Радерфордиум

Радерфордиум — вештачки хемиски елемент со симбол Rf и атомски број 104, именуван по физичарот Ернест Ратерфорд. Како вештачки елемент, не може да се најде во природата и може да се создаде само во лабораторија. Тој е радиоактивен; најстабилниот познат изотоп, <sup>267</sup>Rf, има полуживот од околу 1.3 часа.
Во периодниот систем на елементи, тој е елемент од d-блокот и вториот од транзиционите елементи од четвртиот ред. Тој е член на 7-миот период и припаѓа на групата 4. Хемиските експерименти потврдија дека радерфордиумот се однесува како потежок хомолог на хафниум во групата 4. Хемиските својства на радерфордиумот се одликуваат само делумно. Тие добро се споредуваат со хемијата на другите елементи од групата 4, иако некои пресметки укажуваа дека елементот може да покаже значително различни својства поради релативистичките ефекти.
Во 1960-тите, мали количини на радерфордиум биле произведени во Заедничкиот институт за јадрени истражувања во поранешниот Советски Сојуз и во Националната лабораторија Лоренс Беркли во Калифорнија. Приоритет на откривањето, а со тоа и именувањето на елементот беше оспорен меѓу советските и американските научници, но не беше сè до 1997 година кога Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија (МСЧПХ) го воспостави радерфордиум како официјално име за елементот.
1 Историја
1.1 Откривање
Радерфордиумот, наводно првпат бил откриен во 1964 година во Заедничкиот институт за јадрени истражувања во Дубна (тогаш во Советскиот Сојуз). Истражувачите таму бомбардирале плутониум-242 мета со неон-22 јони и ги одделија реакциите со градиентна термо хроматографија по претворање во хлориди со интеракција со ZrCl<sub>4</sub>. Тимот идентификувал активност на спонтано цепење содржана во испарливи хлориди кои покажуваат ека-хафниумови својства. Иако полуживотот не бил прецизно одреден, подоцнежните пресметки укажале дека производот е најверојатно радерфордиум-259 (скратено како <sup>259</sup>Rf во стандардна нотација):: + → → Cl<sub>4</sub>
Во 1969 година, истражувачите на Универзитетот во Калифорнија, Беркли конечно го синтетизираа елементот со бомбардирање на калифорниум-249 мета со јаглерод-12 јони и го мереа алфа распаѓањето на <sup>257</sup>Rf, во корелација со распаѓањето на ќерката од нобелиум-253:: + → + 4
Американската синтеза беше независно потврдена во 1973 година и обезбеди идентификација на радерфордиумот како родител со набљудување на K-алфа X-зраците во елементарен потпис на производот за распаѓање <sup>257</sup>Rf decay product, nobelium-253.
1.2 Контроверзно именување
Руските научници го предложиле името kurchatovium и американските научници го предложиле името ''rutherfordium'' за новиот елемент. Во 1992 година, работната група за трансфермиум IUPAC/IUPAP (ТРГ) ги оцени тврдењата за откривање и заклучи дека двата тима обезбедија истовремени докази за синтезата на елементот 104 и дека кредитот треба да се дели помеѓу двете групи.
Американската група напиша остри одговори на наодите од ТРГ, наведувајќи дека тие дадоа премногу акцент на резултатите од групата Дубна. Особено тие истакнаа дека руската група неколкупати ги изменила деталите на нивните тврдења во период од 20 години, факт што рускиот тим не го негира. Тие, исто така, истакнаа дека ТРГ даде премногу доверба во хемиските експерименти што ги изведувале Русите и ја обвини ТРГ дека нема соодветно квалификуван персонал во комитетот. Одговорот на ТРГ е дека ова не е случај и оценувањето на секоја точка од американската група вели дека не нашле причина да го сменат својот заклучок во врска со приоритетот на откривањето. На IUPAC конечно се користи името предложено од страна на американскиот тим (''rutherfordium'') кој на некој начин може да се одрази на промена на мислење.
