Flerovijs

Flerovijs
114	4; 18; 32; 32; 18; 8; 2
	Fl; [289] g/mol
	[Rn]5f146d107s27p2
Oksidēšanas pakāpes	0, 1, 2, 4, 6 (prognozēts)
Blīvums	14 000 kg/m3
Kušanas temperatūra	340 K (67 °C) (prognozēts)
Viršanas temperatūra	420 K (147 °C) (prognozēts)

Flerovijs^[1] ir mākslīgi radīts ķīmiskais elements ar simbolu Fl un atomskaitli 114. Tas ir ļoti radioaktīvs 14. grupas transurāna elements. Tas ir viens no supersmagajiem elementiem, un tā eksistence pirmo reizi tika apstiprināta 1999. gadā Apvienotajā kodolpētniecības institūtā (JINR) Dubnā, Krievijā. Sākotnēji 114. elements tika prognozēts ar nosaukumu ekasvins, 1979. gadā tam tika ieteikts nosaukums ununkvadijs, bet 2011. gadā to oficiāli nosauca par fleroviju. Nosaukums ‘flerovijs’ tika piešķirts par godu padomju fiziķim Georgijam Fļorovam, kurš bija nozīmīgs kodolfizikas pētījumu attīstītājs.

Flerovijs tiek sintezēts laboratorijā, un dabā tas nav sastopams, jo tā kodoli ir ļoti nestabili un ātri sadalās radioaktīvās pārvērtībās. Līdz šim ir sintezēti vairāki flerovija izotopi, no kuriem stabilākais ir flerovijs-289 ar pussabrukšanas periodu aptuveni 2,7 sekundes.^[2] Lai gan flerovijs atrodas oglekļa grupā, eksperimentālie dati liecina, ka tā ķīmiskās īpašības var atšķirties no vieglākajiem grupas elementiem, piemēram, svina un alvas, jo relatīvistiskie efekti būtiski ietekmē tā atomu struktūru. Flerovija ķīmiskās īpašības vēl tiek pētītas, un tam līdz šim nav praktisku pielietojumu, taču tā sintēze sniedz nozīmīgu ieskatu smago elementu uzvedībā.

Vēsture

Ķīmiskais elements nosaukts Georgija Fļorova vārdā

Sākotnēji flerovijs bija prognozēts ķīmiskais elements Mendeļejeva periodiskajā tabulā ar nosaukumu ekasvins, jo tabulā atrodas tieši zem svina. 1979. gadā Starptautiskā teorētiskās un praktiskās ķīmijas savienība (IUPAC) ieteica elementu nosaukt par ununkvadiju (ķīmiskais simbols: Uuq), no viens-viens-četri latīņu valodā. Pirmo reizi šis elements tika sintezēts 1998. gada 20. decembrī un oficiāli apstiprināts 1999. gadā Apvienotajā kodolpētniecības institūtā (JINR) Dubnā, Krievijā. Elementu atklāja zinātnieku grupa, kuru vadīja Jurijs Oganesjans, sadarbojoties ar Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) pētniekiem no ASV. Flerovija sintēze tika veikta kodolsintēzes eksperimentā, ciklotronā bombardējot plutonija izotopu ²⁴⁴Pu ar kalcija izotopu ⁴⁸Ca. Eksperimenta rezultātā izdevās iegūt divus flerovija atomus, kuri sabruka dažu sekunžu laikā. Vēlākie eksperimenti apstiprināja sintēzes atkārtojamību un paplašināja zināšanas par šī elementa īpašībām.

Atklāšanas procesā būtisku lomu spēlēja starptautiskā sadarbība. JINR Dubnā jau iepriekš bija guvis pieredzi supersmago elementu sintēzē, izmantojot smago jonu paātrinātāju, savukārt LLNL nodrošināja teorētiskos aprēķinus un detektoru tehnoloģijas, kas ļāva precīzi noteikt jauno elementu. Šī sadarbība turpinājās arī citu smago elementu atklāšanā, tostarp livermorija un oganesona sintēzē. 2009. gadā Starptautiskā teorētiskās un praktiskās ķīmijas savienība (IUPAC) oficiāli apstiprināja flerovija atklāšanu, un 2012. gadā tas ieguva pašreizējo nosaukumu par godu Georgijam Fļorovam, kurš bija viens no padomju kodolfizikas pionieriem un JINR kodolpētniecības laboratorijas dibinātājs.

