Meitnerium

Extern video
Extern video
	Visualisering av misslyckad kärnfusion, baserad på beräkningar av Australian National University

Meitnerium, ₁₀₉ Mt
Meitnerium
Uttal	; / m aɪ t ˈ n ɪər i ə m / ( myte- NEER -ee-əm ) ; ; / ˈ m aɪ t n ər i ə m / ( MYTE -nər-ee-əm ) ;
Massnummer	[278] (obekräftad: 282)
Meitnerium i det periodiska systemet
	hassium ← meitnerium → darmstadtium
Atomnummer ( Z )	109
Grupp	grupp 9
Period	period 7
Blockera	d-block
Elektronkonfiguration	[ Rn ] 5f 14 6d 7 7s 2 (förutspått)
Elektroner per skal	2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (förutspått)
Fysikaliska egenskaper
Fas vid STP	solid (förutspådd)
Densitet (nära rt )	27–28 g/cm 3 (förutspått)
Atomegenskaper
Oxidationstillstånd	( +1 ), ( +3 ), (+4), ( +6 ), (+8), (+9) (förutspått)
Joniseringsenergier	1:a: 800 kJ/mol; 2:a: 1820 kJ/mol; 3:a: 2900 kJ/mol; ( mer ) (alla uppskattade) ;
Atom radie	empirisk: 128 pm (förutspått)
Kovalent radie	129 pm (uppskattad)
Övriga fastigheter
Naturlig förekomst	syntetisk
Kristallstruktur	; <a i=0>ansiktscentrerad kubik (fcc) (förutspådd)
Magnetisk beställning	paramagnetisk (förutspådd)
CAS-nummer	54038-01-6
Historia
Namngivning	efter Lise Meitner
Upptäckt	Gesellschaft für Schwerionenforschung (1982)
Isotoper av meitnerium
	; Kategori: Meitnerium \| referenser

Meitnerium är ett syntetiskt kemiskt grundämne med symbolen Mt och atomnummer 109. Det är ett extremt radioaktivt syntetiskt grundämne (ett grundämne som inte finns i naturen, men som kan skapas i ett laboratorium). Den mest stabila kända isotopen, meitnerium-278, har en halveringstid på 4,5 sekunder, även om den obekräftade meitnerium-282 kan ha en längre halveringstid på 67 sekunder. GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research nära Darmstadt , Tyskland, skapade detta element först 1982. Det är uppkallat efter Lise Meitner .

I det periodiska systemet är meitnerium ett d-block transaktinidelement . Det är en medlem av den 7:e perioden och är placerad i element i grupp 9 , även om inga kemiska experiment ännu har utförts för att bekräfta att det beter sig som den tyngre homologen till iridium i grupp 9 som den sjunde medlemmen i 6d-serien av övergång . metaller . Meitnerium beräknas ha liknande egenskaper som dess lättare homologer, kobolt , rodium och iridium.

Introduktion

En grafisk skildring av en kärnfusionsreaktion . Två kärnor smälter samman till en och avger en neutron . Hittills var reaktioner som skapade nya grundämnen lika, med den enda möjliga skillnaden att flera singulära neutroner ibland släpptes, eller inga alls.

De tyngsta atomkärnorna skapas i kärnreaktioner som kombinerar två andra kärnor av olika storlek till en; ungefär, ju mer ojämlika de två kärnorna i termer av massa, desto större är möjligheten att de två reagerar. Materialet som görs av de tyngre kärnorna görs till ett mål, som sedan bombarderas av strålen från lättare kärnor. Två kärnor kan smälta samman till en endast om de närmar sig varandra tillräckligt nära; normalt stöter kärnor (alla positivt laddade) bort varandra på grund av elektrostatisk repulsion . Den starka interaktionen kan övervinna denna repulsion men bara inom ett mycket kort avstånd från en kärna; strålkärnor accelereras således kraftigt för att göra sådan repulsion obetydlig jämfört med strålkärnans hastighet. Att enbart komma nära räcker inte för att två kärnor ska smälta samman: när två kärnor närmar sig varandra förblir de vanligtvis tillsammans i ungefär 10–20 ^sekunder och sedan skiljer sig åt (inte nödvändigtvis i samma sammansättning som före reaktionen) snarare än att bilda en enda kärna. Om fusion inträffar är den tillfälliga sammanslagningen – kallad en sammansatt kärna – ett exciterat tillstånd . För att förlora sin excitationsenergi och nå ett mer stabilt tillstånd, klyvs en sammansatt kärna antingen eller stöter ut en eller flera neutroner , som för bort energin. Detta inträffar cirka 10–16 ^sekunder efter den första kollisionen.

