عنصر سیبورگیم (Seaborgium) با نماد شیمیایی Sg، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۰۶ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و ششمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه VIB و تناوب هفتم جدول تناوبی عناصر قرار دارد. در واقع عنصر سیبورگیوم یک فلز واسطه (Transition Metals) فوق سنگین، مصنوعی و از عناصر به شدت رادیواکتیو جدول است. این فلز با عناصر کروم (Cr)، مولیبدن (Mo) و تنگستن (W) در گروه شش واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر سیبورگیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر سیبورگیم
کشف عنصر سیبورگیم نیز بحث برانگیز و جالب است. زیرا کشف این عنصر به طور همزمان توسط دو گروه مختلف از ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی سابق ادعا شده بود. کشف عنصر سیبورگیم برای اولین بار در سال ۱۹۷۴ میلادی، به صورت مصنوعی در موسسه تحقیقات هسته ای دوبنا (Dunba) شوروی سابق گزارش شده است. در این سنتز، دانشمندان روسی به سرپرستي گئورگی نیکولاویچ فلروف (Georgy Nikolayevich Flyorov) و یوری اوگانسیان (Yuri Tsolakovich Oganessian)، عنصر سرب (ایزوتوپ های ۲۰۷Pb و ۲۰۸Pb) را با یون های کروم (۵۴Cr) بمباران کردند. بدین شکل، ایزوتوپ ۲۵۹ را بدست آوردند. لازم به ذکر است که ایزوتوپ ۲۵۹ در ابتدا پیشنهاد شد، اما بعد به ایزوتوپ ۲۶۰ اصلاح شد.
چند ماه بعد در سال ۱۹۷۴ میلادی، اعلام شد که گروه دانشمندان آمریکایی یعنی آلبرت غیورسو (Albert Ghiorso)، گلن تی سیبورگ (Glenn T. Seaborg) و کارول آلونسو (Carol Alonso) در لابراتوار لارنس برکلی کالیفرنیا و ای کنت هولت (E. Kenneth Hulet) از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور نیز این عنصر را با بمباران یک کالیفرنیوم سنتز کرده اند. این گروه عنصر كاليفورنيم (۲۴۹Cf) را با یون های اکسیژن (۱۸O) بمباران کردند. بدین شکل موفق به تولید ایزوتوپ ۲۶۳ از عنصر شماره ۱۰۶ شدند.
نامگذاری عنصر سیبورگیم
همانطور که بیان شد، ادعا های مبنی بر سنتز عنصر سیبورگیوم از آزمایشگاه های اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا مطرح شده بود. بنابراین اولویت اکتشاف و نامگذاری این عنصر در میان دانشمندان شوروی و آمریکایی مورد بحث بود. لازم به ذکر است که ۳ سال قبل تر از گزارش کشف عنصر سیبورگیوم (یعنی در سال ۱۹۷۱ میلادی)، گروه آمریکایی برکلی، عنصر کالیفرنیوم را با اکسیژن بمباران کرده بودند و چندین فروپاشی آلفا گزارش شده بود. آنها تصور می کردند که این مشاهدات از عنصر ۱۰۶ سرچشمه می گیرد، اگر چه این موضوع در آن زمان تایید نشد.
این واکنش چندین سال بعد، در سال ۱۹۷۴ میلادی، دوباره انجام شد و تیم برکلی متوجه شدند که داده های جدید آنها با داده های سال ۱۹۷۱ آنها مطابقت دارد. بنابراین، اگر داده های قبلی با دقت بیشتری تجزیه و تحلیل می شد، عنصر ۱۰۶ جدول می توانست در سال ۱۹۷۱ میلادی کشف شود. در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردی یا همان آیوپاک (IUPAC)، با بررسی نتایج دو آزمایشگاه روسی و آمریکایی، تیم برکلی را به عنوان کاشفان رسمی به رسمیت شناخت.
آمریکایی ها نام سیبورگیم را به افتخار شیمیدان هسته ای آمریکایی و برنده جایزه نوبل یعنی گلن تی سیبورگ پیشنهاد دادند. اما پیشنهاد این نام، مباحثه و جدل های بسیار زیادی را بر انگیخت. زیرا سیبورگ هنوز زنده بود. آیوپاک بیان کرد که عنصری را نمی توان به نام یک فرد زنده نامگذاری کرد. بنابراین، این انجمن در ابتدا نام موقت Unnilhexium و نماد Unh را برای این عنصر تا زمانیکه یک تصمیم نهایی برای نامگذاری آن گرفته شود، انتخاب کرد. در نهایت در سال ۱۹۹۷ میلادی، آیوپاک به این مباحث نامگذاری و اختلافات خاتمه داد و واژه سیبورگیم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۰۶ جدول تناوبی
عنصر سیبورگیم در طبیعت وجود ندارد، پس در پوسته زمین یافت نشده است. این عنصر در حقیقت به دست بشر و در آزمایشگاه ساخته شده است. به طور کلی می توان گفت که این عنصر از طریق بمباران يك هدف کالیفرنیومی با یون های اکسیژن سنتز می شود. عناصری همچون سیبورگیم که دارای عدد اتمی بالا می باشند، را می توان به صورت مصنوعی و از طریق شتاب دهندگی به ذرات تهیه کرد. توجه داشته باشید که بمباران ذرات در دستگاهي به نام شتاب دهنده های خطی انجام می شود. در این شتاب دهنده ها، یون هایی که با سرعت بسیار بالا حرکت می کنند، به هدف هایی از عناصر سنگین برخورد می کنند. در این صورت، عناصر تازه ای بوجود می آورند.
