Tennessine | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Произношение | / Т ɛ п ɪ ы я п / [1] ( ТЕС -ə видел ) | |||||||||||||||
Появление | полуметаллический (прогнозируемый) [2] | |||||||||||||||
Массовое число | [294] | |||||||||||||||
Теннессин в периодической таблице | ||||||||||||||||
Атомный номер ( Z ) | 117 | |||||||||||||||
Группа | группа 17 (галогены) | |||||||||||||||
Период | период 7 | |||||||||||||||
Блокировать | p-блок | |||||||||||||||
Электронная конфигурация | [ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 5 (прогноз) [3] | |||||||||||||||
Электронов на оболочку | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 (прогноз) | |||||||||||||||
Физические свойства | ||||||||||||||||
Фаза на СТП | твердый (прогнозируемый) [3] [4] | |||||||||||||||
Температура плавления | 623–823 К (350–550 ° C, 662–1022 ° F) (прогноз) [3] | |||||||||||||||
Точка кипения | 883 K (610 ° C, 1130 ° F) (прогноз) [3] | |||||||||||||||
Плотность (около rt ) | 7,1–7,3 г / см 3 (экстраполировано) [4] | |||||||||||||||
Атомные свойства | ||||||||||||||||
Состояния окисления | (−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (прогнозируется) [2] [3] | |||||||||||||||
Энергии ионизации |
| |||||||||||||||
Радиус атома | эмпирический: 138 часов (прогноз) [4] | |||||||||||||||
Ковалентный радиус | 156–157 часов (экстраполировано) [4] | |||||||||||||||
Прочие свойства | ||||||||||||||||
Естественное явление | синтетический | |||||||||||||||
Количество CAS | 54101-14-3 | |||||||||||||||
История | ||||||||||||||||
Именование | после региона Теннесси | |||||||||||||||
Открытие | Объединенный институт ядерных исследований , Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса , Университет Вандербильта и Окриджская национальная лаборатория (2009 г.) | |||||||||||||||
Основные изотопы теннессина | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
Tennessine является синтетическим химическим элементом с символом Ts и атомным номером 117. Это второй тяжелым известный элемент , а предпоследний элемент 7 - го периода в периодической таблице .
Об открытии теннессина было официально объявлено в Дубне , Россия, российско-американским сотрудничеством в апреле 2010 года, что делает его самым недавно обнаруженным элементом на 2021 год [update]. Один из его дочерних изотопов был создан непосредственно в 2011 году, частично подтвердив результаты эксперимента. Эксперимент был повторен сам успешно одним и тем же сотрудничество в 2012 году и совместной немецко-американской команды в мае 2014 г. В декабре 2015 года Совместная рабочая группа из Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) и Международный союз теоретической и прикладная физика, который оценивает заявления об открытии новых элементов, распознал элемент и присвоил приоритет российско-американской команде. В июне 2016 года ИЮПАК опубликовал заявление, в котором говорилось, что первооткрыватели предложили название теннессин в честь Теннесси , США, название, которое было официально принято в ноябре 2016 года. [A]
Теннесин может быть расположен на « острове стабильности », концепция, которая объясняет, почему некоторые сверхтяжелые элементы более стабильны по сравнению с общей тенденцией к снижению стабильности для элементов, помимо висмута в периодической таблице. Синтезированные атомы теннесина длились десятки и сотни миллисекунд . Ожидается, что в периодической таблице теннессин будет членом группы 17, все остальные члены которой являются галогенами . [b] Некоторые из его свойств могут значительно отличаться от свойств галогенов из-за релятивистских эффектов . В результате ожидается, что теннессин будет летучим металлом, который не образует анионов и не достигает высоких значений.состояния окисления . Тем не менее ожидается, что некоторые ключевые свойства, такие как точки плавления и кипения и первая энергия ионизации , будут соответствовать периодическим тенденциям изменения галогенов.
