Dubnij

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Dubnij,  105Db
Dubnij u periodnom sistemu
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Dubnij, Db, 105
Serija Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok 5, 7, d
Zastupljenost 0 %
Atomske osobine
Atomska masa 262,1138 u
Atomski radijus (izračunat) 139 (pretpostavljeno)[1] ( -) pm
Kovalentni radijus 149 (pretpostavljeno)[2] pm
Van der Waalsov radijus ? pm
Elektronska konfiguracija [Rn] 5f146d37s2 (pretpostavljeno)[1]
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
1. energija ionizacije 664,8 (pretpostavljeno) kJ/mol
2. energija ionizacije 1546,7 (pretpostavljeno) kJ/mol
3. energija ionizacije 2378,4 (pretpostavljeno)[1] kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto (pretpostavljeno)[3]
Kristalna struktura kubična prostorno centrirana (pretpostavljeno)[3]
Gustoća 29.300[1][4][a] kg/m3
Magnetizam ?
Tačka topljenja ? K (? °C)
Tačka ključanja ? K (? °C)
Molarni volumen ? m3/mol
Toplota isparavanja ? kJ/mol
Toplota topljenja ? kJ/mol
Brzina zvuka ? m/s
Hemijske osobine
Oksidacioni broj 5, (4), (3)[1][4][b]
Oksid ?
Elektrodni potencijal ?
Elektronegativnost ? (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
263Db

sin

27 s[5] SF (56%)
α (41%) 8,36 259Lr
ε (3%) 263mRf
266Db

sin

22 min[5] SF
ε 266Rf
268Db

sin

29 h[5] SF
ε 268Rf
Sigurnosno obavještenje

Oznake upozorenja

Oznaka upozorenja nepoznata[6]
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: /
S: /
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element

Radioaktivni element
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Dubnij (latinski: dubnium) jeste hemijski element sa simbolom Db i atomskim brojem 105. Dubij je izuzetno radioaktivan, njegov najstabilniji poznati izotop dubnij-268 ima vrijeme poluraspada od oko 29 sati, što značajno ograničava istraživanje ovog elementa. Ovaj element se ne nalazi u prirodnom stanju na Zemlji i dobija se vještački. Otkiće ovog elementa prvi su objavili sovjetski naučnici sa Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja (JINR) 1968. godine, a nakon toga su i američki naučnici sa Univerziteta u Kaliforniji iz Berkeleya 1970. objavili isto otkriće. Oba tima predložila su svoja imena za novi element, koja su koristili bez zvaničnog odobrenja IUPAC-a. Dugogodišnje razmirice okončane su 1993. zvaničnom istragom o tvrdnjama o otkriću do kojih je došla zajednička komisija IUPAC-a i IUPAP-a, što je u konačnici dovelo da se otkriće pripiše objema timovima. Zvanično je nazvan dubnium 1997. po gradu Dubna gdje je sjedište JINR instituta.

U periodnom sistemu elemenata, dubnij se nalazi u petoj grupi kao treći član 6d serije prelaznih metala. Ograničena istraživanja hemije ovog elementa pokazala su da se on ponaša kao tipični element grupe 5 te kao teži homolog elementa tantala. Ipak, postoje određena odstupanja od periodičnih trendova osobina zbog, kako se pretpostavlja, relativističkih efekata.

Historija[uredi | uredi izvor]

Otkriće[uredi | uredi izvor]

Uranij, element sa atomskim brojem 92, je najteži element koji se u većim količinama javlja u prirodi. Teži elementi od njega uglavnom se dobijaju određenim postupcima sinteze ili fuzijom odnosno bombardiranjem jezgrima lakših elemenata. Prva sinteza novog elementa, neptunija, elementa broj 93 desila se 1940. godine a izveli su je naučnici u SAD.[7] U narednim godinama, američki naučnici su neosporno sintetizirali i teže elemente, sve do elementa broj 101, mendeljevija 1955. godine. Međutim, počev od elementa 102, prioritet otkića elemenata postao je predmet debate između američkih i sovjetskih naučnika.[8] Njihovo rivalstvo rezultiralo je "utrkom" u otkrivanju novih elemenata i davanju njihovih imena, što je kasnije nazvano "transfermijski ratovi".

