Oganesons

Oganesons ir mākslīgi sintezēts, radioaktīvs ķīmiskais elements ar simbolu Og un atomskaitli 118. Oganesons pieder pie inerto gāzu grupas, kā arī pie transaktinīdiem. Tas pašlaik ir smagākais zināmais elements, kas eksistē tikai laboratorijas apstākļos, un tā īpašības lielākoties joprojām ir zināmas tikai teorētiski, balstoties uz kvantu ķīmijas aprēķiniem. Oganesons pirmo reizi tika sintezēts 2002. gadā Dubnas Apvienotajā kodolpētniecības institūtā (JINR, Krievija), sadarbojoties ar Livermoras Nacionālo laboratoriju (ASV). 2016. gada 28. novembrī IUPAC oficiāli apstiprināja nosaukumu ‘oganesons’, godinot izcilo armēņu izcelsmes kodolfiziķi Juriju Oganesjanu par viņa ieguldījumu smago elementu izpētē.

Līdz šim ir izdevies iegūt tikai dažus oganesona atomus, un visi zināmie pētījumi veikti ar tā izotopu 294Og, kura pussabrukšanas periods ir tikai ap 0,7 milisekundēm. Šī ārkārtīgā nestabilitāte padara oganesonu par vienu no visgrūtāk pētāmajiem elementiem, un tā fizikālās un ķīmiskās īpašības galvenokārt tiek prognozētas ar datormodeļu palīdzību. Lai gan oganesons atrodas cēlgāzu grupā, teorētiskie aprēķini liecina, ka tas varētu nebūt gāzveida, bet drīzāk viegli kūstoša cietviela, ar iespējamu reaktivitāti, kas atšķiras no cēlgāzēm, piemēram, radona. Oganesona atklāšana iezīmē pašreizējo periodiskās tabulas robežu un sniedz unikālu iespēju izprast smago elementu uzvedību.

 Atklāšanas vēsture 
Oganesons, precīzāk, elements ar atomskaitli 118, balstoties uz periodiskās sistēmas likumsakarībām, tika prognozēts labu laiku pirms atklāšanas, un tam kā iespējamajam cēlgāzu grupas loceklim tika iedots pagaidu nosaukumu ‘ekaradons’. Teorētiskie pētījumi 20. gadsimta otrajā pusē paredzēja šī transaktinīda elementa eksistenci un prognozēja, ka relatīvistisko efektu dēļ oganesonam būs unikālas īpašības, tostarp zema jonizācijas enerģija un iespējamas novirzes no ķīmiskās inerces, kas raksturīga citām cēlgāzēm. Pirmie eksperimentālie pierādījumi par 118. elementa sintēzi tika iegūti 2002. gadā Dubnas Apvienotajā kodolpētniecības institūtā (JINR, Krievija) sadarbībā ar Livermoras Nacionālo laboratoriju (ASV). Sintēzei tika izmantota kodolsintēzes reakcija, kurā kalifornija (Cf) mērķis tika apšaudīts ar kalcija (Ca) joniem, iegūstot oganesona-294 izotopu ar pussabrukšanas laiku ~0,69 milisekundes.

Cf + Ca → Og + n

Eksperimentos tika izmantots Dubnas ar gāzi pildītais atdalītājs (DGFRS) un U400 ciklotrons. Kaut arī tika novēroti tikai daži atomi, to sabrukšanas ķēdes atbilda teorētiskajām prognozēm, un rezultāti tika atkārtoti un neatkarīgi pārbaudīti.

Iepriekš, 1999. gadā, tika izplatīts kļūdains paziņojums no Bērkli laboratorijas (ASV) par 118. elementa atklāšanu, taču pēc datu falsifikācijas atklāšanas tas vēlāk tika atsaukts. Savukārt Krievijas–ASV kopprojekta rezultāti tika starptautiski atzīti. 2015. gada 30. decembrī IUPAC darba grupa apstiprināja Dubnas un Livermoras kolēģijas prioritāti šī elementa atklāšanā, līdz ar to periodiskajā tabulā noslēdzot 7. periodu. 2016. gada 8. jūnijā IUPAC ierosināja jaunatklātajam elementam pastāvīgu nosaukumu ‘oganesons’ (oganesson, Og), un 2016. gada 28. novembrī tas tika oficiāli apstiprināts. Nosaukums piešķirts par godu kodolfiziķim Jurijam Oganesjanam, vienam no vadošajiem smago elementu pētniekiem, un oganesons kļuva par pirmo ķīmisko elementu, kas nosaukts dzīva zinātnieka vārdā. Oganesona atklāšana ir nozīmīgs pagrieziena punkts kodolfizikā un periodiskās tabulas paplašināšanā, kas pavēra ceļu jaunu transaktinīdu elementu izpētei.

 Fizikālās īpašības 
Tā kā oganesons ir mākslīgi sintezēts un ārkārtīgi nestabils elements ar pussabrukšanas periodu, kas nepārsniedz milisekundi, tā fizikālās īpašības nav eksperimentāli tieši izmērītas. Lielākā daļa informācijas par oganesona uzvedību tiek iegūta no teorētiskiem kvantu ķīmijas aprēķiniem, kuros būtiska nozīme ir relatīvistiskajiem efektiem, kas ievērojami ietekmē tā elektronu struktūru un mijiedarbību starp atomiem. Sākotnēji oganesonu dažkārt uzskatīja par iespējamu gāzveida vielu istabas temperatūrā, taču mūsdienu augstas precizitātes relativistiskie modeļi, piemēram, saistītā klastera metodes, blīvuma funkcionāļu teorija, termodinamiskā integrācija, konsekventi paredz, ka oganesons normālos apstākļos ir cietviela. Tiek prognozēts, ka tā kušanas temperatūra ir aptuveni  (52 °C), bet viršanas temperatūra ir aptuveni , kas ir neparasti zemas vērtības, ņemot vērā tā lielo atommasu (~294 u).