Внешнее видео | |
---|---|
Визуализация неудачного ядерного синтеза, основанная на расчетах Австралийского национального университета [9] |
Самые тяжелые атомные ядра [c] образуются в ядерных реакциях, которые объединяют два других ядра неравного размера [d] в одно; грубо говоря, чем более неравны два ядра по массе, тем больше вероятность того, что они вступят в реакцию. [15] Материал, состоящий из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которая затем бомбардируется пучком более легких ядер. Два ядра могут сливаться в одно только в том случае, если они достаточно близко подходят друг к другу; Обычно ядра (все положительно заряженные) отталкиваются друг от друга из-за электростатического отталкивания . Сильное взаимодействиеможет преодолеть это отталкивание, но только на очень коротком расстоянии от ядра; Таким образом, ядра пучка сильно ускоряются , чтобы сделать такое отталкивание незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка. [16] сближаясь сама по себе не достаточно для двух ядер к предохранителя: когда два ядра приближаются друг к другу, они обычно остаются вместе в течение приблизительно 10 -20 секунд , а затем разделить пути (не обязательно в одной и той же композиции , как и до реакции) , а не образуют единое ядро. [16] [17] Если синтез действительно происходит, временное слияние, называемое составным ядром , является возбужденным состоянием.. Чтобы потерять свою энергию возбуждения и достичь более стабильного состояния, составное ядро либо делится, либо выбрасывает один или несколько нейтронов , [e] которые уносят энергию. Это происходит примерно через 10 -16 секунд после первоначального столкновения. [18] [f]
Луч проходит через цель и достигает следующей камеры - сепаратора; если новое ядро произведено, оно переносится этим лучом. [21] В сепараторе вновь образованное ядро отделяется от других нуклидов (от исходного пучка и любых других продуктов реакции) [g] и переносится на детектор с поверхностным барьером , который останавливает ядро. Отмечается точное место предстоящего удара о детектор; также отмечена его энергия и время прибытия. [21] Передача занимает около 10 -6 секунд; Чтобы ядро было обнаружено, оно должно выжить так долго. [24] Ядро записывается снова, как только регистрируется его распад, и местоположение, энергия, и время затухания. [21]
Устойчивость ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его диапазон очень мал; по мере того, как ядра становятся больше, его влияние на самые удаленные нуклоны ( протоны и нейтроны) ослабевает. В то же время ядро разрывается электростатическим отталкиванием между протонами, так как оно имеет неограниченный радиус действия. [25] Ядра самых тяжелых элементов, таким образом, теоретически предсказаны [26] и до сих пор наблюдались [27], в основном распадаются через моды распада, которые вызваны таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление ; [h] эти моды преобладают для ядер сверхтяжелых элементов.. Альфа-распад регистрируется испускаемыми альфа-частицами , и продукты распада легко определить до фактического распада; если такой распад или серия последовательных распадов дает известное ядро, исходный продукт реакции можно определить арифметически. [i] Самопроизвольное деление, однако, приводит к образованию различных ядер в качестве продуктов, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним элементам. [j]
Таким образом, информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать один из самых тяжелых элементов, - это информация, собранная в детекторах: местоположение, энергия и время прибытия частицы к детектору, а также данные о ее распаде. Физики анализируют эти данные и пытаются сделать вывод, что это действительно было вызвано новым элементом и не могло быть вызвано другим нуклидом, чем заявленный. Часто предоставленных данных недостаточно для вывода о том, что новый элемент определенно был создан, и нет другого объяснения наблюдаемых эффектов; были допущены ошибки в интерпретации данных. [k]
