Унунтрий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
113 КоперницийУнунтрийФлеровий
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
113Uut
Unknown.svg
Electron shell 113 Ununtrium.svg
Свойства атома
Название, символ, номер

Уну́нтрий / Ununtrium (Uut), 113

Группа, период, блок

13, 7, p

Атомная масса
(молярная масса)

(286) а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

предположительно [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p1

Радиус атома

170 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

172—180 пм

Энергия ионизации

1‑я: 704,9 кДж/моль (эВ)
2‑я: 2238,5 кДж/моль (эВ)
3‑я: 3203,3 кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

16 г/см³

Температура плавления

700 K

Температура кипения

1430 K

Уд. теплота плавления

7,61 кДж/моль

Уд. теплота испарения

130 кДж/моль

Прочие характеристики
Номер CAS

54084-70-7

113
Унунтрий
Uut
(284)
5f146d107s27p1

Уну́нтрий (лат. Ununtrium, Uut) или эка-таллий[1] — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы III группы), 7 периода периодической системы. Атомный номер — 113. Атомная масса — [286] (по наиболее устойчивому из известных изотопов286Uut). Радиоактивен. Временное систематическое название «унунтрий» и обозначение Uut после формального подтверждения открытия элемента будут заменены на постоянное название и обозначение, предложенные первооткрывателями и утверждённые ИЮПАК.

История открытия[править | править вики-текст]

В феврале 2004 года были опубликованы результаты экспериментов, проводившихся с 14 июля по 10 августа 2003 года, в результате которых был получен 113-й элемент[2][3]. Исследования проводились в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна, Россия) на циклотроне У-400 c использованием дубненского газонаполненного сепаратора ядер отдачи (DGFRS) совместно с Ливерморской национальной лабораторией (США). В этих экспериментах в результате бомбардировки мишени из америция ионами кальция были синтезированы изотопы элемента 115: три ядра 288Uup и одно ядро 287Uup. Все четыре ядра в результате α-распада превратились в изотопы элемента 113 (284Uut и 283Uut). Ядра элемента 113 претерпели дальнейший α-распад, превратившись в изотопы элемента 111. Цепочка последовательных α-распадов привела в результате к спонтанно делящимся ядрам элемента 105 (дубний).

В 2004 и 2005 годах в ОИЯИ (в коллаборации с Ливерморской национальной лабораторией) были проведены эксперименты по химической идентификации конечного продукта распада цепочки 288115 → 284113 → 280111 → 276109 → 272107 → 268105, долгоживущего (около 28 часов) изотопа 268Db. Эксперименты, в которых было исследовано ещё 20 событий, подтвердили синтез 115-го и 113-го элементов[4].

В сентябре 2004 года о синтезе изотопа 113-го элемента 278Uut в количестве одного атома объявила группа из института RIKEN, Япония[5]. Они использовали реакцию слияния ядер цинка и висмута. В итоге за 8 лет японским учёным удалось зарегистрировать 3 события рождения атомов унунтрия: 23 июля 2004, 2 апреля 2005 и 12 августа 2012[6].

Два атома ещё одного изотопа — 282Uut — были синтезированы в ОИЯИ в 2007 году в реакции 237Np + 48Ca → 282Uut + 3 1n[7].

Ещё два изотопа — 285Uut и 286Uut были синтезированы в ОИЯИ в 2010 году как продукты двух последовательных α-распадов унунсептия.

В 2013 году атомы унунтрия были получены группой из Лундского университета в Институте тяжёлых ионов в ходе экспериментов, подтвердивших синтез унупентия по методике, использованной российско-американской группой в Дубне[8]. В 2015 году такой же синтез успешно повторили в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли[9].

Воспроизведение синтеза методом холодного слияния, использованного японскими учёными, ни одна лаборатория пока не проводила в виду её низкой эффективности.

30 декабря 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 113-ого элемента и приоритет в этом учёных из RIKEN.[10] Таким образом, 113-й элемент стал первым, открытым в Японии и вообще в азиатской стране. Предполагается, что ему могут дать название «японий» или «рикений»[11].

Получение[править | править вики-текст]

Изотопы унунтрия были получены в результате α-распада изотопов унунпентия[3]:

\,^{288}_{115}\mathrm{Uup} \, \to \,{}^{284}_{113}\mathrm{Uut} + \, ^4_2\mathrm{He} \; ,

\,^{287}_{115}\mathrm{Uup} \, \to \,{}^{283}_{113}\mathrm{Uut} + \, ^4_2\mathrm{He} \; ,

\,^{289}_{115}\mathrm{Uup} \, \to \,{}^{285}_{113}\mathrm{Uut} + \, ^4_2\mathrm{He} \; ,

\,^{290}_{115}\mathrm{Uup} \, \to \,{}^{286}_{113}\mathrm{Uut} + \, ^4_2\mathrm{He} \; ,

а также в результате ядерных реакций

\,^{237}_{93}\mathrm{Np} + \,^{48}_{20}\mathrm{Ca} \, \to \,{}^{282}_{113}\mathrm{Uut} + 3 \; ^1_0\mathrm{n} \; [7],

\,^{209}_{83}\mathrm{Bi} + \,^{70}_{30}\mathrm{Zn} \, \to \,{}^{278}_{113}\mathrm{Uut} + \; ^1_0\mathrm{n} \; [5].

