Tennessín (Ts) – superťažký prvok 117: vlastnosti a objav

Objavte tennessín (Ts, Z=117) — superťažký, predposledný prvok: jeho vlastnosti, históriu objavu 2010 a diskutovanú metaloidnú povahu.

Tennessín (predtým ununseptium) je superťažký chemický prvok vytvorený umelo. Má symbol Ts a atómové číslo 117. Je to druhý najťažší zo známych prvkov (ťažší je len oganesón, Z = 118) a zároveň predposledný prvok v periodickej tabuľke. V periodickej tabuľke sa nachádza v 17. skupine, kde sú halogény. Jeho presné fyzikálne a chemické vlastnosti zatiaľ nie sú úplne známe; predpokladá sa, že môže mať charakter metaloidu alebo zvlášnu kombináciu halogénových a kovových vlastností vďaka silným relativistickým efektom.

Objav a pomenovanie

Objav tennessínu oznámili v rokoch 2009–2010 vedci z Ruska (Výskumný ústav nukleárnych reakcií v Dubne, JINR) v spolupráci s laboratóriami v Spojených štátov (predovšetkým Lawrence Livermore National Laboratory). Spolupracovali na tom viaceré tímy a výsledky boli predmetom medzinárodného overovania. Názov „tennessín“ schválila IUPAC v roku 2016 a odvoláva sa na štát Tennessee (USA), kde sa nachádzajú inštitúcie, ktoré prispeli k výrobe matkovej látky berkelia a k výskumu.

Výroba a izotopy

Tennessín sa syntetizuje v jadrových experimentoch zriedkavým spájaním ťažkých jadier, typicky reakciou medzi izotopmi berkelia (napríklad 249Bk) a kalcia (48Ca). V týchto experimentoch sa vytvorí len niekoľko atómov, ktoré majú veľmi krátke polčasy rozpadu (zvyčajne v rozsahu od milisekúnd do niekoľkých sekúnd). Izotopy tennessínu sa rozpadávajú prevažne alfa-emitovaním a niektoré rozklady končia spontánnym štiepením. Kvôli tejto extrémne krátkej životnosti nie je možné pripraviť makroskopické množstvá ani štandardné chemické vzorky.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Priame experimentálne údaje o fyzikálnych alebo chemických vlastnostiach tennessínu sú veľmi obmedzené. Teoretické výpočty naznačujú:

• silné relativistické efekty, ktoré ovplyvňujú energetické hladiny elektrónov, najmä 7p orbitaly,
• možné odchýlky od trendov ľahších halogénov (fluór → astatín) — napríklad znížená reaktivita alebo čiastočne kovové vlastnosti,
• očakávané veľmi nízke množstvo pozorovateľných chemických reakcií kvôli krátkemu času života izotopov.

Z týchto dôvodov sa tennessín často opisuje ako prvok, ktorého správanie môže byť medzi halogénom a metaloidom, pričom presné oxidačné stavy a chemická reaktivita zostávajú predmetom teoretických štúdií a veľmi limitovaných experimentov.

Použitie a význam

Pre praktické využitie v priemysle alebo medicíne nie je tennessín vzhľadom na svoju extrémne krátku životnosť vhodný. Jeho hlavné využitie je čisto vedecké: syntéza a štúdium týchto atómov rozširuje poznatky o jadrovej stabilite pri extrémnych protonových číslach, o hraniciach periodickej tabuľky a o vplyve relativistických efektov na chemické vlastnosti prvkov. Pokračujúce experimenty pomáhajú upresniť, ako sa periodické pravidlá aplikujú na superťažké prvky.

Aktuálny stav výskumu: Výskum tennessínu pokračuje v niekoľkých laboratóriách po svete. Očakáva sa, že ďalšie experimenty, lepšie detekčné techniky a nové syntetické postupy prinesú postupne viac informácií o jeho izotopoch a chemickej povahe.

História

Pred objavením

V roku 2004 tím Spojeného ústavu jadrového výskumu (JINR) v Dubne v Moskovskej oblasti v Rusku naplánoval experiment na syntézu (vytvorenie) prvku 117. Prvok sa nazýva 117, pretože počet protónov v jeho atóme je 117. Na tento účel museli zlúčiť prvky berkelium (prvok 97) a vápnik (prvok 20). Americký tím v Oak Ridge National Laboratory, ktorý je jediným výrobcom berkelium na svete, však na istý čas zastavil výrobu berkelium. Preto najprv syntetizovali prvok 118 pomocou kalifornia (prvok 98) a vápnika.

