Röntgénium

Sablon:Röntgénium/Táblázat A röntgénium a periódusos rendszer kémiai elemeinek egyike. Vegyjele Rg, rendszáma 111. A röntgénium rendkívül radioaktív, mesterséges elem (olyan elem, amely laboratóriumban előállítható, de a természetben nem fordul elő). A legstabilabb ismert izotópja a röntgénium-281, melynek felezési ideje Sablon:Szám. A röntgéniumot először 1994-ben állították elő a darmstadti GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH kutatóintézetben. Az elemet Wilhelm Conrad Röntgen (más írásmóddal: Roentgen), Nobel-díjas fizikus után nevezték el. A Magyar Tudományos Akadémia 2019. július 24-én kiadott ajánlásban javasolta a röntgénium nevet, noha az elem felfedezése óta a magyar nyelvhasználók szinte kizárólag a röntgenium alakot használták. A 2019-ben központilag előállított, minden magyar középiskolába 2019. augusztus végén kerülő fali periódusos rendszerben a röntgenium név szerepel.

A periódusos rendszerben a d-mező elemei közé, a transzaktinoidák (szuper-nehéz elemek) közé tartozik. A 7. periódus, 11. főcsoportjába tartozik; habár kísérletileg nem igazolt, hogy kémiailag az arany nehezebb homológjaként viselkedik. Az előrejelzések szerint tulajdonságaiban a könnyebb homológjaira – réz, ezüst és arany – hasonlít, bár azoktól bizonyos mértékig eltérhet.

Története

A röntgéniumot Wilhelm Röntgen fizikus után, a röntgensugárzás felfedezője után nevezték el

Hivatalos felfedezése

A röntgéniumot először egy Sigurd Hofmann vezette nemzetközi csoport szintetizálta a darmstadti (Németország) Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) kutatóintézetben, 1994. december 8-án. A kutatócsoport bizmut-209-et bombázott felgyorsított nikkel-64 atommagokkal, amikor egyetlen atomnyi röntgénium-272 izotópot észleltek:

${}_{\mathrm{8}\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{9}}\mathrm{B}\mathrm{i}\mathrm{+}{}_{\mathrm{2}\mathrm{8}}^{\mathrm{6}\mathrm{4}}\mathrm{N}\mathrm{i}\mathrm{\to }{}_{\mathrm{1}\mathrm{1}\mathrm{1}}^{\mathrm{2}\mathrm{7}\mathrm{2}}\mathrm{R}\mathrm{g}\mathrm{+}{}_{\mathrm{0}}^{\mathrm{1}}\mathrm{n}$

2001-ben a IUPAC/IUPAP Közös Munkacsoport (Joint Working Party – JWP) arra a következtetésre jutott, hogy akkor nem volt elegendő bizonyíték a felfedezésre. A GSI kutatócsoport 2002-ben megismételte a kísérletet, és további három atomot sikerült szintetizálni. 2003-as jelentésében a JWP úgy döntött, hogy az elem felfedezésének érdeme a GSI csoporté.

Elnevezése

A röntgénium (Rg) nevet a GSI javasolta 2004-ben, Wilhelm Röntgen fizikus, a röntgensugárzás felfedezőjének tiszteletére. A név jelölését az IUPAC (Elméleti és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója) 2004. november 4-én elfogadta, majd 2011. november 4-én hivatalosan is jóváhagyta. Ezt megelőzően a röntgéniumra az unununium ideiglenes névvel és az Uuu vegyjellel hivatkoztak.

Előrejelzett tulajdonságai

Fizikai jellemzők

A várakozások szerint a röntgénium szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotú, és ellentétben a könnyebb analógjaival, amelyek lapközepes köbös rácsban kristályosodnak, a röntgénium térközepes köbös szerkezetben (BCC) kristályosodik, köszönhetően az eltérő elektron-töltéssűrűségének. Nagyon nehéz fém, sűrűsége feltételezések szerint mintegy 28,7 g/cm³. Összehasonlításképpen, a legnehezebb ismert elem, amelynek megmérték a sűrűségét, az ozmium (22,61 g/cm³). Ez a röntgénium nagy atomtömegének, a lantanoida- és aktinoidakontrakciónak és a relativisztikus hatásoknak az együttes következménye; jóllehet mérhető minta előállítása kivihetetlen lenne, és gyorsan el is bomlana.