В декабре 2004 г. группа Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне , Московская область , Россия, предложила совместный эксперимент с Национальной лабораторией Ок-Ридж (ORNL) в Ок-Ридже , штат Теннесси , США, для синтеза элемента 117 - так что вызвал 117 протонов в его ядре . Их предложение включало слияние мишени из беркелия (элемент 97) и луча из кальция (элемент 20), проводимое путем бомбардировки мишени из беркелия ядрами кальция: [39]это завершило бы серию экспериментов, проведенных в ОИЯИ по слиянию актинидных мишеней с пучком кальция-48, в результате чего были получены новые элементы 113 - 116 и 118 . ORNL - тогда единственный производитель берклия в мире - не мог предоставить этот элемент, поскольку они временно прекратили производство [39], и возобновление его производства было бы слишком дорогостоящим. [40] Планы по синтезу элемента 117 были приостановлены в пользу подтверждения элемента 118, который был произведен ранее в 2002 году путем бомбардировки калифорнийской мишени кальцием. [41]Требуемый берклий-249 является побочным продуктом при производстве калифорния-252, и получение необходимого количества берклия было еще более сложной задачей, чем получение калифорния, а также дорогостоящей: это стоило бы около 3,5 миллионов долларов, а Стороны договорились дождаться коммерческого заказа на производство калифорния, из которого можно будет извлечь берклий. [40] [42]
Команда ОИЯИ стремилась использовать берклий, потому что кальций-48 , изотоп кальция, используемый в пучке, имеет 20 протонов и 28 нейтронов, что составляет нейтронно-протонное отношение 1,4; и это самое легкое стабильное или почти стабильное ядро с таким большим нейтронным избытком. Второе по легкости такое ядро, палладий-110 (46 протонов, 64 нейтрона, нейтронно-протонное отношение 1,391), намного тяжелее. Ожидается, что из-за избытка нейтронов полученные ядра будут тяжелее и ближе к искомому острову стабильности . [1] Из запланированных 117 протонов у кальция есть 20, и поэтому им нужно было использовать берклий, у которого в ядре 97 протонов. [43]
В феврале 2005 г. руководитель коллектива ОИЯИ Юрий Оганесян выступил с коллоквиумом в ORNL. Также присутствовали представители Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, которые ранее работали с ОИЯИ над открытием элементов 113–116 и 118, и Джозеф Гамильтон из Университета Вандербильта , сотрудник Oganessian. [45]
Гамильтон проверил, производит ли высокопоточный реактор ORNL калифорний для коммерческого заказа: требуемый берклий может быть получен в качестве побочного продукта. Он узнал, что это не так, и не ожидал такого приказа в ближайшем будущем. Гамильтон продолжал следить за ситуацией, время от времени проверяя. (Позже Оганесян назвал Гамильтона «отцом 117 человек» за эту работу.) [45]
ORNL возобновил добычу калифорния весной 2008 года. Гамильтон отметил возобновление добычи летом и заключил сделку по последующей добыче берклия [46] (цена составляла около 600 000 долларов). [15] Во время симпозиума в сентябре 2008 года в Университете Вандербильта в Нэшвилле , штат Теннесси, где ему исполнилось 50 лет на физическом факультете, он познакомил Оганесяна с Джеймсом Роберто (в то время заместителем директора по науке и технологиям в ORNL). [47] Они установили сотрудничество между ОИЯИ, ORNL и Вандербильтом; [42] команда Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в Ливерморе , Калифорния., США, вскоре был приглашен присоединиться. [48]
В ноябре 2008 года Министерство энергетики США , которое контролировало реактор в Ок-Ридже , разрешило научное использование извлеченного берклия. [48] Производство длилось 250 дней и закончилось в конце декабря 2008 года [49], в результате было получено 22 миллиграмма берклия, достаточно для проведения эксперимента. [50] В январе 2009 года берклий был удален из реактора изотопов с высоким потоком ORNL; [48] впоследствии его охлаждали в течение 90 дней, а затем обрабатывали в Центре радиохимической инженерии и разработок ORNL для отделения и очистки материала берклия, на что потребовалось еще 90 дней. [42] Его период полураспадасоставляет всего 330 дней: по прошествии этого времени половина произведенного берклия распалась . Из-за этого берклиевую мишень пришлось быстро перевезти в Россию; Чтобы эксперимент был жизнеспособным, он должен был быть завершен в течение шести месяцев после его отъезда из Соединенных Штатов. [42] Мишень была упакована в пять свинцовых контейнеров для перевозки из Нью-Йорка в Москву. [42]