Ruský tím chcel použiť berkelium, pretože izotop vápnika použitý v experimente, vápnik-48, má 20 protónov a 28 neutrónov. Ide o najľahšie stabilné alebo takmer stabilné jadro (stredná časť atómu) s oveľa väčším počtom neutrónov ako protónov. Zinok-68 je druhé najľahšie jadro tohto druhu, ale je ťažšie ako vápnik-48. Keďže tenzín má 117 protónov, na spojenie s atómom vápnika potrebujú ďalší atóm s 97 protónmi a berkelium má 97 protónov.

Pri experimente sa z berkelium vytvorí terč a vápnik sa vystrelí vo forme lúča na berkelium. Lúč vápnika sa vytvára v Rusku odstránením malého množstva vápnika-48 z prírodného vápnika pomocou chemických prostriedkov. Jadro, ktoré vznikne po experimente, bude ťažšie a je bližšie k ostrovu stability. Ide o myšlienku, že niektoré veľmi ťažké atómy môžu byť pomerne stabilné.

Objavenie Tennessine

V roku 2008 začal americký tím opäť vytvárať berkelium a povedal o tom ruskému tímu. V rámci programu vyrobili 22 miligramov berkelium, čo stačilo na experiment. Krátko nato sa berkelium za 90 dní ochladilo a za ďalších 90 dní sa chemickými prostriedkami vyčistilo. Terč s berkeliom sa musel rýchlo odviezť do Ruska, pretože polčas rozpadu použitého izotopu berkelium, berkelium-249, je len 330 dní. Inými slovami, po 330 dňoch polovica všetkého berkelium už nebude berkelium. V skutočnosti, ak by sa experiment nezačal šesť mesiacov po vyrobení terča, bol by zrušený, pretože by nemali dostatok berkelium na experiment. V lete 2009 bol terč zabalený do piatich olovených kontajnerov a komerčným letom bol odoslaný z New Yorku do Moskvy.

Oba tímy museli čeliť byrokratickej prekážke medzi Amerikou a Ruskom predtým, ako poslali cieľ s berkeliom, aby sa dostal do Ruska včas. Stále sa však vyskytovali problémy: Ruskí colníci dvakrát nedovolili, aby sa berkeliový terč dostal do krajiny kvôli chýbajúcim alebo neúplným dokumentom. Aj keď terč päťkrát preletel Atlantický oceán, celá cesta trvala len niekoľko dní. Keď sa terč konečne dostal do Moskvy, poslali ho do Dimitrovgradu v Uľjanovskom oblúku. Tu bol terč umiestnený na tenkú titánovú fóliu (vrstvu). Táto fólia sa potom poslala do Dubny, kde bola umiestnená do urýchľovača častíc JINR. Tento urýchľovač častíc je najvýkonnejším urýchľovačom častíc na svete na vytváranie supertěžkých prvkov.

Experiment sa začal v júni 2009. V januári 2010 vedci z Flerovho laboratória jadrových reakcií v rámci laboratória oznámili, že prostredníctvom dvoch rozpadových reťazcov objavili rozpad nového prvku s atómovým číslom 117. Izotop s nepárnym číslom vykoná 6 alfa rozpadov pred spontánnym (náhlym) štiepením. Nepárny- párny izotop vykoná 3 alfa rozpady pred štiepením. Dňa 9. apríla 2010 bola v časopise Physical Review Letters zverejnená oficiálna správa. Ukázalo sa v nej, že izotopy, ktoré boli uvedené v rozpadových reťazcoch, sú²⁹⁴ Ts a²⁹³ Ts. Izotopy boli vyrobené takto:

²⁴⁹Bk +⁴⁸ Ca →²⁹⁷ Ts* →²⁹⁴ Ts + 3 n (1 udalosť)

²⁴⁹Bk +⁴⁸ Ca →²⁹⁷ Ts* →²⁹³ Ts + 4 n (5 udalostí)

Cieľová látka berkelium používaná na syntézu tennessinu vo forme roztoku

Otázky a odpovede

Otázka: Aký je symbol pre Tennessine?

Otázka: Aké je atómové číslo tennessínu?

Otázka: Do ktorej skupiny periodickej tabuľky patrí tennessín?

Otázka: Aké sú niektoré jeho vlastnosti?

Otázka: Kto objavil tennessín a kedy to bolo oznámené?

Otázka: Používa sa v súčasnosti na iné ako výskumné účely?

Otázka: Ako získal svoj názov?

Hľadajte podľa písmena