Syborgium hexacarbonyl disintesis, sebatian kimia yang paling kompleks dengan transactinoid • Igor Ivanov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Fizik, Kimia

Syborgium hexacarbonyl, sebatian kimia yang kompleks dengan transactinoid

Rajah. 1. Sistem berkala unsur-unsur kimia, di mana unsur super-berat disorot dalam warna: "transuran" (dalam warna biru) dan transactinoids (merah) yang mana kajian kimia dijalankan. Imej dari W. Loveland, 2014. Karbonyan Superheavy

Pasukan saintis antarabangsa mensintesis dan meneliti heksibonat Siborgia, Sg (CO)6, – Sambungan unsur yang tidak stabil dengan nombor atom 106 dengan karbon monoksida, – dan juga membandingkannya dengan sebatian yang sama dengan isotop molybdenum dan tungsten, homologues daripada siborgiya. Ini adalah kompleks kimia yang diperoleh dengan eksperimental yang paling kompleks yang mengandungi transactinoid, iaitu unsur dengan nombor atom di atas 103. Kesan teori relativiti untuk elektron dalaman paling ketara dalam sifat kimia transactinoid .

Sistem berkala elemen kimia dipenuhi dengan nombor 118 (Rajah 1). Struktur keseluruhannya mencerminkan berkala sifat-sifat kimia unsur-unsur dengan peningkatan bilangan atom, yang terjadi dengan pengisian secara beransur-ansur kerang elektronik.Jika dua unsur kimia berbeza dalam bilangan shell elektron dalaman yang terisi, tetapi mempunyai elektron luaran yang sama – iaitu, mereka bertanggungjawab untuk ikatan kimia – maka kedua-dua elemen tersebut harus mempunyai sifat kimia yang serupa. Siri siri ini dipanggil homolog antara satu sama lain dan dalam sistem berkala mereka terletak dalam satu kumpulan, satu di atas yang lain. Sebagai contoh, logam peralihan yang membentuk kumpulan keenam – kromium, molibdenum, tungsten, dan elemen superheavy dengan nombor serum serum – adalah homolog antara satu sama lain. Jika sifat kimia tiga yang pertama telah diketahui sejak lama, maka kimia syborg baru mula dipelajari. Walau bagaimanapun, berdasarkan sistem berkala, boleh dijangka bahawa sifat kimia mereka akan sama.

Apabila membandingkan sifat-sifat kimia unsur-unsur homolog, terdapat satu perangkap penting. Dalam atom berat, elektron dalaman sudah bergerak pada kelajuan cahaya yang dekat, dan oleh sebab itu, kesan teori relativiti berfungsi sepenuhnya. Mereka membawa kepada pemampatan tambahan s- dan p-orbit dan, sebagai akibatnya, kepada beberapa pengembangan awan elektron luaran.Tuduhan besar nukleus juga meningkatkan kesan interaksi elektron antara satu sama lain, contohnya, pemisahan spin-orbit. Semua ini menjejaskan ikatan kimia atom berat dengan satu atau jiran lain. Dan semua kesan kimia teoritis moden ini dapat dikira dengan betul.

Kesan relativiti adalah lebih kuat, semakin banyak atom. Nampaknya semulajadi untuk memeriksa pengiraan teori untuk menggunakan unsur paling berat yang diketahui – transactinoids, elemen dengan nombor atom lebih tinggi daripada 103 (Rajah 1). Walau bagaimanapun, terdapat beberapa masalah penting dalam perjalanan ke kajian eksperimen mereka.

Pertama, nukleus elemen transactinoid sangat tidak stabil; Kehidupan tipikal mereka adalah minit, saat, atau bahkan pecahan sesaat. Oleh itu, tidak ada apa-apa perbincangan tentang pengumpulan jumlah bahan makroskopik, adalah perlu untuk bekerja dengan atom individu sejurus selepas kelahirannya.

Ini tidak akan menjadi masalah besar jika bukan untuk kesukaran kedua: atom-atom ini hanya boleh diperolehi dalam jumlah kuantiti. Atom superheavy disintesis dalam tindak balas nuklear, dalam proses perpaduan dua atom yang agak berat dengan kadar neutron yang tinggi.Untuk ini, satu rasuk ion berat satu jenis ditujukan kepada sasaran yang mengandungi atom berat jenis yang lain, dan apabila mereka bertabrakan, tindak balas nuklear berlaku. Dalam majoriti kes, mereka menghasilkan hanya serpihan yang lebih kecil, dan hanya sekali-sekala ternyata bahawa penggabungan dua nukleus menimbulkan nukleus superheavy yang diperlukan. Akibatnya, kadar kelahiran nukleus superheavy dengan penyinaran berterusan sasaran adalah sangat kecil: kira-kira satu keping per minit, sejam, sehari atau bahkan seminggu.

