Оганесон

Оганесон — супертежок хемиски елемент со атомски број 118. Првпат е добиен по вештачки пат во 2002 г. од мешана руско-американска екипа Обединетиот институт за јадрени истражувања (ОИЈИ) во Дубна, Русија. Во декември 2015 г. е признаен за еден од четирите нови елементи од стручњаците на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија (IUPAC) и Меѓународниот сојуз за чиста и применета физика (IUPAP). Елементот формално го добил називот на 28 ноември 2016 г. Наречен е по истакнатиот руски јадрен физичар Јуриј Оганесјан, кој имал водечка улога во откривањето на најтешките елементи во периодниот систем. Ова е еден од само два елемента наречени по живи луѓе (другиот е сиборгиумот).
Оганесонот има најголем атомски број и најголема атомска маса од сите познати елементи. Радиоактивниот атом на оганесонот е многу нестабилен, дотолку што од 2005 г. наваму се утврдени само четири атоми на изотопот <sup>294</sup>Og. Иако ова овозможува многу малку опитно иследување на неговите својства и можни соединенија, теоретските пресметки доведуваат до многу предвидувања, а некои од нив се изненадувачки. На пример, иако оганесонот е елемент од групата 18 (првиот вештачки член на таа група), можно е тој да не е благороден гас, за разлика од сите останати припадници на групата. Порано се сметало дека оганесонот е гас при стандардни услови, но денес се претпоставува дека се работи за елемент во цврста состојба поради релативистичките ефекти. Во периодниот систем на елементите, оганесонот му припаѓа на p-блокот и е последниот елемент во VII периода.
1 Историја
1.1 Рани шпекулации
Данскиот физичар Нилс Бор бил првиот кој сериозно ја разгледал можноста за елемент со атомски број 118, забележувајќи дека во 1922 година таков елемент ќе го заземе своето место во периодниот систем под радонот како седмиот благороден гас. По ова, Аристид фон Гросе напишал статија во 1965 година, предвидувајќи ги веројатните својства на елементот 118. Ова беа извонредно рани предвидувања, со оглед на тоа дека сè уште не беше познато како вештачки да се произведе елемент во 1922 година и дека постоењето на стабилноста сè уште не е теоризирана во 1965 година. По 80 години од предвидување на Бор, оганесон беше успешно синтетизиран, иако неговите хемиски својства не беа истражени за да се утврди дали тоа се однесува како потешкиот изотоп на радонот.
1.2 Непотврдени откритија
На крајот од 1998 година, полскиот физичар Роберт Смоланчук ги објавил пресметките за соединување на атомските јадра кон синтезата на супертешките атомите, вклучувајќи го и оганесон. Неговите пресметки сугерираа дека би можело да се добие оганесон со спојување на оловото со криптон под внимателно контролирани услови, и дека веројатноста за соединување (пресек) на таа реакција би била близу до реакцијата на олово-хром, која создала елемент 106, сиборгиум . Овие контрадикторни предвидувања дека попречните пресеци за реакции со олово или бизмут ќе се намалат експоненцијално со зголемувањето на атомскиот број на добиените елементи.
Во 1999 година, научниците од Националната лабораторија Лоренс Беркли ги искористија овие предвидувања и го најавија откривањето на ливермориум и оганесон, во еден труд објавен во Physical Review Letters, и многу брзо откако резултатите биле пријавени во науката. Истражувачите објавија дека реакцијата била успешна
^{86}_{36}Kr + ^{208}_{82}Pd -> ^{293}_{118}Og + n.
Следната година тие објавија повлекување откако истражувачите во други лаборатории не успеаја да ги дуплираат резултатите и лабораторијата Беркли не можеше да ги дуплира. Во јуни 2002 година, директорот на лабораторијата објави дека првичното тврдење за откривањето на овие два елементи било врз основа на податоците измислени од главниот автор Виктор Нинов. Поновите експериментални резултати и теоретски предвидувања го потврдија експоненционалното намалување на пресеците со олово и бизмут додека атомскиот број на добиениот нуклид се зголемува.