Aprēķinātais blīvums cietajā fāzē ir ap 7,2–7,4 g/cm³, bet šķidrā fāzē ap 6,6–7,1 g/cm³. Agrākie empīriskie novērtējumi deva nedaudz zemākas vērtības, tādēļ literatūrā bieži tiek minēts aptuvenais intervāls 5–7 g/cm³. Šīs īpašības izskaidrojamas ar izteikti augstu polarizējamību un pastiprinātu van der Vālsa dispersijas mijiedarbību, kā arī ar daudzķermeņu (piemēram, trīs ķermeņu) ietekmēm, kas oganesonā ir netipiski lielas. Lai gan oganesons periodiskajā tabulā pieder cēlgāzu grupai, tā uzvedība būtiski atšķiras no klasiskajām inerto gāzu īpašībām. Atšķirībā no pārējām cēlgāzēm, kas istabas temperatūrā ir monoatomiskas gāzes, oganesons, visticamāk, veido šķidru vai pat cietu molekulāru fāzi, turklāt tas tiek uzskatīts par pusvadītāju ar aizliegto zonu ~1,5 eV. Elektronlokalizācijas analīzes liecina par vienmērīgu, vāji lokalizētu elektronu sadalījumu valences reģionā, kas vēl vairāk pastiprina tā netipisko uzvedību.

Šo īpašību kopums — cieta fāze istabas temperatūrā, salīdzinoši zema kušanas un vārīšanās temperatūra, spēcīgas dispersijas mijiedarbības un netipiska elektroniskā struktūra — padara oganesonu par izņēmumu starp cēlgāzēm un par vienu no interesantākajiem objektiem teorētiskajā ķīmijā, kur relatīvistiskie efekti būtiski pārveido elementa fizikālo dabu.

 Ķīmiskās īpašības 
Oganesons (Og) atrodas periodiskās tabulas 18. grupā un formāli tiek klasificēts kā cēlgāze, līdzīgi kā hēlijs, neons, argons, ksenons un radons. Taču, atšķirībā no vieglākajiem šīs grupas elementiem, oganesona ķīmiskās īpašības būtiski ietekmē relatīvistiskie efekti, kas saistīti ar tā ļoti lielo atommasu, spēcīgu spina–orbītas mijiedarbību un valences elektronu orbitāļu deformāciju. Šie faktori izraisa izteikti augstu polarizējamību, samazinātu jonizācijas potenciālu un iespējamu pozitīvu elektronu pievilkmi (EA ≈ 0,06–0,08 eV), kas ir atšķirīgi no klasiskām inertām gāzēm.

Kamēr tradicionālās cēlgāzes ir monoatomiskas un ķīmiski inertas, oganesonam prognozē nelielu, bet izmērāmu reaktivitāti. Teorētiskie aprēķini liecina, ka tā visstabilākā oksidēšanas pakāpe ir 0, taču noteiktos apstākļos, īpaši ļoti elektronegatīvu ligandu klātbūtnē, varētu pastāvēt arī +2 oksidācijas stāvoklis. Tipisks šāds hipotētisks savienojums ir OgF2, kur oganesons funkcionētu kā vājš elektronu donors. Lai gan augstākas oksidēšanas pakāpes, piemēram, +4, ir aprakstītas teorētiski, tās tiek uzskatītas par mazāk stabilām un maz ticamām.

Viena no būtiskākajām oganesona īpašībām ir ļoti liela van der Vālsa dispersijas mijiedarbība, ko pastiprina gan liels atomu tilpums, gan relatīvistiskā elektronu “izplūšana”. Šo iemeslu dēļ oganesons tiek raksturots kā “mīksts” atoms, kas var iesaistīties vāji kovalentās vai polarizējamās saistēs, piemēram, adsorbcijā vai vāju kompleksu veidošanā. Salīdzinot ar radonu vai ksenonu, oganesons varētu būt nedaudz reaktīvāks, taču joprojām kvalificējams kā zemas reaktivitātes elements.

Lai gan oganesons pēc savas elektronu konfigurācijas (7s²7p⁶) šķiet līdzīgs citiem cēlgāzes elementiem un teorētiski tam vajadzētu būt inertam, relatīvistiskā orbitāļu kontrakcija un sajaukšanās (īpaši s un p orbitāļu robežās) samazina enerģētisko barjeru ķīmiskajai reakcijai. Tas var ļaut tam veidot dažus ķīmiskus savienojumus, īpaši ar halogēniem vai oksidētājiem.

Tomēr oganesona eksperimentālā ķīmija šobrīd nav attīstīta, jo tā pussabrukšanas periods ir ārkārtīgi īss (~0,89 ms) un laboratoriski pieejams ir tikai ļoti ierobežots atomu skaits. Līdz ar to visi dati par tā ķīmiskajām īpašībām šobrīd balstās tikai uz teorētiskiem kvantu ķīmijas modeļiem. Neskatoties uz to, oganesons tiek uzskatīts par jauna tipa smagu p-bloka elementu, kas neiederas klasiskajā cēlgāzu priekšstatā un paver iespējas pētīt relatīvistisko efektu ietekmi uz elementu ķīmiju.

 Atsauces 

 Ārējās saites 

Kategorija:Ķīmiskie elementi