Rajah. 2 Struktur molekul hexacarbonyl syborgium pada latar belakang penganalisis COMPACT yang digunakan untuk mengenal pasti molekul ini dalam eksperimen. Imej dari uni-mainz.de

Teknologi kelahiran ini membawa kepada masalah ketiga. Sintesis atom superheavy meneruskan keadaan radiasi keras berterusan rasuk yang memukul sasaran, dan, akibatnya, dengan adanya aliran besar sisa nukleus nuklear. Sekalipun nukleus yang dikehendaki dilahirkan, ia mengumpul elektron dari alam sekitar, menjadi atom nyata dan, akhirnya, segera selepas sasaran memasuki reaksi kimia dengan pembentukan sebatian baru – sebatian ini akan berada dalam keadaan yang teruk radiasi, bersentuhan dengan plasma yang disebabkan oleh pengionan.Hakikat bahawa di bawah syarat-syarat ini, secara amnya mungkin untuk mengkaji beberapa jenis kimia transactinoid, sehingga flerovium (elemen 114), itu sendiri merupakan pencapaian yang hebat. Walau bagaimanapun, sehingga kini, semua sebatian kimia yang melibatkan transactinoid adalah sangat mudah dari sudut pandang kimia – halida, oksida, dan sebatian lain yang serupa dengan atom berat dalam kadar pengoksidaan maksimum. Sebatian kimia yang lebih rapuh dengan ikatan kimia yang tidak remeh cepat dihancurkan dengan kehadiran radiasi yang keras. Dan semua ini, malangnya, menjadikannya sukar untuk mengesahkan sifat-sifat kimia transactinoids.

Hari lain dalam majalah Sains satu artikel telah diterbitkan, menandakan permulaan kimia "tidak remeh" transactinoids. Ia melaporkan mengenai sintesis dan kajian eksperimen kompaun Sg (CO)6, hexacarbonyl syborg (Rajah 2). Selain itu, dalam pemasangan yang sama dan dengan kaedah yang sama, kompleks heksacarboni unsur-unsur homologi cyborg, Mo (CO)6 dan W (CO)6, dan bagi mereka isotop-isotop molybdenum dan tungsten yang pendek dengan separuh hayat beberapa saat atau minit juga digunakan.

Sorotan utama dalam kerja ini ialah persediaan percubaan gabungan, yang menyatukan beberapa kemajuan teknikal dekad yang lalu.Persediaan ini mengatasi masalah ketiga yang disebutkan di atas – ia secara rawak mengedarkan wilayah sintesis nukleus superheavy dan kawasan kajian fizikokimia dari sebatian yang diperolehi. Pandangan umumnya ditunjukkan dalam Rajah. 3. Di pintu masuk pemasangan (dari kanan ke kiri di latar belakang angka), rasuk nuklei berinteraksi dengan sasaran dan menjana "koktel" nukleus sekunder. Produk tindak balas dibelokkan oleh dipole magnet (elemen D dalam angka), dan juga untuk nisbah yang berbeza bagi caj dan jisim nukleus. Magnitud medan magnet dikira supaya lebih jauh, melalui sistem kanta magnetik (Q), hanya lintasan nuklei yang dikaji, dan nukleus latar belakang dan rasuk asli dibuang. Pada dasarnya, teknik ini mereplikasi spektrometri jisim yang terkenal seperti yang digunakan pada nukleus.

Rajah. 3 Pandangan skematik pemasangan untuk sintesis dan analisis sebatian Sg (CO)6 dan analognya dengan isotop tungsten dan molibdenum yang tidak stabil. Imej dari W. Loveland, 2014. Karbonyan Superheavy

Dalam langkah seterusnya, nukleus terpencil (Sg, Mo atau W) memasuki ruang RTC, di mana campuran gas helium dan karbon monoksida ditiup. Satu perkara penting: dalam perjalanan ke ruang nukleus mereka melepasi tingkap ketebalan yang ketat, diperbuat daripada mylar.Ia memadamkan tenaga kinetik nukleus panas dan membolehkan mereka memanaskan (melambatkan tenaga kepada gerakan haba molekul) di dalam ruang gas. Di sana, nukleus "berpakaian dengan elektron" dan, memasuki reaksi kimia dengan karbon monoksida, membentuk sebatian – kompleks karbonil. Oleh kerana sebatian itu tidak menentu, ia dipindahkan dengan seluruh aliran gas melalui kapilari teflon 10 meter ke bahagian kedua pemasangan, penganjur COMPACT yang khas.

