Главная страница

Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.
Roentgen
darmsztadt ← roentgen → copernicium
Wygląd
srebrzysty (prawdopodobnie)[1]
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. roentgen, Rg, 111
(łac. roentgenium)
Grupa, okres, blok 11, 7, d
Stopień utlenienia V, III, I, −I (przewidywane[2])
Właściwości metaliczne metal przejściowy (przewidywany)
Masa atomowa 281 u
Stan skupienia stały (przewidywany[3])
Gęstość 28700 kg/m³ (przewidywana)
Numer CAS 54386-24-2
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Roentgen (Rg, łac. roentgenium) − pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych o liczbie atomowej 111. Jest to bardzo radioaktywny pierwiastek nie występujący w naturze. Jego najstabilniejszy izotop, po raz pierwszy stworzony w 1994 roku w Instytucie Badań Ciężkich Jonów w Darmstadt w Niemczech, roentgen-281 posiada czas połowicznego rozpadu wynoszący 26 sekund. Jego nazwa wywodzi się od nazwiska niemieckiego fizyka, Wilhelma Conrada Röntgena.

W układzie okresowym położony jest w bloku d, siódmym okresie oraz grupie 11. Przypuszcza się, iż roentgen posiada podobne właściwości do swoich lżejszych pierwiastków homologicznych - miedzi, srebra i złota, aczkolwiek nie zostało to potwierdzone.

Historia

Oficjalne odkrycie

Roentgen został po raz pierwszy zsyntetyzowany 8 grudnia 1994 roku przez międzynarodowy zespół prowadzony przez Sigurda Hofmanna w Instytucie Badań Ciężkich Jonów (GSI) w Darmstadt w Niemczech[6]. Otrzymany został dzięki bombardowaniu 64Ni jonami 209Bi w wyniku czego zaobserwowany został pojedynczy atom izotopu 272Rg:

20983Bi + 6428Ni27211Rg + 10n

W 2001 roku IUPAC oraz IUPAP stwierdziły, iż nie było wystarczających dowodów na potwierdzenie tego odkrycia[7], w związku z czym zespół GSI powtórzył doświadczenie w 2002 roku potwierdzając prawidłowość odkrycia poprzez wytworzenie kolejnych trzech atomów[8][9].

Nazewnictwo

Nazwa roentgenium (Rg) została zaproponowana przez naukowców z Instytutu Badań Ciężkich Jonów[10] w 2004 roku w celu uhonorowania niemieckiego fizyka Wilhelma Conrada Röntgena, odkrywcę promieniowania rentgenowskiego[11]. Nazwa ta została zaakceptowana przez IUPAC 1 listopada 2004 roku[11].

Izotopy

Izotopy Roentgenu
Izotop
o.p.r.[12] s.r.[12] Rok odkrycia Reakcja
272Rg 3.8 ms ? α 1994 209Bi(64Ni,n)[6]
273Rg 5? ms α ? nieznany
274Rg 6.4 ms α 2004 278Uut(—,α)[13]
275Rg 10? ms α ? nieznany
276Rg 100? ms α, SF ? nieznany
277Rg 1? s α, SF ? nieznany
278Rg 4.2 ms α 2006 282Uut(—,α)[14]
279Rg 0.17 s α 2003 287Uup(—,2α)[14]
280Rg 3.6 s α 2003 288Uup(—,2α)[14]
281Rg 26 s α, SF 2009 293Uus(—,3α)[15]
282Rg 0.5 s α 2009 294Uus(—,3α)[16]
283Rg 10? min α, SF ? nieznany

Roentgen nie posiada zarówno stabilnych jak i naturalnie występujących izotopów, lecz w laboratoriach zsyntetyzowane zostało kilka radioaktywnych izotopów tego pierwiastka zarówno poprzez przeprowadzenie reakcji syntezy jąder lżejszych pierwiastków jak i stopniowy rozpad cięższych cząstek. Siedem izotopów zostało potwierdzonych i otrzymanych: Roentgen-272, 274 oraz 278-282, spośród których 272Rg oraz 274Rg mają znaną, lecz niepotwierdzoną metastabilność. Każdy z nich rozpada się poprzez rozpad alfa oprócz 282Rg, w którym zachodzi samorzutne rozszczepienie jądra atomowego[12].