Российские таможенники дважды отказывали в допуске объекта в страну из-за отсутствия или неполного оформления документов. За несколько дней цель пять раз пересекла Атлантический океан. [42] По прибытию в России в июне 2009 года беркелий был немедленно переведен в научно - исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде , Ульяновская область , где он был депонирован в качестве 300- нанометрового -thin слоя на титановую пленке. [49] В июле 2009 г. он был доставлен в Дубну [49], где был установлен в ускорителе элементарных частиц в ОИЯИ. [50]Луч кальция-48 был получен путем химического извлечения небольших количеств кальция-48, присутствующего в кальции природного происхождения, с обогащением его в 500 раз. [ Править ] Эта работа была сделана в закрытом городе в Лесном , Свердловской области , России. [48]
Эксперимент начался в конце июля 2009 года. [48] В январе 2010 года ученые Лаборатории ядерных реакций им. Флерова объявили внутри компании, что они обнаружили распад нового элемента с атомным номером 117 через две цепочки распада: одну из нечетно-нечетных. изотоп претерпевает 6 альфа-распадов перед спонтанным делением , и один из нечетно-четных изотопов претерпевает 3 альфа-распада перед делением. [51] Полученные данные эксперимента были отправлены в LLNL для дальнейшего анализа. [52] 9 апреля 2010 года в журнале Physical Review Letters был опубликован официальный отчет.идентифицируя изотопы как 294 117 и 293 117, которые, как было показано, имеют период полураспада порядка десятков или сотен миллисекунд . Работа была подписана всеми сторонами, участвовавшими в эксперименте в той или иной степени: ОИЯИ, ORNL, LLNL, RIAR, Вандербильт, Университетом Теннесси ( Ноксвилл , Теннесси , США) и Университетом Невады ( Лас-Вегас , Невада , США). , который обеспечил поддержку анализа данных. [53] Изотопы были образованы следующим образом: [54] [m]
Все дочерние изотопы (продукты распада) элемента 117 ранее были неизвестны; [54] поэтому их свойства не могут быть использованы для подтверждения заявления об открытии. В 2011 году, когда один из продуктов распада ( 289 115) был синтезирован напрямую, его свойства соответствовали тем, которые были измерены в заявленном косвенном синтезе при распаде элемента 117. [55] Первооткрыватели не представили претензии в отношении своих открытий в 2007–2009 гг. 2011 год, когда Совместная рабочая группа рассматривала заявления об открытии новых элементов. [56]
Команда из Дубны повторила эксперимент в 2012 году, создав семь атомов элемента 117 и подтвердив их более ранний синтез элемента 118 (полученного через некоторое время, когда значительное количество мишени из берклия- 249 подверглось бета-распаду до калифорния- 249). Результаты эксперимента совпали с предыдущим результатом; [7] ученые подали заявку на регистрацию элемента. [ необходима цитата ] В мае 2014 года совместное германо-американское сотрудничество ученых из ORNL и GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research в Дармштадте , Гессен, Германия, утверждали, что подтвердили открытие элемента. [6] [57] Команда повторила эксперимент в Дубне, используя ускоритель Дармштадта, создав два атома элемента 117. [6]
В декабре 2015 года JWP официально признал открытие 293 117 на основании подтверждения свойств его дочерней 289 115, [58], и, таким образом, перечисленные первооткрыватели - ОИЯИ, LLNL и ORNL - получили право предложить официальное название элемента. (Вандербильт был исключен из первоначального списка первооткрывателей из-за ошибки, которая позже была исправлена.) [59]
В мае 2016 года Лундский университет ( Лунд , Скания , Швеция) и GSI поставили под сомнение синтез элементов 115 и 117. Цепочки распада, присвоенные 289 115, изотопу, способствующему подтверждению синтеза элементов 115 и 117, были обнаружены на основе нового статистического метода слишком разными, чтобы относиться к одному и тому же нуклиду с достаточно высокой вероятностью. Было обнаружено, что 293 117 цепочек распада, одобренных как таковые JWP, требуют разбиения на отдельные наборы данных, относящиеся к разным изотопам элемента 117. Также было обнаружено, что заявленная связь между цепями распада, указанная в 293 117 и 289115, вероятно, не существовало. (С другой стороны, цепи из неутвержденного изотопа 294 117 оказались конгруэнтными .) Множественность состояний, обнаруженных, когда нуклиды, которые не являются четными или даже даже подвергаются альфа-распаду, не является неожиданным и способствует отсутствию ясности в перекрестные реакции. Это исследование подвергло критике отчет JWP за игнорирование тонкостей, связанных с этой проблемой, и сочло «проблемным» то, что единственным аргументом в пользу признания открытий элементов 115 и 117 была связь, которую они считали сомнительной. [60] [61]