Prvi izvještaj o otkriću elementa 105 objavio je Zajednički institut za nuklearna istraživanja (JINR) u gradu Dubna kod Moskve, SSSR, danas Rusija 1968. godine. Meta načinjena od izotopa 243Am bombardirana je snopom iona izotopa 22Ne. Naučnici iz Dubne otkrili su alfa raspade energija 9,4 MeV (uz pretpostavljeno vrijeme poluraspada od 0,1–3 sekunde) i 9,7 MeV (t1/2 > 0,05 s) nakon čega je uslijedila alfa aktivnost slična onoj kod izotopa 256103 i 257103. Dva niza aktivnosti, zasnovane na prethodnim teoretskim predviđanjima, dodijeljene su izotopima 261105 i 260105, respektivno.[9]

243
 95
Am + 22
10
Ne → 265−x105 + x n (x = 4, 5)

Istraživanja o ovoj reakciji su nastavljena, a daljnja proučavanja usmjerena su na traženje fisijskih fragmenata izotopa elementa 105. Naknadni radovi objavljeni su u februaru 1970. godine. Pronađene su dvije radioaktivnosti sa vremenima poluraspada od 14 ms i 2,2±0,5 s. Ranije otkrivena aktivnost dodijeljena je izotopu 242mfAm, a za drugu je navedeno da je uzrokovana nekim izotopom elementa 105. Vjerovatnost, da je druga aktivnost mogla proizaći iz transferne reakcije pa tako ne bi ni mogla biti od elementa 105, je smanjena zbog činjenice da je prinos iz ove reakcije bio niži nego od transferne reakcije kojom se dobio 242mfAm. Ideja da se u ovoj reakciji sinteze zaista radilo o reakciji (22Ne,xn) podržana je istraživanjima o reakcijama gdje je meta od 243Am bombardirana 18O. Reakcije u kojima su nastali 256103 i 257103 imale su vrlo malo aktivnosti spontane fisije (što je odgovaralo potvrđenim podacima), a reakcija kojom su nastali teži 258103 i 259103 nije pokazivala nikakvu aktivnost spontane fisije, što je u potpunosti odgovaralo teoriji.[9]

U aprilu 1970, tim naučnika predvođen Albertom Ghiorsom radeći na Univerzitetu Kalifornije u gradu (Berkeley, Kalifornija) započeo je nadmetanje sa Sovjetima. Ghiorso je tvrdio da su uspjeli sintetizirati element bombardirajući metu sačinjenu iz kalifornija-249 iona dušika-15. Izmjerena je alfa aktivnost energije 9,1 MeV. Američki naučnici pokušali su i reakcije sa drugim nuklidima: bombardiranje 249Cf sa 14N, zatim Pb sa 15N kao i Hg sa 15N, ali u njima nije potvrđena slična aktivnost. Osobine "kćerki" jezgara bile su korelaciji sa onima kod izotopa 256103 što je ukazivalo da je 260105 "roditeljski" nuklid.[9]

249
 98
Cf + 15
 7
N → 260105 + 4 n

Ovi rezultati naučnika sa Berkeleyja nisu potvrdili otkrića sovjetskih naučnika u vezi energija 9,4 MeV ili 9,7 MeV kod alfa raspada izotopa 260105, što je ostavljalo mogućnost da je jedino mogao nastati izotop 261105.[9] U maju 1970. JINR je objavio još jedan izvještaj o dubniju. U njemu se navodilo da su izvršene daljnje sinteze ovog elementa. Također je objavljeno da su ranije izvršene sinteze potvrđene, a prema tom izvještaju, izotop dobijen u Dubni vjerovatno je bio 261105, mada ni mogućnost da se radilo o 260105 nije isključena.[9] Izvještaj je uključio i prvobitna ispitivanja hemijskih osobina: upotrijebljena je verzija metode termalnog gradijenta gasne hromatografije da bi se pokazalo da je hlorid nečeg što je nastalo spontanim raspadom gotovo u potpunosti odgovarao niobij-hloridu a ne hafnij-tetrahloridu što je pripisano elementu 105. Tim je identificirao aktivnost spontanog raspada trajanja 2,2 sekunde sadržanu u isparljivom hloridu koji je imao osobine pripisane eka-tantalu.[9]