Како последица на првичните натпреварувачки тврдења за откривање, се појави елемент на контроверзно именување. Бидејќи Советите тврдеа дека прв го откриле новиот елемент, тие го предложиле името ''kurchatovium'' (Ku) во чест на Игор Курчатов (1903–1960), поранешен шеф на советското јадрено истражување. Ова име се користело во книгите на Советскиот блок како официјално име на елементот. Американците, сепак, предложија ''радерфордиум'' (Rf) за новиот елемент во чест на Ернест Радерфорд, кој е познат како "татко" на јадрената физика. Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија (МСЧПХ) го усвои ''unnilquadium'' (Unq) како привремено, систематско име на елементот, добиени од латинските имиња за броевите 1, 0, и 4. Во 1994 година, IUPAC предложи да се користи името ''dubnium'' (Db) бидејќи ''rutherfordium'' беше предложен за елемент 106 и IUPAC сметаше дека тим Дубна треба да биде препознаен за нивните придонеси. Сепак, сè уште постои спор околу имињата на елементите 104–107. Во 1997 година, вклучените тимови го решија спорот и го прифатија тековното име ''радерфордиум''. Името ''dubnium'' беше дадено на елементот 105 во исто време.
2 Изотопи
+Полуживоти на изотопи и години на откривање, Изотоп, Полуживот<ref, Распаденмод<ref, Откриен во, Реакција
<sup>253</sup>Rf, α, SF, 1994, <sup>204</sup>Pb(<sup>50</sup>Ti,n)<ref
<sup>254</sup>Rf, SF, 1994, <sup>206</sup>Pb(<sup>50</sup>Ti,2n)<ref
<sup>255</sup>Rf, ε?, α, SF, 1974, <sup>207</sup>Pb(<sup>50</sup>Ti,2n)<ref
<sup>256</sup>Rf, α, SF, 1974, <sup>208</sup>Pb(<sup>50</sup>Ti,2n)<ref
<sup>257</sup>Rf, ε, α, SF, 1969, <sup>249</sup>Cf(<sup>12</sup>C,4n)<ref
<sup>257m</sup>Rf, ε, α, SF, 1969, <sup>249</sup>Cf(<sup>12</sup>C,4n)<ref
<sup>258</sup>Rf, α, SF, 1969, <sup>249</sup>Cf(<sup>13</sup>C,4n)<ref
<sup>259</sup>Rf, α, SF, 1969, <sup>249</sup>Cf(<sup>13</sup>C,3n)<ref
<sup>259m</sup>Rf, ε, 1969, <sup>249</sup>Cf(<sup>13</sup>C,3n)<ref
<sup>260</sup>Rf, α, SF, 1969, <sup>248</sup>Cm(<sup>16</sup>O,4n)<ref
<sup>261</sup>Rf, α, SF, 1970, <sup>248</sup>Cm(<sup>18</sup>O,5n)<ref
<sup>261m</sup>Rf, ε, α, SF, 2001, <sup>244</sup>Pu(<sup>22</sup>Ne,5n)<ref
<sup>262</sup>Rf, α, SF, 1996, <sup>244</sup>Pu(<sup>22</sup>Ne,4n)<ref
<sup>263</sup>Rf, α, SF, 1999, <sup>263</sup>Db(,)<ref
<sup>263m</sup>Rf ?, α, SF, 1999, <sup>263</sup>Db(,)<ref
<sup>265</sup>Rf, , SF, 2010, <sup>269</sup>Sg(—,α)<ref
<sup>266</sup>Rf, SF, 2007?, <sup>266</sup>Db(,)?<ref
<sup>267</sup>Rf, SF, 2004, <sup>271</sup>Sg(—,α)<sup>268</sup>Rf, SF, 2004?, <sup>268</sup>Db(,)?<ref
<sup>270</sup>Rf, , SF, 2010?, <sup>270</sup>Db(,)?
Радерфордиумот нема стабилни или природни изотопи.Неколку радиоактивни изотопи се синтетизирани во лабораторијата, било со спојување на два атома или со следење на распаѓањето на потешките елементи. Шеснаесет различни изотопи се пријавени со атомски маси од 253 до 270 (со исклучок на 264 и 269). Повеќето од овие распаѓања се претежно преку спонтани патишта на цепење.
2.1 Животен век
Од изотопите чии полуживоти се познати, полесните изотопи обично имаат пократок полуживот; биле забележани полуживоти под 50 μs за <sup>253</sup>Rf и <sup>254</sup>Rf. <sup>256</sup>Rf, <sup>258</sup>Rf, <sup>260</sup>Rf се постабилни на околу 10 ms, <sup>255</sup>Rf, <sup>257</sup>Rf, <sup>259</sup>Rf, и <sup>262</sup>Rf живеат помеѓу 1 и 5 секунди, а <sup>261</sup>Rf, <sup>265</sup>Rf, и <sup>263</sup>Rf се постабилни, околу 1.1, 1.5, и 10 минути соодветно. Најтешките изотопи се најстабилни, при што <sup>267</sup>Rf имаат измерено полуживот од околу 1,3 часа.
