Флеровиум

Флеровиум (симб. Fl) — супертежок вештачки хемиски елемент со атомски број 114. Тој е екстремно радиоактивен вештачки елемент. Овој елемент е именуван по Фљоровската лабораторија за јадрени реакции при Обединетиот институт за јадрени истражувања во Дубна, Русија, каде елементот беше откриен во 1998 година. Лабораторијата пак, е именувана по рускиот физичар Георгиј Фљоров. Името е усвоено од IUPAC на 30 мај 2012 г. и е наречено „флеровиум“ со е поради правописнната сличност со изворниот руски правопис ''Флёров''.
Во периодниот систем на елементите, тој е трансактиноиден елемент во p-блокот . Тој е член на 7-мата периода и е најтешкиот познат член во јаглеродната група; тој е исто така најтешкиот елемент чии хемиски својства се испитани. Првичните хемиски истражувања извршени во периодот од 2007-2008 година покажаа дека флеовиумот е прилично нестабилен за елемент од групата 14; во почетните резултати дури покажувал својства слични на благородните гасови. Неодамнешните резултати покажуваат дека реакцијата на флеровиум со злато е слична со реакцијата на копернициумот, што покажува дека е многу нестабилен елемент, кој дури може да биде гас при стандардна температура и притисок, дека може да покаже метални својства, во согласност со тоа што е потешкиот хомолог на олово и дека е најмалку реактивниот метал во групата 14. Прашањето за тоа дали флеровиумот повеќе се однесува како метал или благороден гас останува неодговорено.
Беа истражени околу 90 атоми на флеровиум: 58 беа синтетизирани директно, а останатите беа направени од радиоактивното распаѓање на потешки елементи. Сите овие атоми на флеровиум покажаа масни броеви од 284 до 290. Најстабилниот познат флеровиумски изотоп, флеровиум-289, има полуживот од околу 1.9 секунди, но можно е непотврдениот изотоп флеровиум-290 со еден екстра неутрон да има подолг полуживот и тоа од 19 секунди; тоа би било еден од најдолгите полуживоти на било кој изотоп на елементите во овој крај на периодниот систем. Предвидено е дека Флеровиум е близу до центарот на теоретскиот остров на стабилност, и се очекува потешки флеровиумови изотопи, особено двојно магичниот флеровиум-298, да имаат уште подолги полуживоти.
1 Историја
1.1 Предоткривање
Од крајот на 1940-тите до раните 1960-ти, во првите денови на синтезирањето на се потешки и потешки поураниумски елементи, беше предвидено дека, бидејќи таквите тешки елементи не се јавуваат природно, тие би имале се пократок и пократок полуживот поради спонтано цепење, додека не престанааа да постојат во целост по 108-миот елемент (сега познат како хасиум). Првичната работа во синтезата на актиноидите го потврди ова. Моделот на јадрен слој, воведен во доцните 1960-ти, искажа дека протоните и неутроните формираат слоеви во јадрото, нешто слично на електроните кои формираат електронски обвивки во атомот. Благородните гасови се нереактивни поради тоа што имаат целосни електронски обвивки; така што беше теоризирано дека елементите со целосни јадрени обвивки - со таканаречени "магични" броеви на протони или неутрони - ќе бидат стабилни против радиоактивното распаѓање. Двојно магичен изотоп, кој има магичен број и на протони и на неутрони, би бил особено стабилизиран и пресметано е дека следниот двојно магичен изотоп по олово-208 би бил флеровиум-298 со 114 протони и 184 неутрони, што би го формирало центарот на т.н. "остров на стабилност". Овој остров на стабилност, наводно почнувајќи од копернициум (елемент 112) до оганесон (118), ќе дојде по долгото "море од нестабилност" од елементите 101 (менделевиум) до 111 (рендгениум). Според претпоставки направени во 1966, флериумовите изотопи во него ќе имаат полуживот од над 100 милиони години. Овие рани предвидувања фасцинираа истражувачи, и тоа доведе до првиот обид за синтеза на флеровиум во 1968 година, користејќи ја реакцијата <sup>248</sup>Cm(<sup>40</sup>Ar,xn). Во оваа реакција не беа пронајдени изотопи на флеровиум. Ова се сметало дека се случува, бидејќи сложеното јадро <sup>288</sup>Fl има само 174 неутрони наместо претпоставените магични 184, а тоа би имало значително влијание врз полуживотот и пресечиот дел на таквата реакција. Потоа беа потребни уште триесет години за да се синтетизираат првите изотопи на флеровиум. Поновите истражувања сугерираат дека локалните острови на стабилност околу хасиум и флеровиум се должат на тоа што овие јадра се деформирани и се сфероидни, што ги прави отпорни на спонтано цепење и дека вистинскиот остров на стабилност за сферични јадра се јавува отприлика кај унбибиумот-306 (со 122 протони и 184 неутрони).