Līdz 2020. gadam bija radīti aptuveni 90 flerovija atomu.^[3]

Izotopi un sintēze

Flerovijs (Fl) ir mākslīgi sintezēts elements, un dabā tas nav sastopams. Līdz šim ir izdevies iegūt vairākus tā izotopus, kuriem ir īss pussabrukšanas periods un augsta radioaktivitāte. Sintezētie izotopi ietver ²⁸⁴Fl, ²⁸⁵Fl, ²⁸⁶Fl, ²⁸⁷Fl, ²⁸⁸Fl un ²⁸⁹Fl.^[2] No tiem stabilākais ir ²⁸⁹Fl_m, kura pussabrukšanas periods ir aptuveni 2,7 sekundes,^[2] padarot to par relatīvi ilgāk dzīvojošu salīdzinājumā ar citiem flerovija izotopiem. Izotopa ²⁸⁹Fl pussabrukšanas periods ir 0,97 sekundes.^[2]

Flerovijs tika sintezēts, izmantojot smago jonu kodolsintēzi, kurā vieglāks kodols tiek paātrināts un sadursmē apvienots ar smagāku kodolu. Veiksmīgākie sintēzes eksperimenti tika veikti Apvienotajā kodolpētniecības institūtā (JINR) Dubnā, Krievijā, sadarbojoties ar Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) no ASV. Visbiežāk flerovijs tiek iegūts, bombardējot plutonija-244 (²⁴⁴Pu) vai plutonija-242 (²⁴²Pu) mērķi ar kalcija-48 (⁴⁸Ca) joniem, jo tas nodrošina labvēlīgākus sintēzes apstākļus, piemēram:

244
94Pu + 48
20Ca → 292
114Fl* → 289
114Fl + 3 1
0n

Šajā reakcijā primāri iegūtais ²⁹²Fl kodols ir nestabils un izstaro trīs neitronus, veidojot ²⁸⁹Fl, kas ir viens no ilgāk dzīvojošajiem flerovija izotopiem.

Flerovijs pieder supersmagajiem elementiem, kas atrodas iespējamās stabilitātes salas rajonā, kur tiek prognozēti elementi ar salīdzinoši ilgāku pussabrukšanas laiku.^[4]^[5] Tiek pieļauts, ka izotopa ²⁹⁸Fl pussabrukšanas periods varētu būt salīdzinoši stipri lielāks, jo protonu skaits (114) un neitronu skaits (184) ir tā saucamie maģiskie skaitļi.^[6] Tomēr eksperimentālie dati rāda, ka pat visstabilākie flerovija izotopi sadalās dažu sekunžu laikā. Visbiežāk flerovija izotopi sabrūk, alfa sabrukšanas ceļā, emitējot alfa daļiņu (⁴He) un pārvēršoties par vieglāku elementu, piemēram, kopernikiju (Cn):

289
114Fl → 285
112Cn + α

Dažos gadījumos izotopi var arī spontāni sabrukt, sadaloties mazākos kodolos un izdalot enerģiju.

Eksperimenti ar fleroviju turpinās, lai precizētu tā ķīmiskās un kodolfiziskās īpašības, kā arī, lai noskaidrotu, vai stabilitātes salā pastāv elementi ar vēl ilgāku pussabrukšanas laiku.

Ķīmiskās un fizikālās īpašības

Flerovijs (Fl) ir smagākais zināmais 14. grupas elements, kurā ietilpst arī ogleklis (C), silīcijs (Si), germānijs (Ge), alva (Sn) un svins (Pb). Lai gan flerovijam teorētiski vajadzētu izpausties kā smagam svina analogam, relatīvistiskie efekti būtiski maina tā īpašības. Šo efektu dēļ tā elektronu orbitāļu uzvedība atšķiras no vieglākiem grupas elementiem, kas padara fleroviju mazāk reaktīvu un potenciāli gaistošāku nekā svinu.