8 июня 2017 года два члена дубненской команды опубликовали статью в журнале, отвечая на эти критические замечания, анализируя свои данные о нуклидах 293 117 и 289 115 с помощью широко принятых статистических методов, и отметили, что исследования 2016 года, указывающие на несоответствие, дали проблемные результаты при применении. к радиоактивному распаду: они исключили из 90% доверительного интервала как среднее, так и экстремальное время распада, и цепочки распада, которые будут исключены из выбранного ими 90% доверительного интервала, с большей вероятностью наблюдались, чем те, которые были бы включены. Повторный анализ 2017 г. пришел к выводу, что наблюдаемые цепочки распадов 293 117 и 289115 согласуются с предположением, что только один нуклид присутствует на каждом этапе цепи, хотя было бы желательно иметь возможность напрямую измерить массовое число зарождающегося ядра каждой цепи, а также функцию возбуждения 243 Am. + 48 Ca реакция. [62]
Использование номенклатуры Менделеева для неименованных и неоткрытых элементов , элемент 117 должен быть известен как Ека астатина . Используя рекомендации 1979 года Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), элемент временно назывался ununseptium (символ Uus ) до тех пор, пока его открытие не было подтверждено и не было выбрано постоянное название; временное название образовалось от латинских корней «один», «один» и «семь», что означает атомный номер элемента 117. [63] Многие ученые в этой области назвали его «элементом 117» с символом E117 , (117) , или117 . [3] Согласно руководящим принципам ИЮПАК, действующим на момент утверждения открытия, постоянные имена новых элементов должны заканчиваться на «-ium»; сюда входит элемент 117, даже если этот элемент был галогеном , имена которых традиционно заканчиваются на «-ine»; [64] однако новые рекомендации, опубликованные в 2016 г., рекомендовали использовать окончание «-ine» для всех новых элементов группы 17. [65]
После первоначального синтеза в 2010 году Дон Шонесси из LLNL и Оганесян заявила, что наименование - это деликатный вопрос, и от него по возможности избегали. [66] Тем не менее, Гамильтон заявил в том году: «Я сыграл решающую роль в объединении группы и получении цели 249 Bk, необходимой для открытия. В результате я собираюсь назвать элемент. Я могу не назову вам название, но оно внесет различие в регион ». [53] (Гамильтон преподает в Университете Вандербильта в Нэшвилле, Теннесси., США) В интервью 2015 года Оганесян, рассказав историю эксперимента, сказал: «Американцы назвали это чудом, они продемонстрировали, что могут сделать [это] без права на ошибку. Что ж, скоро они назовет 117-й элемент ". [67]
В марте 2016 года группа исследователей договорилась о конференц-звонке с участием представителей сторон по названию «теннессин» для элемента 117. [45] В июне 2016 года ИЮПАК опубликовал заявление, в котором говорится, что первооткрыватели представили свои предложения по названию нового элемента. элементы 115, 117 и 118 ИЮПАК; предложением элемента 117 был теннессин с символом Ts после слов «регион Теннесси». [a] Предложенные названия были рекомендованы для принятия Отделом неорганической химии ИЮПАК; формальное принятие должно было произойти по истечении пяти месяцев после истечения срока публикации декларации. [68]В ноябре 2016 года имена, в том числе теннессин, были официально приняты. Опасения по поводу того, что предлагаемый символ Ts может противоречить обозначению тозильной группы, используемому в органической химии, были отклонены после существующих символов, имеющих такое двойное значение: Ac ( актиний и ацетил ) и Pr ( празеодим и пропил ). [69] Церемония присвоения имен московию, теннессину и оганессону прошла 2 марта 2017 года в Российской академии наук в Москве ; отдельная церемония, посвященная только теннессину, была проведена в ORNL в январе 2017 года [70].
За исключением ядерных свойств, никаких свойств теннессина или его соединений не измерялось; это связано с его чрезвычайно ограниченным и дорогим производством [15], а также с тем, что он очень быстро разрушается. Свойства теннессина остаются неизвестными и доступны только прогнозы.