Stabilność i czas rozpadu

Wszystkie izotopy Roentgenu są wysoce niestabilne i radioaktywne. Najbardziej stabilnym znanym izotopem jest 281Rg, z okresem połowicznego rozpadu wynoszącym 26 sekund. 280Rg posiada o.p.r. wynoszący ponad 3 sekundy, a 282Rg i 279Rg odpowiednio 0,5 i 0,17 sekund. Okres półtrwania pozostałych czterech znanych izotopów wynosi między 1 a 10 milisekund[12]. Szacuje się, iż nieodkryty izotop 287Rg byłby najbardziej stabilnym izotopem, ulegającym rozpadowi beta[17]; jednakże żaden z dotychczas otrzymanych izotopów nie uległ takiej przemianie[12]. Nieznanym izotopom 277Rg i 283Rg również przypisywana jest duża stabilność, ich czas rozpadu szacowany jest na odpowiednio 1 sekundę oraz 10 minut. 278Rg, 281Rg i 282Rg przed swoim odkryciem miały szacowany dłuższy okres półtrwania wynoszący odpowiednio 1 sekundę, 1 minutę oraz 4 minuty, lecz po ich otrzymaniu zweryfikowano ten czas do 4,2 milisekund, 26 sekund i 0,5 sekundy[12].

Przewidywane właściwości

Chemiczne

Roentgen jest dziewiątym metalem przejściowym z grupy 6d. Od kiedy copernicium (l.a. 112) został uznany za metal przejściowy, uważa się, iż wszystkie pierwiastki od 104 do 112 tworzą czwarty okres grupy metali przejściowych[18]. Wartości energii jonizacji, promienia atomowego oraz promienia jonowego atomu roentgenu są podobne do jego lżejszego pierwiastka homologicznego − złota, co oznacza, iż będą one przypominać właściwości innych miedziowców, jednakże wystąpić mogą między nimi drobne różnice[2].

Przewiduje się, iż Roentgen wykazywać może cechy metalu szlachetnego. Na podstawie najstabilniejszych stopni utlenienia lżejszych pierwiastków z 11 grupy wnioskuje się, iż roentgen jest stabilny na V, III i -I oraz mniej stabilny na I stopniu. III stopień utlenienia jest określany jako najbardziej stabilny dla izotopów roentgenu. Przypuszcza się, że roentgen(III) posiada podobną reaktywność co złoto(III), lecz powinien być trwalszy i tworzyć więcej związków. Złoto tworzy również stabilny -I stopień dzięki efektom relatywistycznym, co pozwala stwierdzić, iż roentgen również jest w stanie osiągnąć -I stopień utlenienia[2]; jednakże, wartość powinowactwa elektronowego roentgenu szacuje się na ok. 1,6 eV, znacznie mniej od wartości złota wynoszącej 2,3 eV, co oznacza, iż związki roentgenu mogą być niestabilne lub nawet wcale nie istnieć[4]. Orbital 6d jest destabilizowany przez efekty relatywistyczne oraz sprzężenie spinowo-orbitalne pod koniec czwartego okresu grupy metali przejściowych powodując, iż pierwiastki o wyższym stopniu utlenienia jak roentgen(V) lub copernicium(IV) są stabilniejsze od swoich lżejszych homologów takich jak rtęć(IV) oraz złoto(V) (które występują tylko w jednym związku) ponieważ elektrony z orbitalu 6d uczestniczą w wiązaniu w większym stopniu. Wzajemne oddziaływania orbit spinowych stabilizują molekularnie związki roentgenu z większą ilością wiążących elektronów − przypuszcza się, iż RgF6- jest bardziej stabilny od RgF4-, który również powinien być stabilniejszy od RgF2-. Roentgen(I) jest prawdopodobnie bardzo skomplikowany do otrzymania[2][19][20].

Prawdopodobne właściwości roentgenu zyskały większe zainteresowanie niż dwa pierwiastki odkryte przed nim − Meitner oraz Darmsztadt, ponieważ oczekuje się, iż ze wszystkich pierwiastków grupy 11, podpowłoki walencyjne s zgodnie z teorią relatywistyczną, w roentgenie będą najbardziej ściśnięte[2]. Obliczenia wykonane na związku RgH pokazały, iż efekt relatywistyczny podwoił siłę wiązania pomiędzy atomem roentgenu i wodoru, pomimo osłabienia sprzężenia spinowo-orbitalnego o 0,7 eV. Związki AuX[a] oraz RgX[a] również zostały zbadane[2][21]. Rg+ powinien być najmiększy wśród jonów metali, miększy nawet od kationu Au+[22].

