عنصر لیورموریوم چیست؟ درباره کاربرد لیورموریم چه می دانید؟

عنصر لیورموریوم (Livermorium) با نماد شیمیایی Lv، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن 116 می باشد. این عنصر در حقیقت صد و شانزدهمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه XVI و دوره هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. در واقع عنصر لیورموریوم یک عنصر ترانس اکتینیدی (Transactinide) فوق العاده سنگین، مصنوعی و از عناصر به شدت راديواكتيو جدول تناوبی است. این فلز با عناصر اکسیژن (O)، گوگرد (S)، سلنیوم (Se)، تلوریم (Te) و پولونیوم (Po)، در گروه شانزدهم یا گروه ششم اصلی (VIA) جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. توجه داشته باشید که عنصر لیورموریم سنگین ترین عضو گروه 16 (گروه اکسیژن) محسوب می شود. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر لیورموریم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.

 

تاریخچه کشف عنصر لیورموریوم

تلاش ‌های متعددی به منظور ساخت عنصر ۱۱۶ جدول تناوبی در طی سالیان انجام شد، اما این تلاش ‌ها تا سال ۲۰۰۰ میلادی بی ‌نتیجه بود. به عنوان مثال، محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی کالیفرنیا در سال ۱۹۹۹ میلادی، کشف عنصر ۱۱۶ جدول را اعلام کرده بودند. اما یکسال بعد، مدیر آزمایشگاه اعلام کرد که یکی از دانشمندان (یعنی ویکتور نینوف (Victor Ninov)) این نتایج را جعل کرده است. از این رو، ادعای کشف عنصر شماره 116 پس گرفته شد. از طرفی دیگر، در سال 1978 میلادی، یوری اوگانسیان (Yuri Tsolakovich Oganessian) و تیمش در آزمایشگاه واکنش ‌های هسته ‌ای فلروف (FLNR) در موسسه مشترک تحقیقات هسته ‌ای JINR دوبنا (Dunba) واکنش هایی جهت سنتز عنصر 116 انجام دادند که آنها نیز با شکست مواجه شدند.

عنصر لیورموریوم برای اولین بار در سال 2000 میلادی، به صورت مصنوعی در موسسه مشترک تحقیقات هسته ای JINR دوبنا روسیه گزارش شده است. در این سنتز، یک تیم مشترک از دانشمندان روسی و آمریکایی (دانشمندان آمریکایی آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور در کالیفرنیا آمریکا) به سرپرستي یوری اوگانسیان عنصر جدید را مشاهده کردند. در این سنتز، دانشمندان، اهداف کوریم (ایزوتوپ ²⁴⁸Cm) را با هسته های کلسیم (ایزوتوپ ⁴⁸Ca) بمباران کردند. بدین شکل ایزوتوپ 293 را بدست آوردند.

وجود عنصر جديد توسط گروه های تحقیقاتی مختلف از جمله، گروه دانشمندان آزمایشگاه ریکن (RIKEN) ژاپن و محققان موسسه تحقیقات هسته ‌ای یون‌ های سنگین (GSI) هلمهولتز واقع در دارمشتات، آلمان تایید شد. در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، در سال ۲۰11 میلادی، وجود عنصر لیورموریوم را تایید کرد. از این جهت، تیم مشترک روسی دوبنا و تیم آمریکایی آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور را رسما به عنوان کاشف عنصر 116 به رسمیت شناخت.

 

نامگذاری عنصر لیورموریوم

با استفاده از سیستم عناصر پیش‌ بینی ‌شده توسط مندلیف، عنصر لیورموریوم با نام اکا- پولونیوم شناخته می ‌شد. در نهایت در سال ۱۹۷9 میلادی، آیوپاک تصمیم گرفت که تا زمانیکه عنصر فوق کشف و تایید نشده است (در این صورت نامی نیز برایش تعیین نشده)، عنصر را در جدول تناوبی عناصر با نام سیستماتیک معرفی کند. بنابراین، انجمن آیوپاک نام موقت یونوهگزیوم یا آن‌ان‌هگزیوم (ununhexium) و نماد Uuh را برای این عنصر تا زمانیکه یک تصمیم نهایی برای نامگذاری آن گرفته شود، انتخاب کرد. جالب است بدانید که اغلب دانشمندان، عنصر فوق را با نام ‌های عنصر 116، E116 و یا حتی 116 می ‌شناختند.

تیم تحقیقات هسته ‌ای دوبنای روسیه، در سال 2011 میلادی، ابتدا نام مسکوویم (Mcerovium) را به خاطر منطقه مسکو که آزمایشگاه دوبنا در آن قرار دارد پیشنهاد داد (این نام بعد ها به عنصر 115 تعلق گرفت). از آنجاییکه واکنش کشف عنصر فوق، با استفاده از موادی که از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور آمریکا آورده شده بود، انجام شد، نام‌گذاری عنصر بر اساس نام این آزمایشگاه انجام گرفت. به بیان دیگر، محققان آمریکایی جدال نام گذاری این عنصر را برنده شدند. این عنصر به افتخار شهر محققان آمریکایی یعنی شهر لیورمور (Livermore)، کالیفرنیا نام گذاری شد. جالب است بدانید که این شهر نیز نام خود را از نام یک دامدار آمریکایی (شهروند مکزیکی دارای تابعیت انگلیسی) یعنی رابرت لیورمور (Robert Thomas Livermore)، برگرفته است.