A 11. főcsoport stabil elemeinek, a réznek, az ezüstnek és az aranynak hasonló külső elektronszerkezete van: nd¹⁰ (n+1)s¹. Mindegyik felsorolt atom első gerjesztett állapota az nd⁹ (n+1)s² elektronszerkezet. A d-elektronok spin-pálya csatolása miatt ez az állapot több energiaszintre oszlik fel. A réz esetében az alapállapot és az első gerjesztett állapot közti energiakülönbség vöröses színt kölcsönöz a fémnek. Az ezüstnél az energia-rés kiszélesedik, így a fém ezüstössé válik. A rendszám növekedésével azonban a relativisztikus hatások stabilizálják a gerjesztett szinteket, így az aranynál ismét csökken az energiakülönbség, ezért a fém aranyszínű. A röntgénium esetében a számítások szerint a 6d⁹ 7s² olyan mértékben stabilizálódott, hogy ez válik az alapállapottá és a 6d¹⁰ 7s¹ lesz az első gerjesztett állapot. Az új alap- és gerjesztett állapot között tapasztalható energiakülönbség az ezüstéhez hasonló, ezért a röntgénium várhatóan ezüstös megjelenésű. A röntgénium atomsugara várhatóan mintegy 138 pm.

Kémiai jellemzők

A röntgénium az átmenetifémek 6d sorozatának kilencedik tagja. Mivel a koperníciumról (112-es elem) kimutatták, hogy átmenetifém; várhatóan az összes 104-112 rendszámú elem egy negyedik átmenetifém sorozatot alkot. A számítások szerint a röntgénium ionizációs potenciálja, az atom- és ionsugara hasonlít a könnyebb homológjáéra, az aranyéra; így alapvető tulajdonságaiban a 11. főcsoport tagjaira, a rézre, az ezüstre és az aranyra emlékeztethet. A számítások ugyanakkor néhány eltérést is megjósoltak.

A röntgénium az előrejelzések szerint nemesfém. A 11. főcsoport könnyebb elemeinek legstabilabb oxidációs állapotainak alapján, a röntgénium várhatóan stabil a +5, +3 és a -1 oxidációs állapotban, míg kevésbé stabil a +1 állapotban. Az előrejelzések szerint a +3 állapot a legstabilabb. A röntgénium(III) reaktivitása várhatóan összemérhető az arany(III)-mal, de annál sokkal stabilabb és több, változatosabb vegyületet alkot. Az arany relativisztikus hatások miatt valamivel stabilabb -1-es állapotot képez, és erre a röntgénium is képes lehet; azonban a röntgénium várható elektronaffinitása mintegy Sablon:Szám, azaz lényegesen alacsonyabb, mint az aranyé (Sablon:Szám), ezért elképzelhető, hogy a röntgenidek nem stabilak, vagy egyáltalán nem is léteznek. A 6d pályák a relativisztikus hatások és a spin-pálya kölcsönhatások miatt a negyedik átmenetifém sorozat végének közelében destabilizálódnak, így téve sokkal stabilabbá a magasabb oxidációs állapotokat – például a röntgénium(V)-öt és a kopernícium(IV)-et szemben a könnyebb homológjaiknál, az arany(V)-nél és a higany(IV)-nél (ezek mindegyikének csak egy vegyülete ismert) – mivel a 6d elektronok nagyobb mértékben vesznek részt a kötésekben. A spin-pálya kölcsönhatások a több kötésben részt vevő, 6d elektronokkal stabilizálják a molekuláris röntgéniumvegyületeket: például a Sablon:Chem várhatóan stabilabb, mint a Sablon:Chem, amely várhatóan stabilabb, mint a Sablon:Chem. A röntgénium(I)-et előreláthatólag nehéz elérni.

A röntgénium valószínűsített kémiája nagyobb érdeklődést kapott, mint az előző két elem, a meitnérium és a darmstadtium; mivel a 11. főcsoport elemei közül, az s vegyérték-alhéj relativisztikusan várhatóan a röntgéniumban kötődik a legerősebben. A molekuláris Sablon:Chem vegyület számításai azt mutatják, hogy a relativisztikus hatások megduplázzák a röntgénium-hidrogénkötés erejét, annak ellenére is, hogy a spin-pálya kölcsönhatás Sablon:Szám-al gyengíti azt. Az AuX és az RgX vegyületeket is megvizsgálták (ahol X: F, Cl, Br, O, Au, vagy Rg). Az Rg⁺ a várakozások szerint a leggyengébb bázis a fémionok közt, gyengébb még az Au⁺ ionnál is.