Најлесните изотопи се синтетизираат со непосредно соединување помеѓу две полесни јадра и како производи за распаѓање. Најтешкиот изотоп произведен со непосредно соединување е <sup>262</sup>Rf; потешките изотопи се забележани само како производи за распаѓање на елементи со поголеми атомски броеви, од кои само <sup>267</sup>Rf е потврден. Тешките изотопи <sup>266</sup>Rf и <sup>268</sup>Rf исто така, се забележани како електронски фати-ќерки од изотопите на дубниум <sup>266</sup>Db и <sup>268</sup>Db, но имаат кратки полуживоти на спонтано цепење. Се чини веројатно дека истото важи и за <sup>270</sup>Rf, најверојатно ќерка од <sup>270</sup>Db.
Во 1999 година, американските научници од Универзитетот во Калифорнија, Беркли, објавија дека успеале да синтетизираат три атоми од <sup>293</sup>Og. За овие матични јадра биле пријавени последователно да испуштаат седум алфа-честички за да формираат јадра од <sup>265</sup>Rf, но нивното барање беше повлечено во 2001 година. Овој изотоп бил подоцна откриен во 2010 година како конечен производ на распадот на <sup>285</sup>Fl.
3 Предвидени својства
3.1 Хемиски
Радерфордиумот е првиот трансактиноиден елемент , а вториот член на шестата серија на транзициони метали. Пресметките за неговите потенцијали за јонизација, атомскиот полупречник, како и полупречникните, орбиталните енергии и нивоата на земјата во јонизираните состојби се слични на оние на хафниумот и се многу различни од оние на оловото. Затоа, беше заклучено дека основните својства на радерфордиумот ќе личат на оние од другите елементи од , групата 4, под титан, циркониум, и хафниум. Некои од неговите својства беа определени со експерименти со гасовита фаза и водена хемија. Оксидациската состојба +4 е единствената стабилна состојба за последните два елементи и затоа радерфордиумот, исто така, треба да покаже стабилна +4 состојба. Покрај тоа, се очекува радерфордиумот да може да формира помала стабилна +3 состојба. Предвидено е дека стандардниот редукциски потенцијал на парот Rf<sup>4+</sup>/Rf е поголем од −1.7 V.
Првичните предвидувања за хемиските својства на радерфордиумот се врз основа на пресметките што укажуваа дека релативистичките ефекти врз електронската обвивка би можеле да бидат доволно силни за да 7p орбиталите би имале пониско ниво на енергија од 6d орбиталите, што ќе им даде валентна електронска конфигурација на 6d<sup>1</sup> 7s<sup>2</sup> 7p<sup>1</sup> или дури и на 7s<sup>2</sup> 7p<sup>2</sup>, поради што елементот се однесува повеќе како олово отколку како хафниум. Со подобри методи за пресметка и експериментални испитувања на хемиските својства на соединенија на радерфордиумот, може да се покаже дека ова не се случува и дека радерфордиумот напротив, може да се однесува како остатокот од групата 4.
На аналогни начини на циркониум и хафниум, радерфордиумот е проектиран да формира многу стабилен огноотпорен оксид, RfO<sub>2</sub>. Реагира со халогени елементи за да се формираат тетрахалиди, RfX<sub>4</sub>, кои хидролизираат при контакт со вода за да формираат оксихариди RfOX<sub>2</sub>. Тетрахалидите се испарливи материи што постојат како мономерни тетрахерални молекули во фазата на пареа.
Во водната фаза, Rf<sup>4+</sup> јоните хидролизираат помалку од титанот(IV) и до сличен степен како циркониум и хафниум, што резултира со RfO<sup>2+</sup> јон. Третманот на халидите со халидните јони го промовира формирањето на комплексни јони. употребата на хлориди и бромидни јони ги создава комплексите на хексахлорид и . За флуоридните комплекси, циркониум и хафниум имаат тенденција да формираат хепта-и окта-комплекси. Така, за поголемиот радерфордиумовот јон, се можни комплексите , и .