1.2 Откривање
Флеровиум првпат беше синтетизиран во декември 1998 година од тим научници во Обединеитот институт за јадрени истражувања во Дубна, Русија, предводен од Јури Оганесијан, кој бомбардираше мета на плутониум-244 со забрзани јадра на калциум-48:
Обид за оваа реакција бил направен претходно, но без успех; за овој обид во 1998 година, ОИНР ја надгради целата своја опрема за подобро да ги детектира и одвои произведените атоми и поинтензивно да ја бомбардира целта. Откриен бил еден атом на флеровиум, кој се распаѓал со алфа емисија со живот од 30,4 секунди. Измерената енергија на распаѓање беше 9,71 MeV, давајќи очекуван полуживот од 2-23 секунди. Ова набљудување беше доделено на изотопот флеровиум-289 и беше објавено во јануари 1999 година. Експериментот подоцна беше повторен, но изотоп со овие својства на распаѓање никогаш не бил пронајден повторно и оттука точниот идентитет на оваа активност не е познат. Можно е тоа да се должи на метастабилниот изомер <sup>289m</sup> Fl, но поради присуството на цела серија на подолго-животни изомери во синџирот на распаѓање, тоа не би било веројатно. Најверојатно овој синџир е на 2n каналот што доведува до <sup>290</sup> Fl и фаќање на електрон до <sup>290</sup>Nh, што добро се вклопува во систематиката и трендовите низ изотопите на флеровиум и е константно со енергијата од средно светло што беше избрана за тој експеримент, иако понатамошна потврда би била пожелна преку синтеза од <sup>294</sup>Lv во реакцијата од <sup>248</sup>Cm(<sup>48</sup>Ca,2n), што би се алфа-распаднало на <sup>290</sup>Fl. Тимот во РИКЕН известил за можна синтеза на изотопи <sup>294</sup>Lv и <sup>290</sup>Fl во 2016 година преку реакцијата <sup>248</sup>Cm(<sup>48</sup>Ca,2n), но алфа распаѓањето од <sup>294</sup>Lv било пропуштено, и забележан е алфа-распад од <sup>290</sup>Fl до <sup>286</sup>Cn наместо електронско фаќање до <sup>290</sup>Nh, и предавањето на <sup>294</sup>Lv наместо <sup>293</sup>Lv, и распаѓање до изомер од <sup>285</sup>Cn не беше сигурно.
Глен Т. Сиборг, научник во Национална лабораторија на Лоренц Беркли, кој беше вклучен во работата за синтетизирање на такви трансактиноидни елементи, во декември 1997 година рече дека "еден од неговите најдолготрајни и најмногу негувани соништа е да види еден од овие магични елементи"; му беше кажано за синтеза на флеровиум од неговиот колега Алберт Џиорсо веднаш по објавувањето во 1999 година. Џиорсо подоцна кажал: Сиборг починал 2 месеци подоцна, на 25 февруари 1999 година.
1.3 Изотопи
Во март 1999 година, истиот тим ја замени целта на добивање <sup>244</sup>Pu со <sup>242</sup>Pu со цел да произведе други изотопи на флеровиум. Овој пат се создадоа два атома на флеровиум, распаѓајќи се преку алфа емисија со полуживот од 5.5 секунди. Тие биле назначени како <sup>287</sup>Fl. Оваа активност не е постигната повторно, и не е јасно какво јадро е произведено тогаш. Можно е тоа да е мета-стабилен изомер <sup>287m</sup> Fl или резултат на дел од електронско фаќање од <sup>287</sup>Fl што води до <sup>287</sup>Nh и <sup>283</sup>Rg.
Сега потврденото откритие на флеровиум беше направено во јуни 1999 година, кога Дубна тимот ја повтори првата реакција од 1998 година. Овој пат, беа произведени два атома на флеровиум; тие се распаднаа со полуживот од 2,6 s, различен од резултатот од 1998 година. Оваа активност првично беше доделена на грешка <sup>288</sup> ФЛ, поради збрката во однос на претходните забелешки за кои се претпоставува дека доаѓаат од <sup>289</sup> ФЛ. Понатамошната работа во декември 2002 година конечно овозможи позитивно прераспределба на атомите од јуни 1999 година на <sup>289</sup> ФЛ.
Во мај 2009 година, Заедничката работна група (JWP) на IUPAC објави извештај за откривањето на копернициум во кој тие го потврдија откривањето на изотопот <sup>283</sup>Cn. Ова упати кон откритие на флеровиум, од потврдувањето на податоците за синтезата на <sup>287</sup>Fl и <sup>291</sup>Lv, што се распаѓа на <sup>283</sup>Cn. Откривањето на изотопите флеровиум-286 и -287 беше потврдено во јануари 2009 година во Беркли. Ова беше проследено со потврда на флеровиум-288 и -289 во јули 2009 година во Друштво за истражување на тешки јони (GSI) во Германија. Во 2011 година, IUPAC ги евалуираше експериментите на тимот на Дубна од 1999-2007 година. Тие ги означија раните податоци како неконечни, но ги прифатија резултатите од 2004-2007 како флеровиум, и елементот официјално беше признат како откриен.