Strålen passerar genom målet och når nästa kammare, separatorn; om en ny kärna produceras, bärs den med denna stråle. I separatorn separeras den nyproducerade kärnan från andra nuklider (den från den ursprungliga strålen och alla andra reaktionsprodukter) och överförs till en ytbarriärdetektor, som stoppar kärnan. Den exakta platsen för den kommande stöten på detektorn är markerad; också markerade är dess energi och tidpunkten för ankomst. Överföringen tar cirka 10 ⁻⁶ sekunder; för att kunna upptäckas måste kärnan överleva så länge. Kärnan registreras igen när dess sönderfall har registrerats, och platsen, energin och tiden för sönderfallet mäts.

Stabiliteten hos en kärna tillhandahålls av den starka interaktionen. Dess räckvidd är dock mycket kort; försvagas deras inflytande på de yttersta nukleonerna ( protoner och neutroner). Samtidigt slits kärnan sönder av elektrostatisk repulsion mellan protoner, eftersom den har obegränsad räckvidd. Kärnor i de tyngsta grundämnena är således teoretiskt förutsägda och har hittills observerats att i första hand sönderfalla via sönderfallssätt som orsakas av sådan repulsion: alfa-sönderfall och spontan fission ; dessa lägen är dominerande för kärnor av supertunga element . Alfa-sönderfall registreras av de emitterade alfapartiklarna , och sönderfallsprodukterna är lätta att bestämma före själva sönderfallet; om ett sådant sönderfall eller en serie av på varandra följande sönderfall ger en känd kärna, kan den ursprungliga produkten av en reaktion bestämmas aritmetiskt. Spontan fission producerar emellertid olika kärnor som produkter, så den ursprungliga nukliden kan inte bestämmas från dess döttrar.

Den information som är tillgänglig för fysiker som syftar till att syntetisera ett av de tyngsta elementen är således informationen som samlas in vid detektorerna: plats, energi och tidpunkt för ankomsten av en partikel till detektorn, och de för dess sönderfall. Fysikerna analyserar dessa data och försöker dra slutsatsen att de verkligen orsakades av ett nytt element och inte kunde ha orsakats av en annan nuklid än den som hävdades. Ofta är förutsatt data otillräcklig för att dra slutsatsen att ett nytt element definitivt skapades och det finns ingen annan förklaring till de observerade effekterna; fel vid tolkning av data har gjorts.

Historia

Meitnerium fick sitt namn efter fysikern Lise Meitner , en av upptäckarna av kärnklyvning.

Upptäckt

Meitnerium syntetiserades första gången den 29 augusti 1982 av en tysk forskargrupp ledd av Peter Armbruster och Gottfried Münzenberg vid Institutet för tungjonforskning ( Gesellschaft für Schwerionenforschung) i Darmstadt . Teamet bombarderade ett mål av vismut-209 med accelererade kärnor av järn -58 och upptäckte en enda atom av isotopen meitnerium-266:

²⁰⁹₈₃ Bi
+
⁵⁸₂₆ Fe
→
²⁶⁶₁₀₉ Mt
+
n

Detta arbete bekräftades tre år senare vid Joint Institute for Nuclear Research i Dubna (då i Sovjetunionen ).

Namngivning

Genom att använda ekairidium Mendeleevs nomenklatur för icke namngivna och oupptäckta grundämnen, borde meitnerium vara känt som . 1979, under transfermiumkrigen (men före syntesen av meitnerium), publicerade IUPAC rekommendationer enligt vilka grundämnet skulle kallas unnilennium (med motsvarande symbol för Une ), ett systematiskt elementnamn som platshållare , tills grundämnet var upptäcktes (och upptäckten bekräftades sedan) och ett permanent namn beslutades om. Även om rekommendationerna användes allmänt i det kemiska samhället på alla nivåer, från kemiklassrum till avancerade läroböcker, ignorerades rekommendationerna mest bland forskare på området, som antingen kallade det "element 109", med symbolen E109 , (109) eller till och med helt enkelt 109 , eller använde det föreslagna namnet "meitnerium".

Namnet på meitnerium diskuterades i ämnets namnkontrovers angående namnen på elementen 104 till 109, men meitnerium var det enda förslaget och var därför aldrig ifrågasatt. Namnet meitnerium (Mt) föreslogs av GSI-teamet i september 1992 för att hedra den österrikiska fysikern Lise Meitner , en medupptäckare av protactinium (med Otto Hahn ), och en av upptäckarna av kärnklyvning . 1994 rekommenderades namnet av IUPAC och antogs officiellt 1997. Det är alltså det enda elementet som är specifikt uppkallat efter en icke-mytologisk kvinna ( kurium är uppkallat efter både Pierre och Marie Curie ).

Isotoper

Meitnerium har inga stabila eller naturligt förekommande isotoper. Flera radioaktiva isotoper har syntetiserats i laboratoriet, antingen genom att två atomer smälts samman eller genom att observera sönderfallet av tyngre grundämnen. Åtta olika isotoper av meitnerium har rapporterats med massnummer 266, 268, 270 och 274–278, varav två, meitnerium-268 och meitnerium-270, har obekräftade metastabila tillstånd . En nionde isotop med massnummer 282 är obekräftad. De flesta av dessa sönderfaller övervägande genom alfasönderfall, även om vissa genomgår spontan fission.

Stabilitet och halveringstider

Lista över meitneriumisotoper
Isotop	Halveringstid		Förfallsläge _	Upptäcktsår _	Upptäcktsreaktion _
Isotop	Värde	ref	Förfallsläge _	Upptäcktsår _	Upptäcktsreaktion _
²⁶⁶ Mt	1,2 ms		a, SF	1982	²⁰⁹ Bi( ⁵⁸ Fe,n)
²⁶⁸ Mt	27 ms		α	1994	²⁷² Rg(—,α)
²⁷⁰ Mt	6,3 ms		α	2004	²⁷⁸ Nh(—,2α)
²⁷⁴ Mt	640 ms		α	2006	²⁸² Nh(—,2α)
²⁷⁵ Mt	20 ms		α	2003	²⁸⁷ Mc(—,3α)
²⁷⁶ Mt	620 ms		α	2003	²⁸⁸ Mc(—,3α)
²⁷⁷ Mt	5 ms		SF	2012	²⁹³ Ts(—,4α)
²⁷⁸ Mt	4,5 s		α	2010	²⁹⁴ Ts(—,4α)
²⁸² Mt	1,1 min		α	1998	²⁹⁰ Fl(e ⁻ ,ν _e 2α)

Alla meitneriumisotoper är extremt instabila och radioaktiva; i allmänhet är tyngre isotoper mer stabila än de lättare. Den mest stabila kända meitneriumisotopen, ²⁷⁸ Mt, är också den tyngsta kända; den har en halveringstid på 4,5 sekunder. Den obekräftade ²⁸² Mt är ännu tyngre och verkar ha en längre halveringstid på 67 sekunder. Isotoperna ²⁷⁶ Mt och ²⁷⁴ Mt har halveringstider på 0,62 respektive 0,64 sekunder. De återstående fem isotoper har halveringstider mellan 1 och 20 millisekunder.

Isotopen ²⁷⁷ Mt, skapad som den slutliga sönderfallsprodukten av ²⁹³ Ts för första gången 2012, observerades genomgå spontan fission med en halveringstid på 5 millisekunder. Preliminär dataanalys övervägde möjligheten att denna klyvningshändelse istället härrörde från ²⁷⁷ Hs, för den har också en halveringstid på några millisekunder och kan befolkas efter oupptäckt elektronfångst någonstans längs sönderfallskedjan. Denna möjlighet bedömdes senare som mycket osannolik baserat på observerade sönderfallsenergier på ²⁸¹ Ds och ²⁸¹ Rg och den korta halveringstiden på ²⁷⁷ Mt, även om det fortfarande finns en viss osäkerhet kring tilldelningen. Oavsett vilket tyder den snabba klyvningen på ²⁷⁷ Mt och ²⁷⁷ Hs starkt på en region av instabilitet för supertunga kärnor med N = 168–170. Förekomsten av denna region, som kännetecknas av en minskning av klyvningsbarriärhöjden mellan den deformerade skalförslutningen vid N = 162 och sfärisk skalförslutning vid N = 184, överensstämmer med teoretiska modeller.