1.3 Извештаи за откривањето
Првото вистинско распаѓање на атомите на оганесон беше забележано во 2002 година на Заедничкиот институт за јадрено истражување (JINR) во Дубна, Русија, од страна на заеднички тим на руски и американски научници. На чело со Јури Оганесијан, руски јадрен физичар од ерменска етничка група, тимот ги вклучи американските научници од Националната лабораторија Лоренс Ливермор, Калифорнија. Откритието не беше објавено веднаш, бидејќи енергијата на распаѓање на 294 Og одговараше на онаа од 212mPo, што е честа нечистотија произведена во реакциите на соединување со цел да се произведат суперхемиски елементи, а со тоа и објавувањето беше одложено сè до последниот потврден експеримент од 2005 чија цел е производство на повеќе атоми на оганесон. На 9 октомври 2006 година, истражувачите објавија дека индиректно откриле вкупно три (можеби четири) јадра на оганесон-294 (еден или два во 2002 година и уште две во 2005 година) произведени преку судири на калифорниум- 249 атоми и калциум-48 јони.
^{249}_{98}Cf + ^{48}_{20}Ca -> ^{294}_{118}Og + 3n.
Во 2011 година, IUPAC ги оценуваше резултатите од 2006 година на соработката Дубна- Ливерморе и заклучи: "Трите настани пријавени за изотопот Z = 118 имаат многу добра внатрешна редундантност, но без прицврстување на познати јадра не ги задоволуваат критериумите за откривање".
Поради веројатноста за многу мала соединување (пресек на соединување е ~ 0.3-0.6 pb или (3-6) × 10-41 m2), експериментот траеше четири месеци и вклучуваше доза на зраци од 2,5 × 1019 јони на калциум кои мораа да бидат истрелани во калифорниумот за да го произведат првиот снимен настан за кој се верува дека е синтеза на оганесон. Сепак, истражувачите беа многу сигурни дека резултатите не беа лажно позитивни, бидејќи шансата дека откритоците беа случајни беше проценета на помалку од еден дел во 100000.
Во експериментите, беше забележана алфа-распаѓање на три атоми на оганесон. Предложенo е и четврто распаѓање со нспоредно спонтано цепење. Се пресметува полуживот од 0,89 мс:
^{294}_{118}Og -> ^{290}_{116}Lv + ^{4}_{2}He
Идентификацијата на 294Og е верификувана со создавање на посебни јадра ќерки 290Lv директно со бомбардирање на 245Cm со јони на 48Ca,
^{245}_{96}Cm + ^{48}_{20}Ca -> ^{290}_{116}Lv + 3n
и распадот на 290Lv е ист со 294Og. Јадрото ќерка на 290Lv е многу не стабилно со време на распад од 14 милисекунди во 286Fi, со што може да се појави спонтано цепење или алфа-распад во 282Cn, со што ќе претрпи спонтано цепење. Времето на полураспад на 294Og беше предвидено 0,66^{+0,23}_{-0,18}ms.
1.4 Потврдување
Еден атом на потешкиот изотоп 295Og може да се види во експериментот од 2011 година во GSI Helmholtz Центарот за тешки јонски истражувања во Дармштат, Германија, насочен кон синтеза на 120-от елемент во реакцијата ^{248}Cm + ^{54}Cr, но несигурноста во податоците значеше дека набљудуваниот синџир не може да биде дефинитивно доделен на ^{290}120 и ^{295}Og: податоците покажуваат подолг полуживот од 295 Og од 181 милисекунди од оној на 294 Og, што е 0,7 милисекунди.
Во декември 2015 година, заедничката работа на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија (IUPAC) и Меѓународниот сојуз за чиста и применета физика (IUPAP) го препознаа откритието на елементот и го доделија како приоритенто во соработката на Дубна-Ливермор . Ова беше поради двете потврди за својствата на претходникот на 294Og, 286Fl во 2009 и 2010 година во Националната лабораторија Лоренс Беркли, како и набљудување на друг доследен синџир на распаѓање на 294Og од страна на групата Дубна во 2012 година. Целта на тој експеримент била синтеза на 294Тs преку реакцијата 249Bk (48Ca, 3n), но краткиот полуживот на 249Bk резултирал со значително количество на целта која се распаднала до 249Cf, што резултирало со синтеза на оганесон наместо тенесин.