U junu 1970. tim iz Dubne načinio je određena poboljšanja njihovog prvobitnog eksperimenta, praveći metu veće čistoće i smanjujući intenzitet transfernih reakcija tako što su instalirali kolimator prije uređaja za "hvatanje". Ovog puta, njima je uspjelo dokazati alfa aktivnost energije 9,1 MeV sa "kćerkama" izotopima koji su mogli biti 256103 ili 257103, pa je prema tome prvobitni izotop mogao biti 260105 ili 261105.[9]

Kontroverza u vezi s imenom[uredi | uredi izvor]

Sovjetski naučnici najprije su predložili ime nielsborij (Ns) u čast danskog nuklearnog fizičara Nielsa Bohra, jednog od osnivača teorija atomske strukture i "stare" kvantne teorije. Američki tim predložio je da se novi element nazove hanij (Ha) u čast njemačkog hemičara Otta Hahna, "oca nuklearne hemije". Zbog takvih stavova, nastala je kontroverza u vezi s imenom ovog elementa.[10]

Međutim, tenzije između naučnika su dokle bile ublažene krajem 1960ih i 1970ih. Oba tima su se pozabavila sintetiziranjem narednog, težeg elementa 106, ali su odlučili da mu neće predlagati nova imena.[11] Sovjetski tim je 1968. godine predstavio svoj izvještaj, navodeći kako su priznanja za otkrića elemenata 102 i 103 koja su objavili drugi timovi, uključujući i američki, "preuranjena".[12] Nakon toga, oni su predložili osnivanje međunarodne komisije koja bi elaborirala kriterije otkrića. Taj prijedlog je usvojen 1974. mada se novoosnovana komisija nikad nije sastala kako bi proučila tvrdnje.[12] Niti jedan tim naučnika nije pokazao interes za razrješenje sukoba putem medijacije pa su vodeći naučnici sa LBL-a, Alber Ghiorso i Glenn Seaborg, otputovali u Dubnu 1975. gdje su se sastali sa vođom sovjetskog tima Georijem Fljorovim u pokušaju da se spor razriješi unutar timova te da se neutralna zajednička grupa učini nepotrebom. Međutim, ovaj sastanak nije bio uspješan.[13] Spor je ostao nerazriješen, te je IUPAC 1979. objavio novi prijedlog načina sistematskog davanja imena novih elemenata (prema kojem bi se element 105 trebao nazivati unnilpentium, prema latinskim korjenima un- i nil- te grčkim korijenom pent-, što znači jedan, nula i pet, kao referencu decimalnih brojeva njegovog atomskog broja), što bi se koristilo privremeno do davanja konačnih imena elemenata. Ipak, naučnici su većinom ignorirali ove preporuke, ne želeći "oslabiti pozicije" svojih prijedloga imena usvajanjem neutralnog sistema imenovanja.[14]

Godine 1981 "utrci" oko superteških elemenata pridružio se novi učesnik: Gesellschaft für Schwerionenforschung (bosanski: Društvo za istraživanje teških iona) iz njemačkog grada Darmstadta. Oni su tvrdili da su sintetizirali element 107, a njihov izvještaj je uslijedio pet godina nakon prve objave iz Dubne ali je sadržavao veći nivo preciznosi, što je davalo mnogo veću "težinu" tvrdnjama o otkriću.[9] Njemački tim se pridružio sovjetskom po tome što je predložio naziv nielsborij za novi element, smatrajući da je Bohr zaslužio da se neki element nazove po njemu, a ujedno se nadajući da će umanjiti američko-ruske tenzije u vezi kontroverznog imena elementa 105.[12] Sovjetski naučnici nisu žurili s novim prijedlogom imena za element 105, navodeći da je mnogo važnije prethodno odrediti ko je stvarni pronalazač elementa.[12]