Додека методот на хемиска карактеризација на ќерка бил успешен во случаите на флеровиум и ливермориум, а поедноставената структура на пола-пола еднакви јадра ја направи потврдата на оганесонот (елемент 118) јасна, имало потешкотии во утврдувањето на конгруенцијата на синџирите на распаѓање од изотопи со непарни протони, непарни неутрони, или и двете. За да го надминат овој проблем со врело соединување, каде синџирите на распаѓање завршуваат во спонтано цепење, наместо да се поврзуваат со познати јадра како што дозволува ладното соединување, изведени се експерименти во Дубна во 2015 година за да се произведат полесни изотопи на флеровиум во реакциите на <sup>48</sup>Ca со <sup>239</sup>Pu и <sup>240</sup>Pu, особено <sup>283</sup>Fl, <sup>284</sup>Fl и <sup>285</sup>Fl; последниот претходно беше карактеризиран во <sup>242</sup>Pu(<sup>48</sup>Ca,5n)<sup>285</sup>Fl реакција во Националната лабораторија Лоренс Беркли во 2010 година. Изотопот <sup>285</sup>Fl беше појасно карактеризиран, додека новиот изотоп <sup>284</sup>Fl беше откриен дека е подложен на непосредна спонтано цепење наместо на алфа распаѓање до познатите нуклиди околу затворањето обвивката ''N'' = 162, и <sup>283</sup>Fl не беше пронајден. Овој најлесен изотоп уште може да се продуцира во студената фузиска реакција <sup>208</sup>Pb(<sup>76</sup>Ge,n)<sup>283</sup>Fl, која тимот во RIKEN во Јапонија смета дека треба да се истражи: оваа реакција се очекува да има повисок пресек за 200 fb од "светскиот рекорд" на ниско ниво од 30 fb за <sup>209</sup>Bi(<sup>70</sup>Zn,n)<sup>278</sup>Nh, реакцијата која РИКЕН ја искористија за официјалното откривање на елементот 113, сега наречен нихониум. Тимот Дубна ја повтори нивната истрага за реакцијата <sup>240</sup>Pu + <sup>48</sup>Ca во 2017 година, наоѓајќи три нови константни распаѓачки синџири од <sup>285</sup>Fl, дополнителен синџир на распаѓање од овој нуклид кој може да помине низ некои изомерички состојби во своите ќерки, синџир што би можел да биде доделен на <sup>287</sup>Fl (најверојатно, произлегува од <sup>242</sup>Pu нечистотии во целта) и некои настани на спонтано цепење, од кои некои можат да бидат од <sup>284</sup>Fl, иако и други интерпретации, вклучувајќи ги и страничните реакции кои вклучуваат испарување на наелектризирани честички, исто така се можни.
1.4 Именување
Со користење на номенклатурата на Менделеев за неименувани и неоткриени елементи, флеровиум понекогаш се нарекува ека''-олово''. Во 1979 година, IUPAC објави препораки според кои елементот требаше да се нарече ''унунквадиум'' (со соодветен симбол ''Uuq''), како привремено систематско име на елементот, сè додека не се потврди неговото откритие и се определи трајно име. Повеќето научници во областа го нарекуваа "елемент 114", со симболот ''E114'', ''(114)'' или ''114''.
Според препораки на IUPAC, откривачот на нов елемент има право да предложи име. Откако откритието на флеровиум и ливермориум беше признаено од IUPAC на 1 јуни 2011 година, IUPAC побара од тимот за откривање во JINR да предложи трајни имиња за овие два елементи. Тимот Дубна избра да го именува елементот 114 ''флеровиум'' (симбол Fl), по руската Лабораторија за јадрени реакции „Фљоров“ (FLNR), именувана по советскиот физичар Георгиј Флоров (Флеров); Претходни извештаи тврдат дека името на елементот е директно предложено во чест на Флоров. Во согласност со предлогот добиен од откривачите, IUPAC официјално го именува флеровиум по лабораторијата за јадрени реакции „Фљоров“ (постаро име за JINR), а не по самиот Флоров. Флоров е познат по пишувањето на Јосиф Сталин во април 1942 година и укажување на тишината во научните списанија во областа на јадреното цепење во САД, Велика Британија и Германија. Флоров заклучи дека ова истражување станало доверлива информација во овие земји. Работата и идеите на Флоров доведоа до развој на сопствен проект за атомска бомба на СССР . Флоров е исто така познат по откривањето на спонтаното цепење со Константин Петржак . Церемонијата за именување на флеровиум и ливермориум се одржа на 24 октомври 2012 година во Москва.