Kísérleti kémia

A röntgénium kémiai jellemzőit a röntgénium-izotóp termelő reakciók alacsony produktivitása miatt, még nem határozták meg egyértelműen. Ahhoz, hogy egy transzaktinoidán kémiai vizsgálatokat lehessen elvégezni, legalább négy atomot kell előállítani; valamint a felhasznált izotóp felezési ideje legalább Sablon:Szám és a termelési aránynak minimum Sablon:Szám kell legyen. Annak ellenére, hogy a legstabilabb ismert röntgénium izotóp, a Sablon:Chem felezési ideje mindössze Sablon:Szám, ez elég hosszú idő ahhoz, hogy a kémiai vizsgálatok lefolytathatóak legyenek. A valódi akadályt a termelési sebesség jelenti, amely jelenleg nem teszi lehetővé a heteken vagy hónapokon át tartó kísérletezést, és így nem érhetőek el statisztikailag szignifikáns eredmények. Az izotóp szétválasztásnak és detekciónak folyamatosnak kell lennie, hogy elválassza a röntgénium-izotópokat, majd egy automata rendszer kísérletezhessen a gázfázisú, illetve az oldatba vitt elemmel; mivel a nehezebb atomok termékhozamai kisebbek, mint a könnyű atomokéi. A röntgénium kísérleti kémiáját ugyanakkor nem övezi akkora figyelem, mint a nehezebb elemeket, például a koperníciumot és a fleróviumot.

Izotópjai

A röntgénium izotópjainak listája

Izotóp	Felezési idő	Bomlási mód	Felfedezés éve	Reakció
272Rg	Sablon:Sort	α	1994	209Bi(64Ni,n)
273Rg	Sablon:Sort	α ?	ismeretlen	—
274Rg	Sablon:Sort	α	2004	278Uut(—,α)
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α ?	ismeretlen	—
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α, SF ?	ismeretlen	—
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α, SF ?	ismeretlen	—
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α	2006	282Uut(—,α)
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α	2003	287Uup(—,2α)
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α	2003	288Uup(—,2α)
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α, SF	2009	293Uus(—,3α)
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α	2009	294Uus(—,3α)
Sablon:Chem	Sablon:Sort	α, SF ?	ismeretlen	—

A röntgéniumnak nincs stabil, a természetben előforduló izotópja. Számos radioaktív izotópját sikeresen szintetizálták laboratóriumban; vagy könnyebb elemek atommagjainak fúziójával, vagy nehezebb elemek közbenső bomlástermékeként. A röntgénium hét különböző izotópjáról számoltak be, melyek atomtömege 272, 274 és 278-282. Ezek közül kettő, a röntgénium-272 és a röntgénium-274 már ismert, de meg nem erősített metastabil állapottal rendelkezik. Minden izotópja alfa-bomló, kivéve a röntgénium-281-et, ami spontán hasad.

Stabilitás és felezési idő

A röntgénium minden izotópja rendkívül instabil, és radioaktív; általában a nehezebb izotópok sokkal stabilabbak, mint a könnyebbek. A legstabilabb és egyben a második legnehezebb ismert röntgéniumizotóp a Sablon:Chem, felezési ideje 26 s. A Sablon:Chem izotópról feljegyezték, hogy felezési ideje több, mint egy másodperc. A Sablon:Chem és a Sablon:Chem izotóp felezési ideje rendre 0,5 és 0,17 s. A fennmaradó négy izotóp felezési ideje 1 és 10 ms közötti. A felfedezetlen Sablon:Chem izotópról előrejelezték, hogy béta-bomló lévén a legstabilabb; azonban a röntgénium egyetlen ismert izotópjáról sem figyelték meg, hogy béta-bomláson menne keresztül. Az eddig ismeretlen Sablon:Chem és Sablon:Chem izotópok is várhatóan hosszú életűek, körülbelül 1 másodperc és 10 perc felezési idővel. A Sablon:Chem, a Sablon:Chem és a Sablon:Chem izotópok felfedezése előtt azt jósolták, hogy hosszú a felezési idejük (rendre 1 s, 1 perc és 4 perc); azonban bebizonyosodott, hogy ennél rövidebb életűek (rendre 4,2 ms, 26 s és 0,5 s). Sablon:-

Fordítás

• Sablon:Fordítás

További információk

• röntgénium a The Periodic Table of Videos c. műsorban (Nottinghami Egyetem)