Известные изотопы[править | править вики-текст]

Изотоп Масса Период полураспада Тип распада Число зарегистрированных событий
278Uut 278 0,24+1,14−0,11 мс[12] α-распад в 274Rg 1[5]
282Uut 282 73+134−29 мс[7] α-распад в 278Rg 2[7]
283Uut 283 100+490−45 мс[12] α-распад в 279Rg 1[3]
284Uut 284 0,48+0,58−0,17 с[12] α-распад в 280Rg 23[3][4]
285Uut 285 5,5 с[12] α-распад в 281Rg 10
286Uut 286 19,6 с[12] α-распад в 282Rg 1

Физические и химические свойства[править | править вики-текст]

Унунтрий принадлежит к подгруппе бора, следуя в ней после таллия. Унунтрий предположительно является тяжёлым (с плотностью ≈ 16 г/см3) непереходным металлом.

Как и все металлы подгруппы бора (начиная с алюминия), он будет весьма легкоплавок. Расчётная температура плавления унунтрия ≈430 °C (немного выше таллия, который плавится при 304 °C).

Расчётные химические свойства унунтрия предполагаются очень интересными. Ожидается, что унунтрий будет существенно менее реакционноспособным, чем таллий (свойства которого ближе к щелочным металлам), и будет больше похож не на него, а на металлы побочной подгруппы I группы — медь или серебро[13]. Причиной этого служат релятивистские эффекты взаимодействия одного 7p-электрона с двумя 7s2 электронами, которые повышают энергию ионизации унунтрия до 704,9 кДж/моль, что гораздо выше энергии ионизации таллия (589,4 кДж/моль)[14].

Унунтрий обладает самым сильным сродством к электрону среди всей подгруппы бора (0,64 эВ). Поэтому он может быть и окислителем, в отличие от всех предыдущих элементов. Присоединяя один электрон, унунтрий приобретает стабильную электронную конфигурацию флеровия, поэтому он может проявлять некоторое сходство с галогенами, давая унунтриды — соли, где имеется анион Uut. Такие соли, впрочем, будут проявлять довольно сильные восстановительные свойства, однако гипотетическое соединение UutUus с унунсептием будет на самом деле иметь вид UusUut — унунтрий будет окислителем, а унунсептий восстановителем[15].

Степень окисления унунтрия +1 возможна и, как и у таллия, будет наиболее устойчивой степенью окисления; однако отличия от химии таллия весьма значительны. Так, ожидается, что гидроксид унунтрия, в отличие от гидроксида таллия, будет слабым основанием, легко разлагающимся до Uut2O (возможно, он и вовсе не будет существовать, как гидроксид серебра). В отличие от галогенидов таллия, которые хорошо растворимы в воде, моногалогениды унунтрия, подобно хлориду серебра, в воде будут малорастворимыми либо вовсе нерастворимыми.

Кроме степеней окисления −1 и +1, унунтрий сможет проявлять степени окисления +2, +3 и даже +5, что противоречит порядку группы. Однако дальнейшее окисление унунтрия осуществляется не с помощью 7s2 электронов, на распаривание которых требуется слишком много энергии, а за счёт 6d-электронной оболочки. Поэтому соединения унунтрия в степени окисления +3 не будут похожи на соединения более лёгких аналогов в этой степени окисления. С учётом тенденции, эта степень окисления унунтрия будет относительно малоустойчивой, и унунтрий сможет образовывать её, как правило, с сильными электроотрицательными элементами (фтор, хлор, кислород). Форма молекулы будет Т-образной, а не треугольной, как соли других элементов подгруппы бора в степени окисления +3.

Высшая степень окисления +5 теоретически возможна, но только со фтором и в жёстких условиях, подобно фториду золота(V), и, вероятно, она будет нестабильна. Однако предполагается существование аниона UutF6-, который будет стабилен в составе гипотетических солей фторунунтриевой кислоты.

Название[править | править вики-текст]

Название дано по порядковому номеру (искусственно образовано из корней латинских числительных; Ununtrium — дословно «одно-одно-третий», или сто тринадцатый). Название временное и в дальнейшем будет изменено.

Синтезировавшие элемент учёные из российского наукограда Дубна предлагали назвать его беккерелием (Bq) в честь открывателя радиоактивности Анри Беккереля (ранее этим же названием предлагалось назвать 110-й элемент, который стал дармштадтием[16]). Учёные из Японии предложили назвать элемент японием (Japonium, Jp), нисинанием (Nishinanium, Nh) — в честь физика Ёсио Нисина), или рикением (Rikenium, Rk) — в честь института RIKEN[17][18].