Nama COMPACT bermaksud Cryo-Online Multidetector untuk Fizik dan Kimia Transactinoids. Persediaan ini adalah keseluruhan 32 pasang pengesan semikonduktor untuk thermochromatography gas sebatian unsur-unsur yang tidak stabil. Kecerunan suhu yang kuat dicipta di sepanjang penguasa: setiap pasangan pengesan berada pada suhu sendiri, dari + 30 ° C pada permulaan penguasa kepada -120 ° C pada hujungnya. Setiap pengesan dapat mengesan α dan β-zarah yang dipancarkan dari nuklei semasa kerosakan mereka, dan untuk mengukur tenaga dan masa keberangkatan mereka dengan ketepatan yang tinggi. Ini diperlukan untuk mengenal pasti nukleus organisma Siberia melalui rantaian kerosakan ciri mereka, di mana zarah alfa tenaga tertentu berlepas satu persatu, dan tidak mengelirukan peristiwa langka ini dengan proses latar belakang.

KANDUNGAN kerja KOMPACT kelihatan seperti.Apabila campuran gas ditiup melalui penguasa, molekul kompleks karbonil logam berat disimpan di permukaan pengesan tertentu, di mana ia direkodkan selepas pereputan radioaktif. Bilangan pengesan di mana pereputan direkod menunjukkan suhu di mana penyerapan molekul menjadi lebih baik. Suhu ini ditentukan oleh ciri fizikokimia kompleks karbonil di bawah kajian – entalpi penjerapan. Nah, ciri-ciri perkara itu sendiri pula pula diramalkan oleh pengiraan kimia, di mana kesan relativistik memainkan peranan penting. Oleh itu, mengukur bagaimana Sg (CO)6W (CO)6 dan Mo (CO)6 Mereka didepositkan dalam penganalisis COMPACT, adalah mungkin untuk memeriksa pengiraan teoretikal dan kimia dan mengukur entalpi penjerapan bahan-bahan ini.

Rajah. 4 Suhu (di bahagian atas) dan isyarat dari isotop 164W (di tengah) dan 265Sg (di bawah) dalam setiap 32 pasang pengesan di garisan. Graf bar kelabu menunjukkan data sebenar mengikut baris – keputusan simulasi dengan nilai teragih entalpi penjerapan secara teori. Imej dari artikel yang sedang dibincangkan

Hasil kajian ini ditunjukkan dalam Rajah. 4Terdapat beberapa ciri-ciri setiap 32 pasang pengesan. Graf atas hanyalah pengedaran suhu di sepanjang penguasa. Bidang pertengahan dan bawah menunjukkan, sebenarnya, data eksperimen itu sendiri – pengedaran pelunturan yang dikesan dari nukleus tungsten-164 (tengah) dan siborgiya-265 (bawah) di sepanjang pengesan. Sudah tentu, tidak cukup peristiwa dengan siborgiya – dalam dua minggu penyinaran berterusan sasaran dengan rasuk sengit 18 daripada mereka direkodkan. Walau bagaimanapun, jelas kelihatan bahawa mereka tidak diagihkan secara sama rata sepanjang penguasa, tetapi lebih dekat dengan pengakhirannya, dalam pengesan yang berjumlah di atas 20. Kira-kira gambaran yang sama diperoleh dengan memodelkan proses ini dengan entalpi penjerapan, dikira agak baru dalam kerja teori untuk bahan-bahan ini. Gambar yang sama diperhatikan untuk sebatian dengan isotop tidak stabil tungsten dan dengan isotop molibdenum (mereka tidak ditunjukkan dalam gambar): maksimum pengedaran jatuh tepat di mana pengiraan teori telah diramalkan. Kebetulan ini memberikan keyakinan tambahan bahawa kaedah moden pengiraan sepenuhnya relativistik struktur atom berat mencukupi menggambarkan data eksperimen.

Sebagai kesimpulan, adalah berguna untuk melihat kajian ini dari pandangan mata burung. Biasanya elemen superheavy tidak stabil fizik minat demi pengetahuan baru dalam fizik nuklear. Bagaimanapun, kerana alam semulajadi membolehkan kita, unsur-unsur ini boleh digunakan untuk tujuan lain – untuk menguji seberapa baik kita boleh meramalkan kimia sifat-sifat atom sedemikian. Pengetahuan ini, pada gilirannya, kita tidak perlu dengan sendirinya, tetapi sebagai ujian tambahan bagi seluruh teori moden untuk menghitung struktur elektronik atom berat berkaitan dengan kesan relativistik. Oleh itu dari sini ikuti pelbagai aplikasi, dari penyelidikan semata-mata yang diterapkan ke sains asas yang paling tulen. Kimia transactinoids sekali lagi menggariskan bagaimana bidang fizik yang sangat berbeza dan disiplin yang berkaitan bersambung antara satu sama lain.

Sumber: J. Even et al. Sintesis dan pengesanan kompleks karbon carbonyl // Sains. 2014. V. 345. P. 1491-1493.

Lihat juga:
Seaborgium Hexacarbonyl Sg (CO) 6: Kompleks Carbonyl Pertama Unsur Superheavy – satu akaun yang lebih terperinci mengenai kerja yang sama.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: