Лоренцијум

Лоренцијум

Општа својства
Име, симбол	лоренцијум, Lr
Изглед	сребрнаст (предвиђено)[1]
У периодноме систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон Lu ↑ Lr ↓ (Ups) нобелијум ← лоренцијум → радерфордијум ‍
Атомски број (Z)	103
Група, периода	група Н/Д, периода 7
Блок	d-блок
Категорија	актиноид
Рел. ат. маса (Ar)	262,10961[2]
Масени број	266 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
Физичка својства
Агрегатно стање	чврст (предвиђено)
Тачка топљења	1900 K ​(1627 °‍C, ​2961 °F) (предвиђено)
Густина при с.т.	~15,6–16,6 g/cm^3 (предвиђено)[3][4]
Атомска својства
Електронегативност	1,3 (предвиђено)[5]
Енергије јонизације	1: 478,6 kJ/mol[6] 2: 1428,0 kJ/mol (предвиђено) 3: 2219,1 kJ/mol (предвиђено)
Остало
Кристална структура	​збијена хексагонална (HCP) (предвиђено)[7]
CAS број	22537-19-5
Историја
Именовање	по Ернесту Лоренсу
Откриће	Национална лабораторија Лоренс Беркли и Заједнички институт за нуклеарна истраживања (1961–1971)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР ^254Lr syn 13 s 78% α ^250Md 22% ε ^254No ^255Lr syn 21,5 s α ^251Md ^256Lr syn 27 s α ^252Md ^259Lr syn 6,2 s 78% α ^255Md 22% СФ ^260Lr syn 2,7 мин α ^256Md ^261Lr syn 44 мини СФ/ε? ^262Lr syn 3,6 h ε ^262No ^266Lr syn 10 h СФ

Лоренцијум (Lr, лат. lawrencium) синтетички је хемијски елемент, из групе актиноида са атомским бројем 103.^[8][9] Име је добио по презимену физичара Ернеста Лоренца, оснивачу циклотрона, уређаја који је кориштен за откривање многих вештачких радиоактивних елемената.

Име је добио по презимену физичара Ернеста О. Лоенса, изумитељу циклотрона, уређаја који се користио за откриће многих вештачких радиоактивних елемената. Радиоактивни метал, лоренцијум је 11. трансуранијски елемент а такође и последњи члан серије актиноида. Као и сви елементи са атомским бројем већим од 100, и он се може добити само у убрзивачу честица путем бомбардовања наелектрисаним честицама лакших елемената. До данас је познато 12 изотопа лоренцијума, међу којима је најстабилнији ²⁶⁶Lr са временом полураспада од 11 сати, док се изотоп ²⁶⁰Lr нешто краћег животног века (време полураспада од 2,7 минута) много више користи у хемији јер се може произвести у много већим количинама.

Хемијски експерименти су потврдили да се лоренцијум доиста понаша као тежи хомолог елемента лутецијума у периодном систему елемената, те је тровалентни елемент. Стога би се такође могао класификовати и као први прелазни метал 7. периоде. Међутим, очекује се да је његова електронска конфигурација донекле аномална за његово место у периодном систему, јер има конфигурацију s²p уместо конфигурације s²d какву има његов хомолог лутецијум. Ово значи да би лоренцијум могао бити мање волатилан него што би се то очекивало на основу његовог места у периодном систему, те би се његова волатилност могла упоредити са оном код олова.

Током 1950-их па све до 1970-их, постојале су многобројне тврдње из лабораторија из Совјетског савеза и САД о успешном синтетисању елемента 103 различите стабилности. Прво откриће и част за доделу имена новом елементу били су предмет спора између совјетских и америчких научника, све док IUPAC није одредио име лоренцијум као званично те част открића дао америчком тиму научника, што је 1997. године промењено, те су оба тима поделила част открића елемента, али је име елемента остало непромењено.

Особине

Физичке

Нобеловац Ернест О. Лоренс, по којем је елемент добио име

Лоренцијум је посљедњи члан серије актиноида, а понекад се сматра и елементом из 3. групе, заједно са скандијумом, итријумом и лутецијумом, јер се очекује да му његова попуњена f-љуска даје особине прелазних метала 7. периоде. У периодном систему елемената, он се налази десно од актиноида нобелијума, а лево од 6d прелазног метала радерфордијума, те испод лантаноида лутецијума с којим дели многе физичке и хемијске особине. Очекује се да је лоренцијум у чврстом стању под нормалним условима и сматра се да има хексагоналну густо паковану кристалну структуру (^c/_a = 1,58), сличну свом лакшем конгенеру лутецијуму, мада то још није поуздано доказано експериментима.^[7]

Енталпија сублимације лоренцијума се процењује на 352 kJ·mol⁻¹, што је блиска вредност као и код лутецијума, што снажно сугерира да је метални лоренцијум тровалентан са делокализираним електронима 7s и 7p_1/2 (или 6d), што је блиско предвиђањима из систематске екстраполације вредности топлоте испаравања, модула еластичности и атомске запремине суседних елемената лоренцијума.^[10] Конкретно, очекује се да је лоренцијум тровалентни сјајни метал, који се лако оксидује на ваздуху, као и у присуству водене паре и киселина,^[1] те има атомску запремину сличну лутецијуму и тровалентни метални радијус од 171 pm.^[10] Такође се предвиђа да има тачку топљења на око 1900 K (1627 °C), што није велика разлика од вредности за лутецијум (1925 K).^[11]

Хемијске

Амерички научник Глен Т. Сиборг, који је осмислио концепт актиноида којим елементи од атомског броја 89 (актинијум) до елемента 103 формирају серију хомологну серији лантаноида од елемента 57 (лантан) до 71, предвидео је 1949. године да би елемент 103 (лоренцијум) могао бити посљедњи члан ове серије те да би јон Lr³⁺ требао бити толико стабилан попут јона Lu³⁺ у воденим растворима. Тек неколико деценија касније, елемент 103 је успешно синтетисан те су ова предвиђања и експериментално потврђена.^[10]

Студије проведене са овим елементом 1969. показале су да лоренцијум реагује са хлором дајући производ који би највероватније могао бити трихлорид LrCl₃. Сматра се да би његова волатилност могла бити слична као и код хлорида киријума, фермијума и нобелијума, а много мања него код радерфордијум хлорида. Хемијске студије 1970. извршене са 1500 атома изотопа ²⁵⁶Lr, успоређивале су га са двовалентним (No, Ba, Ra), тровалентним (Fm, Cf, Cm, Am, Ac) и четворовалентним (Th, Pu) елементима. Пронађено је да се лоренцијум коекстрахира са тровалентним јонима, али је кратко време полураспада изотопа ²⁵⁶Lr потврдило предвиђање да се он издваја пре јона Md³⁺ у секвенци елуције.^[10] Лоренцијум се јавља као тровалентан јон Lr³⁺ у воденим растворима и стога би његова једињења требала бити слична као она код других тровалентних актиноида: на пример, лоренцијум(III) флуорид (LrF₃) и хидроксид (Lr(OH)₃) би требали бити нерастворљиви у води.^[10]

Због контракције актиноида, јонски радијус Lr³⁺ би требао бити мањи од Md³⁺, те стога би се требао издвајати пре Md³⁺ уколико се као елуант користи амонијум α хидроксиизобутират (амонијум α-HIB).^[10] Каснији експерименти из 1987. на дуговечнијем изотопу ²⁶⁰Lr потврдили су да је лоренцијум тровалентан и да се елуира угрубо на исто место као ербијум, те је пронађено да је јонски радијус лоренцијума (88,6 ± 0,3) pm, већи него што је очекивано путем једноставне екстраполације из периодних трендова.^[10] Експерименти из 1988. са више атома лоренцијума су детаљније одредили ову вредност на (88,1 ± 0,1) pm и израчунали вредност енталпије хидрације на −(3685 ± 13) kJ·mol⁻¹.^[10] Такође указано је на чињеницу да је контракција актиноида на крају серије актиноида већа него аналогна контракција лантаноида, са изузетком последњег актиноида, лоренцијума. Претпоставља се да би разлог за то могли бити релативистички ефекти.^[10]

Претпоставља се да су 7s електрони релативистички стабилизовани, тако би у условима редукције, били јонизовани само 7p_1/2 или 6d електрони, што би довело до једновалентног Lr⁺ јона. Међутим, сви експерименти да се редукује јон Lr³⁺ до Lr²⁺ или Lr⁺ у воденом раствору, били су неуспешни. На основу овог, израчунат је стандардни електродни потенцијал од пара E°(Lr³⁺→Lr¹⁺) који је мањи од −1,56 V, што указује да постојање Lr⁺ јона у воденом раствору није могуће. Горња граница пара E°(Lr³⁺→Lr²⁺) се процењује на 0,44 V: вредности за E°(Lr³⁺→Lr⁰) и E°(Lr⁴⁺→Lr³⁺) претпостављене су да износе −2,06 V и +7,9 V.^[10] Стабилност групе оксидацијских стања у 6d прелазној серији је највиша за лоренцијум, те се смањује редом Lr³⁺ > Rf⁴⁺ > Db⁵⁺ > Sg⁶⁺.^[12]

Изотопи

Познато је дванаест изотопа лоренцијума, са масеним бројевима од 252 до 262, те 266. Сви изотопи су радиоактивни.^[13][14] Осим њих, познат је и један нуклеарни изомер са масеним бројем 253.^[13] Изотоп са најдужим веком је ²⁶⁶Lr, има време полураспада од 11 сати и један је од најдуговечнијих супертешких изотопа који су до данас познати, што сугерише да се налази на обали „острва стабилности” супертешких језгара.^[15] Међутим, у хемијским експериментима обично се користе изотопи краћег века, јер се ²⁶⁶Lr тренутно може произвести само као коначни производ распада још тежих елемената који се тешко могу синтетисати. Овај изотоп пронађен је 2014. године у ланцу распада изотопа тенесина-294.^[13][14]

Изотоп ²⁵⁶Lr (време полураспада 27 s) се користио у првим хемијским студијама о лоренцијуму. Данас се у ове сврхе обично користи изотоп ²⁶⁰Lr са нешто дужим временом полураспада (2,7 минута).^[13] После изотопа ²⁶⁶Lr, изотопи са најдужим временима полураспада су ²⁶²Lr (3,6 h), ²⁶¹Lr (44 min), ²⁶⁰Lr (2,7 min), ²⁵⁶Lr (27 s) и ²⁵⁵Lr (22 s).^[13][16][17] Сви остали изотопи лоренцијума имају времена полураспада краћа од 20 секунди, а најкраће међу њима има изотоп ²⁵²Lr, чије време полураспада износи само 390 ms.^[13][16][17] Међутим, за још неоткривене изотопе са масеним бројевима од 263 до 265 очекује се да имају дужа времена полураспада (²⁶³Lr, 5 h; ²⁶⁴Lr и ²⁶⁵Lr, 10 h).^[16][17] Времена полураспада изотопа лоренцијума се углавном равномерно повећавају идући од ²⁵²Lr до ²⁶⁶Lr, уз одређени пад од изотопа ²⁵⁷Lr до ²⁵⁹Lr.^[13][16][17]

Референце

1. Emsley, John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (New изд.). New York, NY: Oxford University Press. стр. 278–9. ISBN 978-0-19-960563-7. 
2. Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
3. Fournier, Jean-Marc (1976). „Bonding and the electronic structure of the actinide metals”. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 37 (2): 235—244. Bibcode:1976JPCS...37..235F. doi:10.1016/0022-3697(76)90167-0. 
4. Penneman, R. A.; Mann, J. B. (1976). „'Calculation chemistry' of the superheavy elements; comparison with elements of the 7th period”. Proceedings of the Moscow Symposium on the Chemistry of Transuranium Elements: 257—263. doi:10.1016/B978-0-08-020638-7.50053-1. 
5. Brown, Geoffrey (2012). The Inaccessible Earth: An integrated view to its structure and composition. Springer Science & Business Media. стр. 88. ISBN 9789401115162. 
6. http://cen.acs.org/articles/93/i15/Lawrencium-Ionization-Energy-Measured.html?cq_ck=1428631698138
7. Östlin, A.; Vitos, L. (2011). „First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals”. Physical Review B. 84 (11). Bibcode:2011PhRvB..84k3104O. doi:10.1103/PhysRevB.84.113104. 
8. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
9. Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
10. Silva, str. 1644.
11. Lide, D. R. (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84 изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-8493-0484-9. 
12. Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria (2006). „Transactinides and the future elements”. Ур.: Lester R. Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3 изд.). Dordrecht, Holandija: Springer Science+Business Media. стр. 1686. ISBN 1-4020-3555-1. 
13. Silva, str. 1642.
14. Khuyagbaatar J; Yakushev, A.; Düllmann, Ch. E.; et al. (2014). „Phys. Rev. Lett. 112, 172501 (2014) - Ca48+Bk249 Fusion Reaction Leading to Element Z=117: Long-Lived α-Decaying Db270 and Discovery of Lr266”. Physical Review Letters. Journals.aps.org. 112 (17). doi:10.1103/PhysRevLett.112.172501. Приступљено 8. 5. 2014. 
15. Clara Moskowitz (7. 5. 2014). „Superheavy Element 117 Points to Fabled "Island of Stability" on Periodic Table”. Scientific American. Приступљено 8. 5. 2014. 
16. Universal Nuclide Chart
17. Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nucl. Phys. A. 729: 3—128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Архивирано из оригинала (PDF) 20. 7. 2011. г. Приступљено 1. 11. 2014. 

Литература

• Silva, Robert J. (2011). „Chapter 13. Fermium, Mendelevium, Nobelium, and Lawrencium”. Ур.: Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Netherlands: Springer. ISBN 978-94-007-0210-3. doi:10.1007/978-94-007-0211-0_13. 
• Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; et al. (2017). „The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties”. Chinese Physics C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. 
• Beiser, A. (2003). Concepts of modern physics (6th изд.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC 48965418. 
• Hoffman, D. C.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T. (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). „Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?”. Journal of Physics: Conference Series. 420 (1): 012001. Bibcode:2013JPhCS.420a2001Z. ISSN 1742-6588. arXiv:1207.5700 . doi:10.1088/1742-6596/420/1/012001. 

Спољашње везе

• „Chart of Nuclides”. National Nuclear Data Center (NNDC). Архивирано из оригинала 10. 10. 2018. г. Приступљено 21. 08. 2014. 
• Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division: Periodic Table – Lawrencium
• Lawrencium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division: Periodic Table – Lawrencium