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.

Флеровиум  (₁₁₄Fl)

Општи својства
Име и симбол	флеровиум (Fl)
Флеровиумот во периодниот систем
Pb ↑ Fl ↓ (Uho) нихониум ← флеровиум → московиум
Атомски број	114
Стандардна атомска тежина (Ar)	[289]
Категорија	слаб метал
Група и блок	група 14 (јаглеродна), p-блок
Периода	VII периода
Електронска конфигурација	[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p2 (предвидена)
по обвивка	2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (предвидени)
Физички својства
Фаза	цврста (предвидена)
Точка на топење	340 K ​(67 °C) (предвидена)
Точка на вриење	420 K ​(147 °C) (предвидена)
Густина близу с.т.	14 г/см3 (предвидена)
Топлина на испарување	38 kJ/mol (предвидена)
Атомски својства
Оксидациони степени	0, 1, 2, 4, 6 ​(предвидена)
Енергии на јонизација	I: 823,9 kJ/mol (предвидена) II: 1.601,6 kJ/mol (предвидена) II: 3.367,3 kJ/mol (предвидена) (повеќе)
Атомски полупречник	емпириски: 180 пм (предвиден)
Ковалентен полупречник	171–177 пм (екстраполиран)
Разни податоци
CAS-број	54085-16-4
Историја
Наречен по	Наречен по Лабораторијата за јадрени истражувања „Г.Н. Фљоров“
Откриен	Обединет институт за јадрени истражувања и Ливерморска национална лабораторија (1999)
Најстабилни изотопи
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 289Fl веш 2,6 s α 9,82;9,48 285Cn 289mFl ? веш 2–23 s α 9,67 285mCn ? 288Fl веш 0,8 s α 9,94 284Cn 287Fl веш 0,48 s α 10,02 283Cn 287mFl ? веш 5,5 s α 10,29 283mCn ? 286Fl веш 0,13 s 40 % α 10,19 282Cn 60 % СЦ 285Fl веш 125 ms α 281Cn

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.

Историја

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 ²⁴⁸Cm(⁴⁰Ar,xn). Во оваа реакција не беа пронајдени изотопи на флеровиум. Ова се сметало дека се случува, бидејќи сложеното јадро ²⁸⁸Fl 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).

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 ^289m 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 ²⁹⁰ Fl и фаќање на електрон до ²⁹⁰Nh, 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 ²⁹⁴Lv во реакцијата од ²⁴⁸Cm(⁴⁸Ca,2n), што би се алфа-распаднало на ²⁹⁰Fl. Тимот во РИКЕН известил за можна синтеза на изотопи ²⁹⁴Lv и ²⁹⁰Fl во 2016 година преку реакцијата ²⁴⁸Cm(⁴⁸Ca,2n), но алфа распаѓањето од ²⁹⁴Lv било пропуштено, и забележан е алфа-распад од ²⁹⁰Fl до ²⁸⁶Cn наместо електронско фаќање до ²⁹⁰Nh, и предавањето на ²⁹⁴Lv наместо ²⁹³Lv, и распаѓање до изомер од ²⁸⁵Cn 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:

Сакав да знае Глен, па отидов до неговиот кревет и му кажав. Мислев дека му видов сјај во окото, но следниот ден кога отидов да го посетам не се сеќаваше дека ме видел. Како научник, тој почина кога го доживеа тој мозочен удар.

—Алберт Гиросо

Сиборг починал 2 месеци подоцна, на 25 февруари 1999 година.

Изотопи

Список на изотопи на флеровиумот

Изотоп	Полураспад		Начин на распад	Откриен	Реакција при откривањето
	Време	Нав.
284Fl	0000025 2,5 мс		СЦ	2015	240Pu(48Ca,4n) 239Pu(48Ca,3n)
285Fl	00010 0,10 с		α	2010	242Pu(48Ca,5n)
286Fl	00012 0,12 с		α, СЦ	2003	290Lv(—,α)
287Fl	00048 0,48 с		α, ЕЗ?	2003	244Pu(48Ca,5n)
288Fl	00066 0,66 с		α	2004	244Pu(48Ca,4n)
289Fl	0019 1,9 с		α	1999	244Pu(48Ca,3n)
289mFl	0011 1,1 с		α	2012	293mLv(—,α)
290Fl	019 19 с		α, ЕЗ?	1998	244Pu(48Ca,2n)