به بیان بهتر، اتم های عنصر سیبورگیم از طریق هم جوشی میان اتم های کالیفرنیم و اکسیژن بدست آمده است. این کار با شتاب دادن یون های اکسیژن در دستگاه های شتاب دهنده ها انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات شتاب دار اکسیژن به سوی هدف کالیفرنیم انتخابی، جهت سنتز عنصر سیبورگیم، بمباران شده اند. هسته های اکسیژن (با عدد اتمی ۸) و کالیفرنیم (با عدد اتمی ۹۸) در یک واکنش هم جوشی هسته ای با یکدیگر ادغام می گردند. بدین شکل، هسته های عنصر جدید را تشکیل دادند که عدد اتمی آن (۱۰۶) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر اکسیژن و کالیفرنیم خواهد بود.
سنتز هسته های سنگین
هسته اتم های سنگین در واکنش های هسته ای ایجاد می شوند که در طی آن، دو هسته با اندازه غیر هم اندازه در یک هسته ادغام می گردند. هرچقدر دو هسته از لحاظ جرم، نا برابرتر باشند، احتمال واکنش میان آن دو نیز بیشتر خواهد بود. ترکیب شیمیایی ساخته شده از هسته های سنگین تر به هدفی تبدیل می شود که می تواند به وسیله پرتو های هسته های سبک تر بمباران گردد. دو هسته تنها وقتی می توانند با یکدیگر ادغام شوند که به اندازه کافی به هم نزدیک شده باشند. می دانید که هسته ها دارای بار مثبت اند، پس به خاطر دافعه الکترواستاتیکی، یکدیگر را دفع می کنند. در حالیکه بر همکنش های قوی می تواند بر این دافعه غلبه کند.
وقتیکه دو هسته به هم نزدیک می شوند، معمولا به مدت ۱۰ تا ۲۰ ثانیه در کنار هم باقی می مانند، سپس از هم جدا می شوند. اگر همجوشی میان آنها اتفاق افتد، ادغام موقت (که هسته مرکب نام دارد) یک حالت برانگیخته خواهد بود. برای از دست دادن انرژی برانگیختگی و رسیدن به حالت پایدار تر، یک هسته مرکب می شکافد و یا یک یا چند نوترون را بیرون می اندازد. حال اگر انرژی ترکیبی دو هسته نا برابر زیاد نباشد، نیرو های دافعه بین هسته ها بر آن غلبه کرده و واکنش شکست خواهد خورد.
جهت تولید یک هسته منفرد، هدف بایستی در مدت زمان نسبتا زیادی بمباران شود. هسته تازه تولید شده به یک آشکار ساز منتقل می شود که هسته را متوقف می کند. محل دقیق ضربه آتی بر روی آشکار ساز، انرژی آن و زمان ورود ثبت می گردد. مشخصات هسته پس از ثبت فروپاشی، مجددا ثبت می شود و مکان، انرژی و زمان فروپاشی اندازه گیری می گردد.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر سیبورگیم
همانطور که بیان شد، عنصر سیبورگیم تاکنون تنها به مقدار بسیار ناچیزی تهیه شده است. از این جهت، اطلاعات کمی درباره شكل ظاهری و یا حتی خواص شیمیایی آن وجود دارد. با این وجود، تعدادی پیش بینی و نتایج تجربی اولیه در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی آن انجام شده است. سیبورگیوم در چهارمین و در واقع آخرین دوره بلوک- d قرار گرفته است. توجه داشته باشید که در این بلوک، چهارمین عنصر است. از طرفی دیگر سومین عنصر سری فرا اکتینیدی (Transactinide) نیز محسوب می شود. آزمایشات شیمی تاکید کرده اند که عنصر سیبورگیوم مانند همولوگ سنگین تر عنصر تنگستن در گروه شش رفتار می کند.