Förutspådda egenskaper

Förutom nukleära egenskaper har inga egenskaper hos meitnerium eller dess föreningar uppmätts; detta beror på dess extremt begränsade och dyra produktion och det faktum att meitnerium och dess föräldrar förfaller mycket snabbt. Egenskaper för meitneriummetall är fortfarande okända och endast förutsägelser är tillgängliga.

Kemisk

Meitnerium är den sjunde medlemmen i 6d-serien av övergångsmetaller och borde vara ungefär som metallerna i platinagruppen . Beräkningar på dess joniseringspotentialer och atomära och joniska radier liknar den för dess lättare homolog iridium , vilket antyder att meitneriums grundläggande egenskaper kommer att likna de för de andra elementen i grupp 9 , kobolt , rhodium och iridium.

Förutsägelse av de troliga kemiska egenskaperna hos meitnerium har inte fått mycket uppmärksamhet nyligen. Meitnerium förväntas vara en ädel metall . Standardelektrodpotentialen för Mt ³⁺ /Mt-paret förväntas vara 0,8 V. Baserat på de mest stabila oxidationstillstånden för de lättare grupp 9 elementen, förutsägs de mest stabila oxidationstillstånden för meitnerium vara +6, +3 , och +1-tillstånd, där +3-tillståndet är det mest stabila i vattenhaltiga lösningar . Som jämförelse visar rodium och iridium ett maximalt oxidationstillstånd på +6, medan de mest stabila tillstånden är +4 och +3 för iridium och +3 för rodium. Oxidationstillståndet +9, representerat endast av iridium i [IrO ₄ ] ⁺ , kan vara möjligt för dess kongener meitnerium i nonafluoriden (MtF ₉ ) och [MtO ₄ ] ⁺ katjonen, även om [IrO ₄ ] ⁺ förväntas vara mer stabila än dessa meitneriumföreningar. Tetrahaliderna av meitnerium har också förutspåtts ha liknande stabiliteter som iridium, vilket också tillåter ett stabilt +4-tillstånd. Det förväntas vidare att de maximala oxidationstillstånden för grundämnen från bohrium (element 107) till darmstadtium (element 110) kan vara stabila i gasfasen men inte i vattenlösning.

Fysiska och atomära

Meitnerium förväntas vara ett fast ämne under normala förhållanden och anta en ansiktscentrerad kubisk kristallstruktur , på samma sätt som dess lättare iridium . Det bör vara en mycket tung metall med en densitet på cirka 27–28 g/cm ³ , vilket skulle vara bland de högsta av något av de 118 kända grundämnena. Meitnerium förutspås också vara paramagnetiskt .

Teoretiker har förutspått den kovalenta radien för meitnerium att vara 6 till 10 pm större än den för iridium. Atomradien för meitnerium förväntas vara cirka 128 pm.

Experimentell kemi

Meitnerium är det första grundämnet i det periodiska systemet vars kemi ännu inte har undersökts. Entydig bestämning av de kemiska egenskaperna hos meitnerium har ännu inte fastställts på grund av de korta halveringstiderna för meitneriumisotoper och ett begränsat antal troliga flyktiga föreningar som skulle kunna studeras i mycket liten skala. En av de få meitneriumföreningar som sannolikt är tillräckligt flyktiga är meitneriumhexafluorid ( MtF
₆ ), eftersom dess lättare homolog iridiumhexafluorid ( IrF
₆ ) är flyktig över 60 °C och därför kan den analoga föreningen av meitnerium också vara tillräckligt flyktig; en flyktig oktafluorid ( MtF
₈ ) kan också vara möjlig. För att kemiska studier ska kunna utföras på en transaktinid måste minst fyra atomer produceras, halveringstiden för den använda isotopen måste vara minst 1 sekund och produktionshastigheten måste vara minst en atom per vecka. Även om halveringstiden för ²⁷⁸ Mt, den mest stabila bekräftade meitneriumisotopen, är 4,5 sekunder, tillräckligt lång för att utföra kemiska studier, är ett annat hinder behovet av att öka produktionshastigheten för meitneriumisotoper och låta experiment pågå i veckor eller månader så att statistiskt signifikanta resultat kan erhållas. Separation och detektion måste utföras kontinuerligt för att separera meitneriumisotoperna och ha automatiserade systemexperiment på gasfas- och lösningskemin hos meitnerium, eftersom utbytena för tyngre grundämnen förutspås vara mindre än för lättare grundämnen; några av de separationstekniker som används för bohrium och hassium skulle kunna återanvändas. Den experimentella kemin av meitnerium har dock inte fått lika mycket uppmärksamhet som den för de tyngre grundämnena från copernicium till livermorium .