Godine 1996. IUPAC se ponovno sastao i razmotrio sva imena koja su se u međuvremenu predlagala te usvojio novi set preporuka na tom sastanku. Ista su napokon odobrena i objavljena godinu kasnije, 1997.[15] Element 105 napokon je dobio svoje stalno, današnje ime dubnij (Db) po ruskom gradu Dubna, sjedištu Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja. Ovu odluku nerado su prihvatili i američki naučnici.[16] IUPAC je naglasio da su laboratoriji u Berkeleyju već nekoliko puta priznali zasluge za davanje imena elemenata (npr. berkelij, kalifornij, americij) a priznanje imena raderfordij i siborgij za elemente 104 i 106 bilo bi "pošteno" da se istovremeno priznaju i zasluge ruskog tima u vezi otkrića elemenata 104, 105 i 106. (Pitanje davanja imena elementu 107 prepušteno je Kraljevskoj danskoj akademiji nauka, koja je preporučila da se koristi ime borij.)[17]

Pretpostavljene osobine[uredi | uredi izvor]

Relativistička (puna linija) i nerelativistička (iscrtana linija) radijalna distribucija 7s valentnih elektrona u dubniju.

Atomske i fizičke[uredi | uredi izvor]

Porastom atomskih brojeva elemenata direktni relativistički efekat se iskazuje u tome da se unutrašnji elektroni počinju brže okretati oko jezgra, što je rezultat povećanja elektromagnetnog privlačenja između elektrona i jezgra. Slični efekti su pronađeni za s orbitale (kao i za p1/2 mada se to ne može primijeniti na dubnij): naprimjer, 7s orbitala je smanjena za oko 25% po veličini a stabilnija je za 2,6 eV.[1]

Mnogo posredniji efekat bio bi taj da orbitale s i p1/2 više i efektivnije "štite" naboj jezgra, ostavljajući još manje za vanjske d i f elektrone, koji se zbog toga kreću po mnogo višim orbitalama. Ovaj efekat je znatno izražen kod dubnija. Za razliku od prethodnih članova 5. grupe, njegovi 7s elektrone je daleko teže odvojiti od atoma nego 6d elektrone, pa ovi nivoi energije ostaju vrlo bliski jedan drugom.[1]

Drugi efekat jeste interakcija spina i orbitale, tačnije odvajanje spina i orbitale koja se kod dubnija ogleda u odvajanju 6d podljuske (azimutalni kvantni broj ℓ za d ljusku je 2) u dvije podljuske, sa četiri od deset orbitala koji imaju svoj ℓ snižen do 3/2 te šest orbitala gdje je povećan na 5/2. Iako je svih deset nivoa energije zapravo povišeno (sniženo je u apsolutnim vrijednostima), čine ih mnogo manje energetski stabilnim, pri čemu su četiri od njih nešto više stabilne od ostalih šest. (Tri 6d elektrona normalno preuzimaju energetske nivoe najniže energije, 6d3/2.)[1]

Dok se preostali valentni elektroni u jednostruko ioniziranom atomu dubnija (Db+) organiziraju u konfiguraciji 6d27s2, dvostruko (Db2+) ili trostruko (Db3+) ionizirani atomi eliminiraju 7s elektrone, što je po suprotnom redoslijedu od njihovih lakših homologa. Uprkos razlikama, za dubnij se i dalje očekuje da koristi svojih pet elektrona kao valentne elektrone. Nivoi energije 7p nisu pokazali nikakav uticaj na dubnij i njegove osobine. Kako su 6d orbitale dubnija više destabilizirane od 5d orbitala kod tantala, za ion Db3+ se očekuje da ima dva preostala d umjesto s elektrona, što bi kao rezultat imalo da mu je to oksidacijsko stanje nestabilno i čak rjeđe nego kod tantala. Potencijal ionizacije dubnija u njegovom maksimalnom oksidacijskom stanju trebao bi biti neznatno niži nego kod tantala a ionski radijus dubnija bi trebao biti veći u odnosu na tantal. Ova pretpostavka ima značajne efekte na hemiju dubnija.[1]