Fizyczne oraz atomowe

W warunkach normalnych, roentgen jest przypuszczalnie ciałem stałym oraz krystalizuje do struktury przestrzennie centrowanej (w przeciwieństwie do swoich kongenerów, które przyjmują budowę ściennie centrowaną) ze względu na przypuszczalne różnice w gęstości ładunku elektrycznego[3]. Powinien być on bardzo ciężkim metalem o gęstości około 28.7 g/cm³; dla porównania, najgęstszym znanym pierwiastkiem o zmierzonej gęstości jest osm, którego gęstość wynosi 22.61 g/cm³. Wynika to z dużej masy atomowej oraz efektów relatywistycznych. Próba zmierzenia rzeczywistej gęstości jest jednak niewykonalna, ze względu na konieczność wyprodukowania wystarczającej ilości roentgenu do przeprowadzenia pomiaru oraz fakt szybkiego rozpadu pierwiastka[2].

Stabilne pierwiastki grupy 11 − miedź, srebro oraz złoto, posiadają konfiguracje elektronową nd10(n+1)s1. Dla każdego z tych pierwiastków, konfiguracja każdego pierwszego stanu wzbudzonego ich atomów wygląda nd9(n+1)s2. Ze względu na sprzężenie spinowo-orbitalne pomiędzy elektronami d, stan ten jest podzielony na parę poziomów energii. W przypadku miedzi, różnica w energii pomiędzy stanem podstawowym a najniższym stanem wzbudzonym powoduje jej czerwonobrunatne zabarwienie. W srebrze luka energetyczna poszerza się w wyniku czego barwi się na srebrny kolor. W miarę powiększania się liczby atomowej, stan wzbudzony ulega stabilizacji przez efekty relatywistyczne, przez co w atomie złota luka z powrotem się zmniejsza i pierwiastek barwi się na złoto. Obliczenia wykazały, iż stan roentgenu 6d97s2 jest ustabilizowany w takim stopniu, że staje się on stanem podstawowym, a 6d107s1 staje się pierwszym stanem wzbudzonym. Powstała różnica w poziomach energii obu stanów jest podobna do różnic występujących w srebrze, przez co roentgen prawdopodobnie posiada srebrną barwę[1]. Szacowana wielkość promienia atomowego roentgenu wynosi ok. 138 pm[2][4].

Chemia doświadczalna

Jednoznaczne określenie chemicznych właściwości roentgenu nie jest ustalone[23] ze względu na niską wydajność reakcji wykorzystywanych do produkcji izotopów roentgenu[2]. Do badań naukowych przeprowadzanych na transaktynowcach, wytworzone muszą być co najmniej cztery atomy, których okres półtrwania wynosi minimum 1 sekundę a wydajność produkcji obejmuje tworzenie przynajmniej jednego atomu tygodniowo[18]. Mimo, iż czas półtrwania 281Rg − najstabilniejszego znanego izotopu wynosi 26 sekund, wystarczająco długo aby przeprowadzić badania, to koniecznością jest zwiększenie tempa produkcji roentgenu do stanu pozwalającego na przeprowadzanie długich eksperymentów umożliwiających uzyskanie istotnych statystycznych wyników. Rozdzielanie oraz wykrywanie musi być prowadzone w sposób ciągły, w celu odseparowania powstałych izotopów roentgenu. Jednakże, prace mające na celu znalezienie efektywniejszego sposobu wytwarzania roentgenu nie otrzymują takiej uwagi jak cięższe pierwiastki − copernicium oraz flerovium[2][23].