Во март 1999 година, истиот тим ја замени целта на добивање ²⁴⁴Pu со ²⁴²Pu 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 ²⁸⁷Fl. Оваа активност не е постигната повторно, и не е јасно какво јадро е произведено тогаш. Можно е тоа да е мета-стабилен изомер ^287m Fl или резултат на дел од електронско фаќање од ²⁸⁷Fl што води до ²⁸⁷Nh и ²⁸³Rg.

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 ²⁸⁸ ФЛ, поради збрката во однос на претходните забелешки за кои се претпоставува дека доаѓаат од ²⁸⁹ ФЛ. Понатамошната работа во декември 2002 година конечно овозможи позитивно прераспределба на атомите од јуни 1999 година на ²⁸⁹ 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 ²⁸³Cn. Ова упати кон откритие на флеровиум, од потврдувањето на податоците за синтезата на ²⁸⁷Fl и ²⁹¹Lv, што се распаѓа на ²⁸³Cn. 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 ⁴⁸Ca со ²³⁹Pu и ²⁴⁰Pu, особено ²⁸³Fl, ²⁸⁴Fl и ²⁸⁵Fl; последниот претходно беше карактеризиран во ²⁴²Pu(⁴⁸Ca,5n)²⁸⁵Fl реакција во Националната лабораторија Лоренс Беркли во 2010 година. Изотопот ²⁸⁵Fl беше појасно карактеризиран, додека новиот изотоп ²⁸⁴Fl беше откриен дека е подложен на непосредна спонтано цепење наместо на алфа распаѓање до познатите нуклиди околу затворањето обвивката N = 162, и ²⁸³Fl не беше пронајден. Овој најлесен изотоп уште може да се продуцира во студената фузиска реакција ²⁰⁸Pb(⁷⁶Ge,n)²⁸³Fl, 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 ²⁰⁹Bi(⁷⁰Zn,n)²⁷⁸Nh, реакцијата која РИКЕН ја искористија за официјалното откривање на елементот 113, сега наречен нихониум. Тимот Дубна ја повтори нивната истрага за реакцијата ²⁴⁰Pu + ⁴⁸Ca во 2017 година, наоѓајќи три нови константни распаѓачки синџири од ²⁸⁵Fl, 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 ²⁸⁷Fl (најверојатно, произлегува од ²⁴²Pu нечистотии во целта) и некои настани на спонтано цепење, од кои некои можат да бидат од ²⁸⁴Fl, иако и други интерпретации, вклучувајќи ги и страничните реакции кои вклучуваат испарување на наелектризирани честички, исто така се можни.

Именување

Руска марка од 2013 г. посветена на Георгиј Фљоров и флеровиум

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.

Предвидени својства

Јадрена стабилност и изотопи

Регионите од различно обликувани јадра, како што е предвидено со Интерактивната Бозонска апроксимација

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 (10⁻⁹ 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.

Орбитите со висок азимутски квантен број се зголемуваат во енергијата, елиминирајќи го она што инаку би било празнина во орбиталната енергија што одговара на затворена протонска школка на елементот 114. Ова ја подигнува следната протонска школка во регионот околу елементот 120 .

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 ²⁹⁸Fl и ³¹⁰Fl кандидати за двојна магичност. Проценките од 1972 година предвидуваат полуживот од околу една година за ²⁹⁸Fl, кој се очекува да биде во близина на голем остров на стабилност со најдолг полуживот од ²⁹⁴Ds (10¹⁰ години, што може да се спореди со оној од ²³²Th ). 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 ²⁸⁸Fl. Дополнително, новите теоретски модели покажаа дека очекуваната разлика во енергијата меѓу протонските орбитали 2f_7/2 (наполнети во елементот 114) и 2f_5/2 (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 ³⁰⁶Ubb, 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 ²⁹¹Mc 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.