3.2 Физички и атомски
Се очекува радерфордиумот да биде цврст во нормални услови и да има шестаголна кристална структура (<sup>''c''</sup>/<sub>''a''</sub> = 1.61), слична на нејзиниот полесен кондензатор хафниум.Тоа треба да биде многу тежок метал со густина од околу 23.2 g/cm<sup>3</sup>; за споредба, густиот познат елемент кој ја има измерената густина, осмиум, има густина од 22.61 g/cm<sup>3</sup>. Ова се должи на високата атомска тежина на радерфордиумот, на контракциите на лантаноид и актиноид, и на релативистичките ефекти, иако производството на доволно радерфордиум за мерење на оваа количина би било непрактично, а примерокот брзо ќе се распаѓа. Атомскиот полупречник за радерфордиумот се очекува да биде околу 150 pm. Поради релативистичката стабилизација на 7-орбитала и дестабилизација на 6-орбитален дел, се предвидува Rf<sup>+</sup> и Rf<sup>2+</sup> јони да се откажат од 6d електрони наместо 7s електрони, што е спротивно на однесувањето на неговите полесни хомолози.
4 Експериментална хемија
+Резиме на соединенија и комплексни јони, Формула, Имиња
RfCl<sub>4</sub>, радерфордиум тетрахлорид, радерфордиум(IV) хлорид
RfBr<sub>4</sub>, радерфордиум тетрабромид, радерфордиум(IV) бромид
RfOCl<sub>2</sub>, радерфордиум оксихлорид, радерфордиум(IV) хлорид,радерфордиум(IV) дихлорид оксид
[RfCl<sub>6</sub>]<sup>2−</sup>, хексахлор радерфордиум(IV)
[RfF<sub>6</sub>]<sup>2−</sup>, хексафлуоро радерфордиум(IV)
K<sub>2</sub>[RfCl<sub>6</sub>], калиумхексахлорен радерфордиум(IV)
4.1 Гасовита фаза
Рана работа на студијата за хемијата на радерфордиумот фокусирана на гасна термохроматографија и мерење на кривата на адсорпција на релативната апсорпција на температурата. Првичната работа беше спроведена во Дубна, во обид да го потврди нивното откривање на елементот. Неодамнешната работа е посигурна во однос на идентификацијата на родителските радиоизотопи од радерфордиумот. Изотопот <sup>261m</sup>Rf е користен за овие студии, иако долгиот изотоп <sup>267</sup>Rf (произведен во синџирите на распаѓање на <sup>291</sup>Lv, <sup>287</sup>Fl, и <sup>283</sup>Cn) може да биде корисен за идните експерименти. Експериментите се потпираа на очекувањата дека радерфордиумот ќе започне со нова 6d серија на елементи и затоа треба да формира испарлив тетрахлорид поради тетрахералната природа на молекулата. Радерфордиум (IV) хлоридот е повеќе испарлив отколку неговиот полесен хомолог хафниум(IV) хлорид (HfCl<sub>4</sub>) бидејќи неговите врски се повеќе ковалентни.
Серија на експерименти потврдија дека радерфордиумот се однесува како типичен член од групата 4, формирајќи тетравалентен хлорид (RfCl<sub>4</sub>) и бромид (RfBr<sub>4</sub>) како и оксихлорид (RfOCl<sub>2</sub>). Намалена нестабилност беше забележана кај кога калиум хлоридот е обезбеден како цврста фаза наместо гас, многу индикативно за формирање на нетермички мешани соли.
4.2 Водена фаза
Се очекува радерфордиумот да има електронска конфигурација [Rn]5f<sup>14</sup> 6d<sup>2</sup> 7s<sup>2</sup> и затоа се однесува како потежок хомолог на хафниум во групата 4 од периодниот систем. Поради тоа, треба да се формира хидрирани Rf<sup>4+</sup> јони во силен киселински раствор и треба лесно да се формираат комплекси во хлороводородна киселина, бромоводороден раствор или со флуороводородна киселина.
Најконклузивните водни хемиски студии на радерфордиумот се изведуваат од јапонскиот тим во Јапонскиот институт за истражување на атомска енергија со користење на изотопот <sup>261m</sup>Rf. Експериментите за екстракција од раствори со хлороводородна киселина, со користење на изотопи на рутерфордиум, хафниум, циркониум, како и ториум на елементот псевдо-група 4, се покажаа како не-актиноидно однесување за радерфордиумот. Споредбата со неговите полесни хомолози цврсто го насочувала радерфордиумот во групата 4 и укажала на формирање на хексахлороуреформфорд комплекс во раствори за хлориди, на начин сличен на хафниум и циркониум.: + 6 →
Многу слични резултати беа забележани во растворите на флуороводородна киселина. Разликите во кривите на екстракција се толкуваа како послаб афинитет за јон на флуорид и формирање на хексафлуорофурерофонатен јон, додека хафиумовите и циркониумови јони сложени седум или осум флуориди јони во користени концентрации:: + 6 →