Lawrence Berkeley National Laboratory försökte syntetisera isotopen ²⁷¹ Mt 2002–2003 för en möjlig kemisk undersökning av meitnerium, eftersom det förväntades att det skulle vara mer stabilt än närliggande isotoper på grund av att det hade 162 neutroner , ett magiskt tal för deformerade kärnor; dess halveringstid förutspåddes vara några sekunder, tillräckligt lång för en kemisk undersökning. upptäcktes inga atomer på ^{271 Mt;} denna isotop av meitnerium är för närvarande okänd.

jämfördes hassiumtetroxid (HsO 4 ) med det _analoga osmiumet förening, osmiumtetroxid (OsO ₄ ). I ett preliminärt steg mot att bestämma meitneriums kemiska egenskaper, försökte GSI sublimering av rodiumföreningarna rodium(III)oxid (Rh ₂ O ₃ ) och rodium(III) klorid (RhCl ₃ ). Makroskopiska mängder av oxiden skulle dock inte sublimeras förrän 1000 °C och kloriden inte förrän 780 °C, och då endast i närvaro av kolaerosolpartiklar: dessa temperaturer är alldeles för höga för att sådana procedurer ska kunna användas på meitnerium, eftersom de flesta av de nuvarande metoderna som används för att undersöka supertunga grundämnens kemi inte fungerar över 500 °C.

Efter den framgångsrika syntesen 2014 av seaborgiumhexakarbonyl, Sg(CO) ₆ , genomfördes studier med de stabila övergångsmetallerna i grupperna 7 till 9, vilket tyder på att karbonylbildningen skulle kunna utökas för att ytterligare undersöka kemin hos de tidiga 6d-övergångsmetallerna från rutherfordium till meitnerium inklusive. Ändå gör utmaningarna med låga halveringstider och svåra produktionsreaktioner meitnerium svårt att komma åt för radiokemister, även om isotoperna ²⁷⁸ Mt och ²⁷⁶ Mt är tillräckligt långlivade för kemisk forskning och kan produceras i sönderfallskedjorna av ²⁹⁴ Ts och ²⁸⁸ Mc respektive. ²⁷⁶ Mt är sannolikt mer lämpligt, eftersom att producera tennessine kräver ett sällsynt och ganska kortlivat berkeliummål . Isotopen ²⁷⁰ Mt, observerad i sönderfallskedjan på ²⁷⁸ Nh med en halveringstid på 0,69 sekunder, kan också vara tillräckligt långlivad för kemiska undersökningar, men en direkt syntesväg som leder till denna isotop och mer exakta mätningar av dess sönderfallsegenskaper. skulle krävas.

Anteckningar

Bibliografi

Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; et al. (2017). "NUBASE2016-utvärderingen av kärntekniska egenskaper". Kinesisk fysik C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
Beiser, A. (2003). Concepts of modern physics (6:e upplagan). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-244848-1 . OCLC 48965418 .
Hoffman, DC ; Ghiorso, A .; Seaborg, GT (2000). The Transuranium People: The Inside Story . World Scientific . ISBN 978-1-78-326244-1 .
Kragh, H. (2018). From Transuranic to Superheavy Elements: A Story of Dispute and Creation . Springer . ISBN 978-3-319-75813-8 .
Zagrebaev, V.; Karpov, A.; Greiner, W. (2013). "Framtiden för forskning om supertunga element: Vilka kärnor kan syntetiseras inom de närmaste åren?". Journal of Physics: Conference Series . 420 (1): 012001. arXiv : 1207.5700 . Bibcode : 2013JPhCS.420a2001Z . doi : 10.1088/1742-6596/420/1/012001 . ISSN 1742-6588 . S2CID 55434734 .

externa länkar

Media relaterade till Meitnerium på Wikimedia Commons
Meitnerium vid The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)