Од 1 октомври 2015 до 6 април 2016 година, тимот на Дубна изврши сличен експеримент со 48Ca проектили насочени кон мешан изотоп на калифорниум, кој содржи 249Cf, 250Cf и 251Cf, со цел производство на потешки изотопи на огансесон 295Og и 296Og. Се користеа два зрака енергија од 252 MeV и 258 MeV. Само еден атом бил забележан на послабиот зрак, чиј синџир на распаѓање потсетувал на претходно познатиот 294Og (завршува со спонтано цепење од 286Fl), а никаков атом не бил забележан кај појакиот зрак. Експериментот потоа беше прекинат, бидејќи лепилото од секторските рамки ја покриваше целта и ги блокираше остатоците од испарувањето да одат кон детекторите. Тимот на Дубна планира да го повтори овој експеримент во 2017 година.
1.5 Именување
Со помош на Менделеевата номенклатура за неименувани и неоткриени елементи, оганесон е познат и како ека-радон (до 1960-тите како екаеманација, еманацијата е старото име за радон). Во 1979 година, IUPAC го назначи систематското име уноноктиум за неоткриениот елемент со соодветен симбол на Uuo, и препорачал тој да се користи сè додека не се потврди откривањето на елементот. Иако широко се користеше во хемиската заедница на сите нивоа, од училниците за хемија до напредните учебници, препораките беа претежно игнорирани меѓу научниците од областа, која го нарече "елемент 118", со симбол на E118, (118) или едноставно 118.
Пред повлекувањето во 2001 година, истражувачите од Беркли имале намера да го наречат елементот гихорисиум (Gh), по Алберт Џирсо (водечки член на истражувачкиот тим).
Руските откривачо ја објавија својата синтеза во 2006 година. Според препораките на IUPAC, откривачите на нов елемент имаат право да сугерираат име. Во 2007 година, раководителот на рускиот институт изјави дека тимот размислува за две имиња за новиот елемент: флаториум, во чест на Георгиј Флоров, основачот на истражувачката лабораторија во Дубна; и московиум, како признание на Московската област каде што се наоѓа Дубна. Тој, исто така, изјави дека иако елементот беше откриен со американска соработка, која го обезбеди калифорниумот, елементот со право треба да биде именуван во чест на Русија, бидејќи ФИООМ Лабораторијата за јадрени реакции во ОИНР беше единствениот објект во светот кој можеше да се постигне овој резултат. Овие имиња подоцна беа предложени за елементот 114 (флеровиум) и елемент 116 (московиум). Меѓутоа, конечниот назив предложен за елементот 116, беше лавермориум , а името московиум подоцна беше предложено и прифатено за елемент 115.
Традиционално, имињата на сите благородни гасови завршуваат со "-он", со исклучок на хелиум, за кој не е познато дека е благороден гас кога е откриен. Според упатствата на IUPAC коишто биле валидни во моментот на откривањето било потребно сите нови елементи да завршуваат на "-иум", дури и ако се покаже дека тие се халогени (традиционално завршувајќи "-ине") или благородни гасови (традиционално завршувајќи "-он").Привременото име му беше уноноктиум, но по новата IUPAC препорака објавена во 2016 година препорача да се користи "-он" за нови елементи од групата 18, без оглед на тоа дали излегуваат дека имаат хемиски својства на благороден гас.
Во јуни 2016 година IUPAC објави дека откривачите планирале да го дадат името оганесон (симбол: Ог), во чест на рускиот јадрен физичар Јури Оганесијан, пионер во истражувањето на супертешките елементи во период од шеесет години, неговиот тим и неговите предложени техники директно доведоа до синтеза на елементите од 106 до 118. Името стана официјално на 28 ноември 2016 година. Оганесијан подоцна го коментираше именувањето:
За мене, тоа е чест. Откривањето на елементот 118 беше од научници на Заедничкиот институт за јадрени истражувања во Русија и во Националната лабораторија Лоренс Ливермор во САД, а тоа беа моите колеги кои го предложија името оганесон. Моите деца и внуци со децении живеат во САД, но мојата ќерка ми напиша дека таа не спиела ноќта кога слушнала, бидејќи плачела.
-Јури Оганесијан
Церемонијата на именување на московиум, тенезин и оганесон се одржа на 2 март 2017 година во Руската академија на науките во Москва.