Метод горячего слияния, использованный учёными из ОИЯИ, оказался намного эффективнее метода холодного слияния, использованного учёными из RIKEN, позволив получить несколько десятков атомов унунтрия против трёх у японцев. Кроме того, российско-американские эксперименты были успешно воспроизведены в Дармштадте и Беркли. Тем не менее, рабочая группа IUPAC/IUPAP склоняется к признанию приоритета японских учёных в открытии, поскольку полученные ими лёгкие изотопы унунтрия в ходе своего распада превращались в хорошо изученные изотопы, в частности 266Bh, а распады тяжёлых изотопов унунтрия, получаемых методом горячего слияния, происходят через новые, никогда ранее не наблюдавшиеся изотопы. Также у рабочей группы возникли сомнения в возможности химически отличить дубний от резерфордия методом, использованным учёными ОИЯИ при анализе продуктов распада изотопов унунтрия и унунпентия[19].

В августе 2015 года на съезде IUPAC в Пусане было объявлено, что рабочая группа уже подготовила доклад о об элементах под номерами 113, 115, 117 и 118[20].

В декабре 2015 года было объявлено, что окончательное решение о приоритете открытия и названии химического элемента № 113 будет принято в январе 2016 года на заседании Международного союза теоретической и прикладной химии. При этом сообщается, что приоритет будет отдан команде исследователей RIKEN, и элемент получит название японий[21].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Eliav Ephraim, Kaldor Uzi, Ishikawa Yasuyuki, Seth Michael, Pyykkö Pekka Calculated energy levels of thallium and eka-thallium (element 113) // Physical Review A. — 1996. — Vol. 53. — P. 3926-3933. — ISSN 1050-2947. — DOI:10.1103/PhysRevA.53.3926. исправить
  2. Yu. Ts. Oganessian et al. Experiments on the synthesis of element 115 in the reaction 243Am(48Ca, xn)291–x115 // Physical Review C. — 2004. — Vol. 69. — P. 021601.
  3. 1 2 3 4 Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of elements 115 and 113 in the reaction 243Am+48Ca // Physical Review C. — 2005. — Vol. 72. — P. 034611.
  4. 1 2 N. J. Stoyer et al. Chemical Identification of a Long-Lived Isotope of Dubnium, a Descendant of Element 115 // Nuclear Physics A. — 2007. — Vol. 787, № 1—4. — P. 388-395.
  5. 1 2 3 Kosuke Morita et al. Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction 209Bi(70Zn, n)278113 (англ.) // Journal of the Physical Society of Japan. — 2004. — Vol. 73, no. 10. — P. 2593—2596.
  6. Kosuke Morita1 et al. New Result in the Production and Decay of an Isotope, 278113, of the 113th Element (англ.) // Journal of the Physical Society of Japan. — 2012. — Vol. 81, no. 103201. — P. 1—4.
  7. 1 2 3 4 Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of the isotope 282113 in the 237Np+48Ca fusion reaction // Physical Review C. — 2007. — Vol. 76. — P. 011601.
  8. D. Rudolph et al. Spectroscopy of element 115 decay chains (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2013. — August (vol. 111, no. 11).
  9. J. M. Gates et al. Decay spectroscopy of element 115 daughters:280Rg→276Mt and 276Mt→272Bh (англ.) // Phys. Rev. C. — 2015. — August (vol. 92, no. 2).
  10. Discovery and Assignment of Elements with Atomic Numbers 113, 115, 117 and 118 (англ.). ИЮПАК (30 December 2015). Проверено 31 декабря 2015.
  11. Японцев признали первооткрывателями 113-го химического элемента, Вести.ру (31 декабря 2015). Проверено 31 декабря 2015.
  12. 1 2 3 4 5 Nudat 2.3
  13. Fægri Knut, Saue Trond Diatomic molecules between very heavy elements of group 13 and group 17: A study of relativistic effects on bonding // The Journal of Chemical Physics. — 2001. — Vol. 115. — P. 2456. — ISSN 00219606. — DOI:10.1063/1.1385366. исправить
  14. Haire Richard G. Transactinides and the future elements // The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements / Morss, Norman M. Edelstein, Fuger Jean. — 3-е издание. — Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media, 2006. — ISBN 1-4020-3555-1.
  15. Stysziński Jacek. Why do we Need Relativistic Computational Methods?. — P. 139—146.
  16. Chemistry : Periodic Table : darmstadtium : historical information
  17. Discovering element 113 (англ.). RIKEN News — November 2004. — № 281. Проверено 24 июля 2007. Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
  18. Обзорная статья «Дискуссии о приоритете в открытии трансурановых элементов»
  19. Barber R. C., Karol P. J., Nakahara H., Vardaci E., Vogt E. W. Discovery of the elements with atomic numbers greater than or equal to 113 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem.. — 2011. — Т. 83, № 7. — С. 1485. — DOI:10.1351/PAC-REP-10-05-01.
  20. Хироко Сайто Кому присудят открытие 113-го элемента таблицы Менделеева? = 科学の森:113番元素命名権、近く結論 発見認定 理研か、米露チームか // Майнити симбун. — 2015. — Сентябрь.
  21. Японий станет 113-м элементом таблицы Менделеева

Ссылки[править | править вики-текст]