Стабильность ядер быстро снижается с увеличением атомного номера после кюрия , элемента 96, период полураспада которого на четыре порядка больше, чем у любого последующего элемента. Все изотопы с атомным номером выше 101 подвергаются радиоактивному распаду с периодом полураспада менее 30 часов. Никакие элементы с атомными номерами выше 82 (после свинца ) не имеют стабильных изотопов. [71] Это происходит из-за постоянно увеличивающегося кулоновского отталкивания протонов, так что сильное ядерное взаимодействие не может удерживать ядро вместе от спонтанного деления надолго. Расчеты показывают, что при отсутствии других стабилизирующих факторов элементы с числом протонов более 104не должно существовать. [72] Однако исследователи в 1960-х годах предположили, что закрытые ядерные оболочки вокруг 114 протонов и 184 нейтронов должны противодействовать этой нестабильности, создавая « остров стабильности », где период полураспада нуклидов может достигать тысяч или миллионов лет. Хотя ученые еще не достигли острова, само существование сверхтяжелых элементов (включая теннессин) подтверждает, что этот стабилизирующий эффект реален, и в целом известные сверхтяжелые нуклиды становятся экспоненциально долгоживущими по мере приближения к предсказанному местоположению острова. [73] [74]Теннессин - второй по весу элемент, созданный до сих пор, и все его известные изотопы имеют период полураспада менее одной секунды. Тем не менее, это больше, чем значения, предсказанные до их открытия: предсказанные времена жизни для 293 Ts и 294 Ts, использованные в документе об открытии, составляли 10 мс и 45 мс соответственно, в то время как наблюдаемые времена жизни составляли 21 мс и 112 мс соответственно. [54] Команда из Дубны считает, что синтез элемента является прямым экспериментальным доказательством существования острова стабильности. [75]
Было подсчитано, что изотоп 295 Ts будет иметь период полураспада около 18 миллисекунд , и, возможно, можно будет получить этот изотоп с помощью той же берклий-кальциевой реакции, которая использовалась при открытии известных изотопов 293 Ts и 294 Ts. . Вероятность того, что в результате этой реакции будет получено 295 Ts, по оценкам, составляет не более одной седьмой вероятности получения 294 Ts. [24] [76] [77] Расчеты с использованием модели квантового туннелирования предсказывают существование нескольких изотопов теннесина до 303 Тс. Ожидается, что наиболее стабильными из них будут 296Ts с периодом полураспада при альфа-распаде 40 миллисекунд. [78] Исследование изотопов элемента с помощью модели жидкой капли показывает аналогичные результаты; это предполагает общую тенденцию повышения стабильности для изотопов тяжелее 301 Ts, с частичными периодами полураспада, превышающими возраст Вселенной, для самых тяжелых изотопов, таких как 335 Ts, когда бета-распад не рассматривается. [79] Более легкие изотопы теннессина могут быть произведены в реакции 243 Am + 50 Ti, которая была рассмотрена командой Дубны в 2008 году как план действий на случай непредвиденных обстоятельств, если 249 Bk окажется недоступным, [80]и был снова рассмотрен для изучения в 2017–2018 годах для изучения свойств ядерных реакций с пучком титана-50, который становится необходимым для синтеза элементов помимо оганессона. [81]
Предполагается, что теннессин будет членом группы 17 в периодической таблице, ниже пяти галогенов; фтор , хлор , бром , йод и астат, каждый из которых имеет семь валентных электронов с конфигурацией n s 2 n p 5 . [82] [n] Для теннессина, находящегося в седьмом периоде (строке) периодической таблицы, продолжение тенденции предсказывает конфигурацию валентных электронов 7s 2 7p 5 , [3]и поэтому можно ожидать, что он будет вести себя аналогично галогенам во многих отношениях, которые относятся к этому электронному состоянию. Однако при спуске группы 17 металличность элементов возрастает; например, йод уже имеет металлический блеск в твердом состоянии, а астатин часто классифицируется как металлоид из-за того, что его свойства весьма далеки от свойств четырех предыдущих галогенов. Таким образом, экстраполяция, основанная на периодических тенденциях, предсказывает, что теннессин будет довольно летучим металлом после перехода . [83]
Расчеты подтвердили точность этой простой экстраполяции, хотя экспериментальная проверка этого в настоящее время невозможна, поскольку периоды полураспада известных изотопов тенессина слишком короткие. [83] Значительные различия между теннессином и предыдущими галогенами, вероятно, возникнут, в основном из-за спин-орбитального взаимодействия - взаимодействия между движением и спином электронов. Спин-орбитальное взаимодействие особенно сильно для сверхтяжелых элементов, потому что их электроны движутся быстрее - со скоростями, сопоставимыми со скоростью света, - чем в более легких атомах. [84]В атомах теннессина это понижает энергетические уровни электронов 7s и 7p, стабилизируя соответствующие электроны, хотя два из энергетических уровней электронов 7p более стабилизированы, чем четыре других. [85] Стабилизация 7s-электронов называется эффектом инертной пары ; Эффект, который разделяет подоболочку 7p на более стабилизированную и менее стабилизированную части, называется расщеплением подоболочки. Вычислительные химики понимают расщепление как изменение второго ( азимутального ) квантового числа l от 1 до 1/2 и 3/2 для более стабилизированной и менее стабилизированной частей подоболочки 7p соответственно. [86] [o]Для многих теоретических целей конфигурация валентных электронов может быть представлена как отражающая разделение подоболочки 7p как 7s2
7p2
1/27p3
3/2. [3]
Различия существуют и для других электронных уровней. Например, уровни 6d-электронов (также разделенные на два, четыре из которых составляют 6d 3/2, а шесть - 6d 5/2 ) оба повышены, поэтому они близки по энергии к уровням 7s [85], хотя 6d-электронов нет. была предсказана химия теннессина. Разница между уровнями 7p 1/2 и 7p 3/2 аномально велика; 9,8 эВ . [85] Расщепление подоболочки на 6p Астатина составляет всего 3,8 эВ, [85] и его химический состав 6p 1/2 уже был назван «ограниченным». [87] Эти эффекты заставляют химический состав теннессина отличаться от химии его верхних соседей (см. Ниже).
Первая энергия ионизации Теннессина - энергия, необходимая для удаления электрона из нейтрального атома - по прогнозам будет на 7,7 эВ ниже, чем у галогенов, опять же в соответствии с тенденцией. [3] Как и его соседи по периодической таблице, теннессин, как ожидается, будет иметь самое низкое сродство к электрону - энергию, выделяемую при присоединении электрона к атому - в своей группе; 2,6 или 1,8 эВ. [3] Электрон гипотетического водородоподобного атома теннессина - окисленный, так что у него есть только один электрон, Ts 116+, - по прогнозам, будет двигаться так быстро, что его масса в 1,90 раза больше массы неподвижного электрона, что связано с релятивистские эффекты. Для сравнения: водородоподобный астат составляет 1,27, а водородоподобный йод - 1,08. [88] Простые экстраполяции законов относительности указывают на сокращение атомного радиуса . [88] Продвинутые расчеты показывают, что радиус атома теннессина, образующего одну ковалентную связь, будет составлять 165 пм , а радиус астата - 147 пм. [89] После удаления семи внешних электронов теннессин, наконец, стал меньше; 57 часов [3] для теннессина и 61 час [90] для астатина.
Точки плавления и кипения теннессина неизвестны; более ранние статьи предсказывали около 350–500 ° C и 550 ° C соответственно [3] или 350–550 ° C и 610 ° C соответственно. [91] Эти значения превышают таковые для астата и более легких галогенов, следуя периодическим тенденциям . В более поздней работе прогнозируется температура кипения теннессина 345 ° C [92] ( точка кипения астата оценивается как 309 ° C, [93] 337 ° C, [94] или 370 ° C, [95] хотя экспериментальные значения Сообщалось о 230 ° C [96] и 411 ° C [90] ). Плотность теннессина ожидается от 7,1 до 7,3 г / см 3., продолжая тенденцию увеличения плотности среди галогенов; Астатин составляет от 6,2 до 6,5 г / см 3 . [4]
Известные изотопы теннессина 293 Ts и 294 Ts слишком недолговечны для проведения химических экспериментов в настоящее время. Тем не менее многие химические свойства теннессина были рассчитаны. [97] В отличие от более легких элементов группы 17, теннессин не может проявлять химическое поведение, обычное для галогенов. [8] Так , например, фтор, хлор, бром, и йод обычно принимает электрон , чтобы достичь более стабильной электронной конфигурации в виде благородного газа , получая восемь электронов ( октет ) в своих валентных оболочках вместо семи. [98]Эта способность ослабевает по мере увеличения атомного веса в группе; Теннесин будет наименее готовым элементом группы 17 принять электрон. Предполагается, что из степеней окисления, которые он образует, -1 будет наименее распространенным. [3] стандартный восстановительный потенциал из Ts / Ts - пара прогнозируется на -0,25 В; это значение отрицательное, в отличие от всех более легких галогенов. [2]
У теннессина есть еще одна возможность завершить свой октет - за счет образования ковалентной связи . Как и в случае с галогенами, ожидается, что при встрече двух атомов теннессина они образуют связь Ts – Ts с образованием двухатомной молекулы . Такие молекулы обычно связаны одинарными сигма-связями между атомами; они отличаются от пи-связей , которые разделены на две части, каждая из которых смещена в направлении, перпендикулярном линии между атомами, и противоположно друг другу, а не расположена непосредственно между атомами, которые они связывают. Сигма-склеивание было рассчитано для демонстрации отличного антиадгезионного характера в At 2молекула и не так выгодна энергетически. Прогнозируется, что Tennessine продолжит тенденцию; в связке Ts 2 должен быть заметен сильный пи-характер . [3] [99] Предполагается, что молекула теннессинхлорида (TsCl) пойдет дальше, связавшись с одинарной пи-связью. [99]
Помимо нестабильного состояния -1, прогнозируются еще три состояния окисления; +5, +3 и +1. Состояние +1 должно быть особенно стабильным из-за дестабилизации трех крайних электронов 7p 3/2 , образуя стабильную, наполовину заполненную конфигурацию подоболочки; [3] астатин показывает аналогичные эффекты. [100] Состояние +3 должно быть важным, опять же из-за дестабилизированных электронов 7p 3/2 . [91] Состояние +5 предсказывается необычно, потому что электроны 7p 1/2 имеют противоположную стабилизацию. [3]Состояние +7 не было показано - даже с помощью вычислений - достижимым. Поскольку 7s-электроны в значительной степени стабилизированы, была выдвинута гипотеза, что теннессин фактически имеет только пять валентных электронов. [101]
Простейшим возможным соединением теннессина был бы моногидрид TsH. Предполагается, что связь будет обеспечиваться 7p 3/2 электроном теннессина и 1s электроном водорода. Несвязывающая природа спинора 7p 1/2 обусловлена тем, что ожидается, что теннессин не будет образовывать чисто сигма- или пи-связи. [102] Следовательно, дестабилизированный (таким образом расширенный) спинор 7p 3/2 отвечает за связывание. [103] Этот эффект удлиняет молекулу TsH на 17 пикометров по сравнению с общей длиной 195 пм. [102] Поскольку р-электронные связи теннессина составляют две трети сигма, связь только на две трети прочнее, чем было бы, если бы теннессин не содержал спин-орбитальных взаимодействий. [102]Таким образом, молекула следует тенденции гидридов галогенов, показывая увеличение длины связи и уменьшение энергии диссоциации по сравнению с AtH. [3] Молекулы Tl Ts и Nh Ts можно рассматривать аналогично, принимая во внимание противоположный эффект, проявляющийся в том, что p 1/2 электроны элемента стабилизируются. Эти две характеристики приводят к относительно небольшому дипольному моменту (произведению разницы между электрическими зарядами атомов и смещением атомов) для TlT; только 1,67 D , [p]положительное значение означает, что отрицательный заряд находится на атоме теннессина. Для NhTs сила эффектов, по прогнозам, вызовет перенос электрона от атома теннесина к атому нихония, при этом значение дипольного момента составляет -1,80 D. [105] Спин-орбитальное взаимодействие увеличивает энергию диссоциации атома нихония. Молекула TsF, потому что она снижает электроотрицательность теннессина, в результате чего связь с чрезвычайно электроотрицательным атомом фтора приобретает более ионный характер. [102] Монофторид теннессина должен иметь самую прочную связь из всех монофторидов группы 17. [102]
Теория VSEPR предсказывает изогнутую Т-образную молекулярную геометрию для трифторидов группы 17. Все известные трифториды галогенов имеют эту молекулярную геометрию и структуру AX 3 E 2 - центральный атом, обозначенный A, окруженный тремя лигандами , X, и двумя неподеленными электронными парами , E. Если релятивистские эффекты игнорируются, следует следовать TsF 3. его более легкие сородичи имеют изогнутую Т-образную молекулярную геометрию. Более сложные прогнозы показывают, что такая молекулярная геометрия не будет энергетически благоприятной для TsF 3 , вместо этого предсказывая тригональную плоскую молекулярную геометрию (AX 3E 0 ). Это показывает, что теория VSEPR может быть несовместимой для сверхтяжелых элементов. [101] Предполагается, что молекула TsF 3 в значительной степени стабилизируется за счет спин-орбитального взаимодействия; Возможным объяснением может быть большая разница в электроотрицательности между теннессином и фтором, что придает связи частично ионный характер. [101]
Если бы эта тенденция продолжалась, элемент 117, вероятно, был бы довольно изменчивым металлом.
Полностью релятивистские расчеты согласуются с этим ожиданием, однако они нуждаются в экспериментальном подтверждении.
Доступ к порталам связанные темы |
|
Узнайте больше о сестринских проектах Википедии |
|