Tā kā flerovijs ir mākslīgi sintezēts un ļoti īslaicīgs elements, tā fizikālās īpašības nav tieši izmērītas, bet tās ir modelētas teorētiski.^[7]^[8] Aprēķini liecina, ka flerovijs varētu būt ciets metāls ar augstu blīvumu (~14 g/cm³), tomēr ir arī spekulācijas, ka tas varētu uzvesties līdzīgi cēlgāzēm, jo tam ir relatīvi stabila ārējā elektronu apvalka konfigurācija. Eksperimentālie pētījumi par flerovija gaistamību ir devuši pretrunīgus rezultātus. Sākotnējie eksperimenti 2007. un 2008. gadā norādīja, ka flerovijs varētu uzvesties līdzīgi cēlgāzēm, kas liecina par ļoti zemu reaktivitāti un augstu gaistamību.^[7] Tomēr vēlākie pētījumi, piemēram, 2012. gadā veiktais eksperiments GSI Helmholtz smago jonu pētījumu centrā (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung), parādīja, ka flerovijam piemīt metāliskas īpašības, kas ir raksturīgas gaistošiem metāliem.^[8]^[4] Šie pretrunīgie rezultāti liecina, ka flerovija ķīmiskās īpašības vēl nav pilnībā izprastas, un ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai precizētu tā uzvedību. Tas norāda, ka flerovijs varētu veidot vājākas saites ar citiem elementiem, nekā sākotnēji prognozēts.

Tāpat kā pārējiem 14. grupas elementiem, flerovijam teorētiski būtu jābūt raksturīgām oksidēšanās pakāpēm +4 un +2, līdzīgi kā svinam. Tomēr relatīvistiskie efekti stabilizē 7s² elektronu pāri, padarot +2 oksidēšanās pakāpi stabilāku nekā +4, kas ir līdzīgs efekts kā svinam, bet vēl izteiktāks. Eksperimentālie pētījumi ar flerovija savienojumiem ir ļoti ierobežoti, taču teorētiskie modeļi prognozē, ka flerovijs varētu veidot šādas savienojumu klases:

flerovija(II) oksīds (FlO), kas ir stabilāks nekā FlO₂, kas ir atšķirīgi no vieglākiem 14. grupas elementiem;
flerovija(II) hlorīds (FlCl₂), kas būtu analogs svina(II) hlorīdam, bet potenciāli mazāk reaktīvs;
flerovija fluorīdi (FlF₂ un FlF₄), kas varētu eksistēt, taču mazāk stabili nekā svina fluorīdi.

Tā kā flerovijs ir ļoti radioaktīvs un tā atomu skaits sintēzes eksperimentos ir ļoti mazs, eksperimentālie dati par tā ķīmiskajām reakcijām vēl nav pilnībā iegūti. Zinātnieki turpina pētīt fleroviju un tā savienojumus, lai labāk izprastu supersmago elementu ķīmiju un to, cik lielā mērā relatīvistiskie efekti ietekmē tā īpašības.

Atsauces

↑ «Flerovijs». Akadēmiskā terminu datubāze. Skatīts: 2020. gada 3. augustā.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 «Isotopes of the Element Flerovium» (angļu). Jefferson Lab. Skatīts: 2025. gada 10. martā.
↑ Chemical Elements Pocket Guide: Detailed Summary of the Periodic Table. Coventry House Publishing. 2020. 114. lpp. ISBN 978-1-733-83779-8.
↑ ^4,0 ^4,1 Kratz, J. V. (2012). "The impact of the properties of the heaviest elements on the chemical and physical sciences". Radiochimica Acta 100 (8-9): 477-487. doi:10.1524/ract.2012.1963.
↑ Hoffman, D. C., Ghiorso, A., & Seaborg, G. T. The Transuranium People: The Inside Story. Imperial College Press, 2000. ISBN 978-1860940873.
↑ Richard Rennie, Jonathan Law. A Dictionary of Chemistry (7 ed.). Oxford University Press, 2016. 229. lpp. ISBN 9780198722823.
↑ ^7,0 ^7,1 Eichler, R., Aksenov, N. V., Albin, Y. V., Belozerov, A. V., Bozhikov, G. A., Chepigin, V. I., ... & Yeremin, A. V. (2010). "Indication for a volatile element 114". Radiochimica Acta 98 (3): 133-139. doi:10.1524/ract.2010.1705.
↑ ^8,0 ^8,1 Yakushev, A., Gates, J. M., Türler, A., Schädel, M., Düllmann, C. E., Eichler, R., ... & Kratz, J. V. (2014). "Superheavy element flerovium (element 114) is a volatile metal". Inorganic Chemistry 53 (3): 1624-1629. doi:10.1021/ic4026766.