Zobacz też

  1. a b Gdzie "X" = F, Cl, Br, O, Au lub Rg
  1. a b c Andreas Turler. Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements. „Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences”. 5 (2), s. R19–R25, 2004. 
  2. a b c d e f g h i j k l m n o Transactinides and the future elements. W: Richard G. Haire: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Wyd. trzecie. Dordrecht, Holandia: Springer Science+Business Media, 2006. ISBN 1-4020-3555-1. (ang.)
  3. a b A. Östlin, L. Vitos. First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals. „Physical Review B”. 84 (11), 2011. DOI: 10.1103/PhysRevB.84.113104. Bibcode2011PhRvB..84k3104O (ang.). 
  4. a b c Burkhard Fricke. Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties. „Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry”. 21, s. 89–144, 1975. DOI: 10.1007/BFb0116498 (ang.). [dostęp 4 października 2013]. 
  5. Roentgenium (ang.). Royal Chemical Society. [dostęp 2014-01-12].
  6. a b Hofmann, S.; Ninov, V.; Heßberger, F. P.; Armbruster, P.; Folger, H.; Münzenberg, G.; Schött, H. J.; Popeko, A. G.; Yeremin, A. V.; Andreyev, A. N.; Saro, S.; Janik, R.; Leino, M.: "The new element 111" (ang.). W: Zeitschrift für Physik A 350 (4): 281. [on-line]. 1995. [dostęp 2014-01-12].
  7. Karol et al., H. Nakahara, B. W. Petley, E. Vogt. On the discovery of the elements 110–112. „Pure Appl. Chem.”. 73 (6), s. 959–967, 2001. DOI: 10.1351/pac200173060959 (ang.). 
  8. S. Hofmann, F. P. Heßberger, D. Ackermann, G. Münzenberg i inni. New results on elements 111 and 112. „European Physical Journal A”. 14 (2), s. 147–157, 2002. DOI: 10.1140/epja/i2001-10119-x (ang.). 
  9. Hofmann et al.: New results on element 111 and 112 (ang.). GSI report 2000. [dostęp 2008-03-02].
  10. Corish, J. et al., G. M. Rosenblatt. Name and symbol of the element with atomic number 111. „Pure Appl. Chem.”. 76 (12), s. 2101–2103, 2004. DOI: 10.1351/pac200476122101 (ang.). 
  11. a b Corish et al., G. M. Rosenblatt. Name and symbol of the element with atomic number 111. „Pure Appl. Chem.”. 76 (12), s. 2101–2103, 2004. DOI: 10.1351/pac200476122101 (ang.). 
  12. a b c d e f Sonzogni, Alejandro: Interactive Chart of Nuclides (ang.). W: National Nuclear Data Center [on-line]. Brookhaven National Laboratory. [dostęp 2008-06-06].
  13. Morita, Kosuke; Morimoto, Kouji; Kaji, Daiya; Akiyama, Takahiro; Goto, Sin-ichi; Haba, Hiromitsu; Ideguchi, Eiji; Kanungo, Rituparna; Katori, Kenji; Koura, Hiroyuki; Kudo, Hisaaki; Ohnishi, Tetsuya; Ozawa, Akira; Suda, Toshimi; Sueki, Keisuke; Xu, HuShan; Yamaguchi, Takayuki; Yoneda, Akira; Yoshida, Atsushi; Zhao, YuLiang (2004)Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction 209Bi(70Zn,n)278113
  14. a b c Yu. Ts. Oganessian, Yu. E. Penionzhkevich, E. A. Cherepanov. AIP Conference Proceedings. . 912, s. 235, 2007. DOI: 10.1063/1.2746600 (ang.). 
  15. Oganessian, Y. T.; Abdullin, F. S.; Alexander, C. et al. (2013). "Experimental studies of the 249Bk + 48Ca reaction including decay properties and excitation function for isotopes of element 117, and discovery of the new isotope 277Mt". Physical Review C 87 (5).
  16. Oganessian, Y. T.; Abdullin, F. S.; Bailey, P. D. et al. (2010). "Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117". Physical Review Letters 104 (14): 142502
  17. G. K. Nie. Charge radii of β-stable nuclei. „Modern Physics Letters A”. 21 (24), s. 1889, 2005. DOI: 10.1142/S0217732306020226. Bibcode2006MPLA...21.1889N (ang.). 
  18. a b W. P. Griffith. The Periodic Table and the Platinum Group Metals. „Platinum Metals Review”. 52 (2), s. 114, 2008. DOI: 10.1595/147106708X297486 (ang.). 
  19. M. Seth, F. Cooke, P. Schwerdtfeger, J.-L. Heully i inni. The chemistry of the superheavy elements. II. The stability of high oxidation states in group 11 elements: Relativistic coupled cluster calculations for the di-, tetra- and hexafluoro metallates of Cu, Ag, Au, and element 111. „J. Chem. Phys”. 109 (10), s. 3935–43, 1998. DOI: 10.1063/1.476993. Bibcode1998JChPh.109.3935S (ang.). 
  20. M. Seth, K. Faegri, P. Schwerdtfeger. The Stability of the Oxidation State +4 in Group 14 Compounds from Carbon to Element 114. „Angew. Chem. Int. Ed. Engl.”. 37 (18), s. 2493–6, 1998. DOI: <2493::AID-ANIE2493>3.0.CO;2-F 10.1002/(SICI)1521-3773(19981002)37:18<2493::AID-ANIE2493>3.0.CO;2-F (ang.). 
  21. W. Liu, C. van Wüllen. Spectroscopic constants of gold and eka-gold (element 111) diatomic compounds: The importance of spin–orbit coupling. „J. Chem. Phys”. 110 (8), s. 3730–5, 1999. DOI: 10.1063/1.478237. Bibcode1999JChPh.110.3730L (ang.). 
  22. John S. Thayer: Chemistry of heavier main group elements. 2010, s. 82. DOI: 10.1007/9781402099755_2. (ang.)
  23. a b Christoph E. Düllmann. Superheavy elements at GSI: a broad research program with element 114 in the focus of physics and chemistry. „Radiochimica Acta”. 100 (2), s. 67–74, 2012. DOI: 10.1524/ract.2011.1842 (ang.). 

Szablon:Link GA