2 Особености
2.1 Јадрена стабилност и изотопи
Стабилноста на јадрата брзо се намалува со зголемувањето на атомскиот број по кириумот, елемент 96, чиј полуживот е четири пати поголем од оној на секој следен елемент. Сите изотопи со атомски број над 101 се подложени на радиоактивно распаѓање со полуживот помал од 30 часа. Ниту еден елемент со атомски број над 82 (по олово) нема стабилен изотоп. Ова е поради постојано зголемување на кулоновското одбивање на протоните, така што силната јадрена сила не може да го држи јадрото заедно против спонтаното цепење. Пресметките покажуваат дека во отсуство на други стабилизирачки фактори, елементите со повеќе од 104 протони не треба да постојат. Сепак, истражувачите во 60-тите години наведоа дека затворените јадрени гранати со околу 114 протони и 184 неутрони треба да се спротивставуваат на оваа нестабилност, создавајќи "остров на стабилност", каде што нуклидите би можеле да имаат полуживот кој достига илјадници или милиони години. Додека научниците сѐ уште не го достигнале островот, самото постоење на суперхемиски елементи (вклучувајќи го и оганесон) потврдува дека овој стабилизирачки ефект е реален, и генерално познатите супертешки нуклиди стануваат експоненцијално подолговечни додека се приближуваат кон предвидената локација на островот. Оганесон е радиоактивен и има полуживот кој се чини дека е помал од милисекунда. Сепак, ова е уште подолго од некои предвидени вредности.
Пресметките со користење на квантурно-тунелирачки модел предвидуваат постоење на неколку изотопи на оганесон богати со неутрони со полуживот на алфа-распадот блиску до 1 ms.
Теоретски пресметки направени за полуживотот на други изотопи покажаа дека некои би можеле да бидат малку постабилни од синтетизираниот изотоп 294Og, најверојатно 293Og, 295Og, 296Og, 297Og, 298Og, 300Og и 302Og.Од нив, 297Og би можел да обезбеди најдобри шанси за добивање на подолготрајни јадра, и на тој начин би можел да стане фокус на идната работа со овој елемент. Некои изотопи со многу повеќе неутрони, како што се некои сместени околу 313Og, исто така, би можеле да обезбедат подолготрајни јадра. Бидејќи овие потешки изотопи во голема мера ги олеснуваат идните хемиски проучувања на оганесон, поради нивниот очекуван подолг полуживот, тимот на Дубна планира да спроведе експеримент низ втората половина на 2017 година со потешка цел со мешавина на изотопи 249Cf, 250Cf и 251Cf со 48Ca проектили, насочени кон синтеза на новите изотопи 295Og и 296Og; повторување на оваа реакција во 2020 година во ОИНР се планира да произведе 297 Оg. Производството на 293Og и неговата ќерка 289Lv во оваа реакција е исто така можно. Изотопите 295Og и 296Og, исто така, можат да бидат произведени во соединување на 248Cm со проектили од 50Ti, реакција планирана во ОИНР и во Рикен во 2017-2018 година.
2.2 Атомски и физички својства
Оганесон е член на групата 18, елементи со нулта валентност. Членовите на оваа група се обично инертни за најчести хемиски реакции (на пример, согорување), бидејќи надворешната валентна обвивка е целосно полна со осум електрони. Ова создава стабилна, минимална енергетска конфигурација во која надворешните електрони се цврсто врзани. Се смета дека слично, оганесон има затворена надворешна валентна обвивка во која неговите валентни електрони се наредени во конфигурација <math>7s^27p^6</math>.
Следствено, некои очекуваат оганесон да имаат слични физички и хемиски својства на другите членови на својата група, најтесно наликувајќи на благородниот гас над него во периодниот систем, радон. Следејќи го периодниот систем, се очекува огансесон да биде малку повеќе реактивен од радон. Сепак, теоретски пресметки покажаа дека тој би можело да биде значително пореактивен. Покрај тоа што е многу повеќе реактивен од радон, оганесон може да биде уште пореактивен од елементите флевориум и копернициум, кои се потешки хомолози на повеќе хемиски активни елементи олово и жива, соодветно. Причината за евентуално подобрување на хемиската активност на оганесон во однос на радон е енергетска дестабилизација и радијално проширување на последниот окупиран 7p-подслој.Попрецизно, значителни спин-орбитални интеракции помеѓу 7p електроните и инертните 7s електрони ефикасно доведува до втората валентна обвивка и затворање на флевориумот, и значително намалување на стабилизирањето на затворената обвивка на оганесон. Исто така, беше пресметано дека oganesson, за разлика од другите благородни гасови, го врзува електронот со ослободување на енергија, или со други зборови, тој покажува позитивен електронски афинитет, поради релативистички стабилизираното ниво на енергија на 8s и дестабилизираниот 7p_3_/_2, додека коперниум и флеровиум се претпоставува дека немаat електронски афинитет. Сепак, квантните електродинамички исправки се покажаа како доста значајни во намалувањето на овој афинитет со намалување на врзувањето во анјон na Оg за 9%, со што се потврдува важноста на овие исправки во суперхемиски елементи.