خصوصیات ویژه سیبورگیم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۶d۴۷s۲) آن ناشی می شود. همانطور که از آرایش الکترونی سیبورگیم مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر آن در حال پر شدن است. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته عناصر واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در حقیقت در میان فلزات قلیایی خاکی یا همان گروه دوم و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز نامیده می شوند. با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که شش الکترون در دورترین لایه الکترونی آن وجود دارد. پس در بیشتر ترکیبات شیمیایی به صورت کاتیون شش بار مثبت (+Sg۶) ظاهر مي شود. از این رو می تواند در شش پیوند کووالانسی شرکت کند.
لازم به ذکر است که انتظار می رود سیبورگیوم بتواند حالت اکسیداسیون ۴+ را نیز تشکیل دهد. دقت داشته باشید که حالت اکسیداسیون ۵+ کمتر پایدار است. علاوه بر آن، حالت اکسیداسیون ۳+ که رایج ترین حالت برای کروم محسوب می شود، کمترین پایداری را برای سیبورگیوم دارد.
خواص ویژه سیبورگیم
از دیگر ویژگی های عنصر سیبورگیوم می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر احتمالا به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر تعیین نشده است.
- خاصت مغناطیسی عنصر سیبورگیم نیز نا مشخص است.
- انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز پر یا مرکز حجمی (bcc) باشد.
- این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی سیبورگیم برابر با ۲۶۹ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۲۳–۲۴ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۴۳ pm تخمین زده شده است.
- یون های سیبورگیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۳، +۴، +۵ و +۶ را دارند. اعداد اکسایش ۰، +۴ و +۶ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۷۵۷ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر سیبورگیم
همانطور که در مقالات پیشین نشریه جهان شیمی فیزیک بیان شده است، ایزوتوپ های یک عنصر تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. عنصر سیبورگیم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۶۳mSg است که در سال ۱۹۷۴ میلادی کشف شد. از آنجاییکه عنصر سیبورگیوم، عنصری مصنوعی است، بنابراین ایزوتوپ پایدار ندارد. این عنصر در حقیقت به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ای تهیه شده است. در نتیجه نمی توان برای آن جرم اتمی استاندارد تعریف کرد. تاکنون ۱۲ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر سیبورگیم شناسایی شده است.
رادیو ایزوتوپ ۲۶۹Sg پایدار ترین ایزوتوپ سیبورگیم با نیمه عمر ۱۴ دقیقه است. بعد از رادیوایزوتوپ ۲۶۹Sg، ایزوتوپ رادیواکتیو ۲۷۱Sg با نیمه عمر ۲.۴ دقیقه، ایزوتوپ پایدار بعدی عنصر سیبورگیم می باشد. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از چند ثانیه دارند. لازم به ذکر است که بیشتر آنها حتی نیمه عمری کمتر از میلی ثانیه را نشان می دهند. علاوه بر آن، سیبورگیوم دارای ۲ حالت متا (m) نیز می باشد. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۵۸ تا ۲۷۱ amu می باشند.
کاربرد های عنصر سیبورگیم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۰۶ جدول تناوبی به میزان بسیار ناچیز (فقط تعداد کمی از اتم های آن) تولید شده است، بنابراین کاربرد خاصی خارج از پژوهش های علمی، هسته ای و تحقیقاتی ندارد. به بیان دیگر، به دلیل نیمه عمر پایین سیبورگیم، این عنصر کاربرد تجاری ندارد.
ترکیبات عنصر سیبورگیوم
پیش بینی می شود که عنصر سیبورگیوم بتواند به راحتی با عناصر اکسیژن و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید و هالید ها و یا حتی اکسی هالید را تولید نماید. از دیگر ترکیبات مهم آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- اکسید سیبورگیم (SgO۲)
- تری اکسید سیبورگیم(SgO۳)
- پنتا اکسید دی سیبورگیم(Sg۲O۵)
- پنتا کلرید سیبورگیم (SgCl۵)
- هگزا کلرید سیبورگیم (SgCl۶)
- هگزا فلورئید سیبورگیم (SgF۶)
- سیبورگیم هگزاکربونیل (Sg(CO)۶)
- اکسی کلرید سیبورگیم (SgO۲Cl۲)
- اکسی کلرید سیبورگیم (SgOCl۴)
- اکسید هیدروکسید سیبورگیم(SgO۲(OH)۲)
خطرات سیبورگیم بر روی سلامتی انسان
از آنجاییکه عنصر سیبورگیم در طبیعت وجود ندارد، پس در پوسته زمین نیز یافت نمی شود. به علاوه، سیبورگیم آن قدر ناپایدار است (دارای نیمه عمری کوتاه)، که هر مقداری از آن تشکیل شود، به سرعت به سایر عناصر تبدیل می گردد. بنابراین می توان گفت که دلیلی برای در نظر گرفتن اثرات و خطرات سلامتی آن وجود ندارد. به بیان دیگر، عنصر شماره ۱۰۶ جدول تناوبی نقش زیست شناختی مشخصی ندارد، اما با توجه به پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، باید حتما مراقب بود.