Kada bi se veliki atoma dubnija uspio sakupiti i sačiniti uzorak u čvrstom stanju, oni bi se organizirali u prostorno centriranu kubičnu konfiguraciju, sličnu onoj kao kod prethodnih elemenata 5. grupe.[3] Pretpostavljena gustoća dubnija je oko 29 g/cm3.[1]

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Dubnij sa svojim atomskim brojem 105 je superteški element; a kao i svi elementi sa tako visokim atomskim brojevima, vrlo je nestabilan. Najstabilniji poznati izotop dubnija je 268Db koji ima vrijeme poluraspada od oko jednog dana.[18] Stoga, čak i da je nekad u prošlosti i postojao na Zemlji, već davno bi se potpuno raspao, pa se danas može dobiti isključivo vještački.[c]

Kratko vrijeme poluraspada ograničava obim eksperimenata u vezi dubnija. Ovo je više naglašeno i zbog odnosa neutrona i protona u najstabilnijim izotopima elemenata sa rastom atomskog broja, što je trend za koji se očekuje da će se nastaviti i kod narednih superteških elemenata.[21] Time se komplikuje sinteza najstabilnijih izotopa jer takvi izotopi bi imali više neutrona po jednom protonu nego zajedno meta i snop jezgara kojim se ona bombardira. (Iako se izučavaju razne tehnike zasnovane na brzom zahvatu neutrona (r-proces),[22] u modernim istraživanjima najviše je zastupljena ona tehnika zasnovana na sudaru velikih i malih jezgara atoma.)