2 Предвидени својства
2.1 Јадрена стабилност и изотопи
Физичката основа на хемиска периодичност која владее на периодниот систем е затворањето на електронските обвивки на секој благороден гас (атомски броеви 2, 10, 18, 36, 54, 86 и 118): бидејќи секој нареден електрон мора да влезе во нова обвивка со повисока енергија, електронските конфигурации на затворени обвивки се значително постабилни, што доведува до релативна инертност на благородните гасови. Познато е дека протоните и неутроните, исто така, се организираат во затворени јадрени обвивки, истиот ефект се случува и на затворањата на нуклеонската обвивка, што се случува кај специфични нуклеонски броеви, често наречени "магични броеви". Познатите магични броеви се 2, 8, 20, 28, 50 и 82 за протони и неутрони, а дополнително 126 за неутрони. Нуклеоните со магични протонски и неутронски броеви, како што се хелиум-4, кислород-16, калциум-48 и олово-208, се нарекуваат "двојно магични" и се многу стабилни против распаѓање. Оваа особина на зголемена јадрена стабилност е многу важна за супертешките елементи : без каква било стабилизација, нивниот полуживот би се очекувал со експоненцијална екстраполација да биде во опсег на наносекунди (10<sup>−9</sup> s) кога е достигнат елементот 110 (дармштадтиум), поради постојано зголемување на одбивните електростатички сили помеѓу позитивно наелектризираните протони кои ја надминуваат силната јадрена сила со ограничен опсег, која го држи јадрото заедно. Следните затворени нуклеонски обвивки, а со тоа и магичните броеви, се смета дека се центар на долго-бараниот "остров на стабилност", каде што полуживотот на алфа-распаѓање и спонтаното цепење се издолжуваат повторно.
Првично, по аналогија со неутронскиот магичен број 126, следната протонска обвивка се очекува да се појави во елементот 126, предалеку од способностите за синтеза во средината на 20 век, за да се постигне големо теоретско внимание. Во 1966 година, нови вредности за потенцијалната и спин-орбитална интеракција во овој регион од периодниот систем го противрекоа тоа и предвидоа дека следната протонска обвивка ќе се случи во елементот 114, и дека нуклидите во овој регион ќе бидат стабилни против спонтано цепење како други тешки јадра како што е олово-208. Очекуваните затворени неутронски обвивки во овој регион беа во неутронските броеви 184 или 196, со што се прави <sup>298</sup>Fl и <sup>310</sup>Fl кандидати за двојна магичност. Проценките од 1972 година предвидуваат полуживот од околу една година за <sup>298</sup>Fl, кој се очекува да биде во близина на голем остров на стабилност со најдолг полуживот од <sup>294</sup>Ds (10<sup>10</sup> години, што може да се спореди со оној од <sup>232</sup>Th ). По синтезата на првите изотопи на елементите од 112 до 118 на преминот од 21 век, беше откриено дека синтетизираните неутронски дефицитарни изотопи се стабилни против цепење. Во 2008 година беше претпоставувано дека стабилизацијата против цепењето на овие нуклиди се должи на нивното сфероидно јадро и дека регионот на сфероидни нуклиди од јадрото е центриран на <sup>288</sup>Fl. Дополнително, новите теоретски модели покажаа дека очекуваната разлика во енергијата меѓу протонските орбитали 2f<sub>7/2</sub> (наполнети во елементот 114) и 2f<sub>5/2</sub> (исполнет во елементот 120) е помала од очекуваната, така што елементот 114 повеќе не изгледа како стабилна сферична затворена јадрена обвивка. Следното двојно магично јадро сега се очекува да биде околу <sup>306</sup>Ubb, но очекуваниот низок полуживот и низок производствен напречен пресек на овој нуклид ја отежнува неговата синтеза. Сепак, островот на стабилност сè уште се очекува да постои во овој регион на периодниот систем, а поблиску до центарот (до кој не сме се доближиле доволно), некои нуклиди, како што се <sup>291</sup>Mc и неговите алфа- и бета-распадни ќерки, се очекува дека се распаѓаат со позитронска емисија или електронски зафат и на тој начин да се помести во центарот на островот. Поради очекуваните бариери на високо цепење, секое јадро во овој остров на стабилност се распаѓа исклучиво со алфа распаѓање, а можеби и со некои електронски зафати и бета распаѓање, кои и двете би ги доближиле јадрата до линијата на бета-стабилност каде што се очекува да биде островот. Електронски зафат е потребен за да се стигне до островот, што е проблематично, бидејќи не е сигурно дека електорнскиот зафат станува главен режим на распаѓање во овој регион на табелата на нуклиди.