ± 0,07 eV, zasnovana na pretpostavci da bi se 7s elektroni trebali ionizirati prije 5f elektrona. Od tada, ova vrijednost nije preciznije mjerena niti određivana, uglavnom zbog poteškoća oko dostupnosti nobelija i njegove izuzetno velike radioaktivnosti. Ionski radijus heksakoordiniranog i oktakoordiniranog No3+ preliminarno je procijenjen 1978. na oko 90 do 102 nm, respektivno. Eksperimentalno je utvrđen ionski radijus No2+ od 100 pm zaokruženo na dvije značajne cifre. Izračunata je i entalpija hidratacije za No2+ od 1486 kJ·mol−1.

 Reference 

 Literatura 



Kategorija:Hemijski elementi
Kategorija:Sintetički elementi