Napomene[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Pri na 0 °C, 101,325 kPa
  2. ^ Oksidacijski brojevi u zagradi su pretpostavljeni
  3. ^ Iako moderna teorija nuklearnih jezgara ne predviđa postojanje dugoživućeg izotopa dubnija, ranije su postojale tvrdnje da su nepoznati izotopi superteških elemenata zapravo postojali na primordijalnoj Zemlji, naprimjer takva tvrdnja je postojala 1963. godine za izotop 267108 sa vremenom poluraspada od 400 do 500 miliona godina[19] ili 2009. godine za izotop 292122 sa vremenom poluraspada od preko 100 miliona godina;[20] ipak, niti jedna tvdnja do danas nije prihvaćena.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b c d e f g h i j Haire, Richard G. (2006). "Transactinides and the future elements". u Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3 iz.). Dordrecht, Holandija: Springer Science+Business Media. ISBN 1-4020-3555-1. 
  2. ^ "Chemical Data. Dubnium - Db". Kraljevsko hemijsko društvo. Pristupljeno 18. 2. 2018. 
  3. ^ a b c Östlin, A.; Vitos, L. (2011). "First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals". Physical Review B 84 (11). doi:10.1103/PhysRevB.84.113104. 
  4. ^ a b Fricke, Burkhard (1975). "Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties". Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry 21: 89–144. doi:10.1007/BFb0116498. 
  5. ^ a b c "Six New Isotopes of the Superheavy Elements Discovered". Berkeley Lab. News center. Pristupljeno 26. 10. 2010. 
  6. ^ EU ovaj element još uvijek nije stavila na spisak opasnih elemenata, međutim trenutno nije moguće pronaći pouzdani izvor ili literaturu o opasnim svojstvima ove supstance. Radioaktivnost ne spada u opasna svojstva koja se ovdje navode.
  7. ^ Choppin G. R.; Liljenzin J.-O.; Rydberg J. (2002). Radiochemistry and Nuclear Chemistry. Elsevier. str. 416. ISBN 978-0-7506-7463-8. 
  8. ^ Hoffman, D. C. (1996). The Transuranium Elements: From Neptunium and Plutonium to Element 112 (Report). Lawrence Livermore National Laboratory. Pristupljeno 14. 10. 2017. 
  9. ^ a b c d e f g h "Discovery of the Transfermium elements". Pure and Applied Chemistry 65 (8). 1993. doi:10.1351/pac199365081757. Pristupljeno 7. 9. 2016. 
  10. ^ Fontani M.; Costa M.; Orna M. V. (1. 10. 2014). The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press. str. 386. ISBN 978-0-19-938335-1. 
  11. ^ Hoffmann K. (1987). Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов (jezik: ruski). Nauka. str. 180–181.  Prevod od: Hoffmann K. (1979). Kann man Gold machen? Gauner, Gaukler und Gelehrte. Aus der Geschichte der chemischen Elemente [Može li neko napraviti zlato? Prevaranti, žongleri i naučnici. Iz historije hemijskih elemenata] (jezik: njemački). Urania. 
  12. ^ a b c d "Responses on the report 'Discovery of the Transfermium elements' followed by reply to the responses by Transfermium Working Group". Pure and Applied Chemistry 65 (8): 1815–1824. 1993. doi:10.1351/pac199365081815. Pristupljeno 7. 9. 2016. 
  13. ^ Robinson A. (2017). "An Attempt to Solve the Controversies Over Elements 104 and 105: A Meeting in Russia, 23 September 1975". Bulletin of the American Physical Society 62 (1). Pristupljeno 14. 10. 2017. 
  14. ^ Öhrström L.; Holden N. E. (2016). "The Three-letter Element Symbols:". Chemistry International 38 (2). ISSN 1365-2192. doi:10.1515/ci-2016-0204. 
  15. ^ Bera J. K. (1999). "Names of the Heavier Elements". Resonance 4 (3). doi:10.1007/BF02838724. 
  16. ^ Hoffman D. C.; Ghiorso A.; Seaborg G. T. (2000). The Transuranium People: The Inside Story. Imperial College Press. str. 369–399. ISBN 978-1-86094-087-3. 
  17. ^ "Names and symbols of transfermium elements (IUPAC Recommendations 1997)". Pure and Applied Chemistry 69 (12): 2471. 1997. doi:10.1351/pac199769122471. 
  18. ^ G. Audi; F. G. Kondev; M. Wang; B. Pfeiffer et al. (2012). "The NUBASE2012 evaluation of nuclear properties". Chinese Physics C 36 (12): 1157–1286. Bibcode:2012ChPhC..36....1A. doi:10.1088/1674-1137/36/12/001. 
  19. ^ Emsley J. (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (novo iz.). New York, NY: Oxford University Press. str. 215–217. ISBN 978-0-19-960563-7. 
  20. ^ A. Marinov; I. Rodushkin; D. Kolb; A. Pape et al. (2008). Evidence for a long-lived superheavy nucleus with atomic mass number A=292 and atomic number Z=~122 in natural Th. Bibcode:2010IJMPE..19..131M. arXiv:0804.3869. doi:10.1142/S0218301310014662. 
  21. ^ Karpov A. V.; Zagrebaev V. I.; Palenzuela Y. M.; Greiner W. (2013). "Superheavy Nuclei: Decay and Stability". Exciting Interdisciplinary Physics. FIAS Interdisciplinary Science Series. str. 69. ISBN 978-3-319-00046-6. doi:10.1007/978-3-319-00047-3_6. 
  22. ^ Botvina Al.; Mishustin I.; Zagrebaev V.; Greiner W. (2010). "Possibility of synthesizing superheavy elements in nuclear explosions". International Journal of Modern Physics E 19 (10): 2063–2075. Bibcode:2010IJMPE..19.2063B. ISSN 0218-3013. arXiv:1006.4738. doi:10.1142/S0218301310016521. 

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]