Оганесон се очекува да има екстремно широка поларизација, што е речиси двојно повеќе од радон. Со екстраполаризација од другите благородни гасови, се очекува оганесон да има точка на топење од приближно 320 К и точка на вриење помеѓу 320 и 380 К. Ова е многу различно од претходно проценетите вредности на 263 К или 247 К. Дури и со оглед на големите несигурности во пресметките, се чини дека е малку веројатно дека оганесон би бил гас под стандардни услови, и бидејќи течниот опсег на другите гасови е многу тесен, помеѓу 2 и 9 келвини, овој елемент треба да биде цврст во стандардни услови. Ако оганесон сепак формира гас под стандардни услови, тоа ќе биде една од најгустите гасовити супстанции во стандардни услови, дури и ако е едноатомски како и другите благородни гасови.
Поради огромната поларизација, се очекува огансесон да има аномално ниска енергија на јонизација (слична на онаа на оловото која е 70% од онаа на радон и значително помала од онаа на флевориум) и стандардна кондензирана фаза. Дури и структурата на јадрото и електронскиот облак на оганесон е силно погоден од релативистичките ефекти: се очекува дека валентните електрони и електронски подслоеви во оганесон се „-----smeared out------“, за разлика од оние со помалку релативистички ефекти како радон и ксенон.Сличен ефект за нуклеоните, особено неутроните, започнува во јадрото на 302Og, со 164 протони и 308 неутрони.
2.3 Предвидени соединенија
Единствениот потврден изотоп на оганесон, 294Og, има премногу краток полуживот кој е експериментално хемиски испитуван. Затоа, уште не се синтетизираат никакви соединенија на оганесон. Сепак, пресметките за теоретските соединенија се извршени од 1964 година. Се очекува дека ако енергијата на јонизација на елементот е доволно висока, ќе биде тешко да се оксидира и затоа најчестата оксидациона состојба би била 0 (како за благородни гасови), сепак, ова не изгледа така.
Пресметките на двоатомската молекула на Og_2покажала поврзувачка интеракција приближно еднаква на онаа пресметана за Hg_2, и енергијата на дисоцијација од 6 kJ / mol, приближно 4 пати поголема од онаа на Rn_2. Беше пресметано дека должината на врската е пократка отколку во Rn_2со 0,16 Å. Од друга страна, соединението OgH^+покажува енергетска дисоцијација (со други зборови протонски афинитет на оганесон), помал од оној на RnH^+.
Врзувањето помеѓу оганесон и водород во OgH е предвидено да биде многу слабо и може да се смета како чиста ван дер Валсова интеракција, а не вистинска хемиска врска. Од друга страна, со високо електронегативни елементи, оганесон се чини дека формира постабилни соединенија отколку на пример коперинициум и флевориум. Стабилните состојби на оксидација +2 и +4 се предвидени да постојат во флуоридите OgF_2и OgF_4. Состојбата +6 ќе биде помалку стабилна, поради силното врзување на потпорницата 7p1 / 2. Ова е резултат на истите спин-орбитални интеракции што го прават оганесон невообичаено реактивен. На пример, беше покажано дека реакцијата на оганесон со F_2 за да се формира соединението OgF_2ќе ослободи енергија од 106 kcal / mol од која околу 46 kcal / mol доаѓаат од овие интеракции. За споредба, спин-орбиталната интеракција за слична молекула RnF_2е околу 10 kcal / mol од енергијата на формирање од 49 kcal / mol. Истата интеракција ја стабилизира тетраедралната Тд конфигурација за OgF_4, различен од планарната рамнина D_4_{h}и XeF_4кој се смета дека и RnF_4го има. Og-Fврската најверојатно ќе биде јонска, а не ковалентна, со што оганесонфлуорид ќе биде нестабилен. OgF_2е предвидено да биде делумно јонски поради високата електропозитивност на огансесон. За разлика од другите благородни гасови (освен евентуално ксенон и радон), оганесон се предвидува да биде доволно електропозитивен за да формира врска со хлор Og-Cl.
3 Поврзано
* Изотопи на оганесонот