در نهایت و در سال 2012 میلادی، مجمع آیوپاک واژه لیورموریم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد. لازم به ذکر است که پيش از اين نيز عنصر شماره 103 جدول تناوبي عناصر به پاس قدردانی از خدمات علمي بنيانگذار اين آزمايشگاه یعنی ارنست لورنس (Ernest Lawrence) مخترع سیکلوترون، به نام لارنسيم (Lawrencium) نامگذاری شده بود.

 

پیدایش و منابع عنصر شماره 116 جدول تناوبی

عنصر لیورموریوم به خاطر سنگینی و ناپایداری بسیار زیادش در طبیعت وجود ندارد. بنابراین می توان گفت که در پوسته زمین نیز مشاهده نمی شود. به عبارت دیگر، این عنصر تنها به دست انسان و در آزمایشگاه تولید شده است. لازم به ذکر است که تاکنون تنها تعداد کمی از اتم ‌های لیورموریوم ساخته شده است.

اتم های عنصر لیورموریوم از طریق هم جوشی میان اتم های کوریم و کلسیم بدست آمده است. این کار با شتاب دادن یون های کلسیم در دستگاه های سانتریفوژ ویژه (شتاب دهنده ها)، جهت رسیدن به سطوح انرژی بالاتر، انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات شتاب دار کلسیم به سوی هدف کوریمی، جهت سنتز عنصر لیورموریم، بمباران شده اند. هسته های کلسیم (با عدد اتمی 20) و کوریم (با عدد اتمی 96) در یک واکنش هم جوشی هسته ای با یکدیگر ادغام شده اند. بدین شکل، هسته های عنصر جدید را تشکیل دادند که عدد اتمی آن (116) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر کلسیم و کوریم است.

 

سنتز هسته های سنگین

هسته ‌های اتم های سنگین در واکنش ‌های هسته ‌ای تولید می ‌شوند که در طی آن، دو هسته با اندازه غیر یکسان در یک هسته ترکیب می شوند. هرچه دو هسته از لحاظ جرم، غیر برابرتر باشند، احتمال واکنش میان آن دو بیشتر خواهد بود. ترکیب شیمیایی ساخته شده از هسته ‌های سنگین ‌تر به هدفی تبدیل می‌ شود که می تواند توسط پرتو های هسته‌ های سبک ‌تر بمباران گردد. دو هسته تنها زمانی 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 10 تا 20 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 لیورموریوم

همانطور که بیان شد، عنصر لیورموریوم تا به امروز تنها به مقدار بسیار کم و در حد تنها چند اتم ایجاد شده است. این اتم ها به سرعت تجزیه می شوند. بنابراین، عنصر جدید هنوز خیلی شناخته شده نیست. به بیان دیگر، عنصر لیورموریم به اندازه ای پایدار نیست که بتوان بر روی آن آزمایش انجام داد. از این جهت، اطلاعات کمی درباره شكل ظاهری و یا خواص فیزیکی و شیمیایی آن وجود دارد. با این حال، تعدادی پیش ‌بینی و نتایج تجربی اولیه درباره خواص آن انجام شده است. به عنوان مثال، پیش بینی می شود که عنصر جدید در دسته فلزات پس ‌واسطه قرار بگیرد.

فلز لیورموریم در بلوک- p جدول تناوبی عناصر قرار دارد. همچنین، سیزدهمین عنصر سری فرا اکتینیدی نیز محسوب می شود. خواص لیورموریوم تا حدودی شبیه همولوگ های سبکترش در گروه کالکوژن ‌ها (Chalcogens) است. همانطور که بیان شد، این عنصر در دسته عناصر ابر سنگین قرار گرفته است. عناصر فوق سنگین به عنصر هایی با اعداد اتمی بیشتر از عدد اتمی 103 گفته می شود.

خصوصیات ویژه لیورموریوم از ساختار اتمی ([₈₆Rn] 5f¹⁴6d¹⁰7s²7p⁴) آن ناشی می‌ شود. همانطور که مشخص است، اوربیتال p لایه آخر در این عنصر در حال پر شدن است. با توجه به آرایش الکترونی آن مشخص است که شش الکترون در دورترین لایه‌ الکترونی لیورموریم وجود دارد. این عنصر بیشتر دوست دارد که دو الکترون اوربیتال s را از دست بدهد و به کاتیون دو بار مثبت (⁺Lv²) تبدیل شود. دقت داشته باشید که در بعضی حالت ‌ها نیز می تواند چهار الکترون از دست ‌دهد و در نتیجه به لیورموریوم (⁺Lv⁴) تبدیل گردد. دقت داشته باشید که حالت اکسیداسیون 2+ پایدارتر از حالت 4+ خواهد بود.

 

خواص ویژه لیورموریوم

از دیگر ویژگی های عنصر لیورموریم می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• حالت فیزیکی آن در دمای 25 درجه سلسیوس و فشار 1 اتمسفر احتمالا به صورت جامد است.
• دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب برابر با 364–507 و 762–862 درجه سانتی گراد پیش بینی شده است.
• خاصت مغناطیسی عنصر لیورموریوم نا مشخص است.
• ساختار بلوری آن نیز نا مشخص می باشد.
• این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد. در واقع آلوتروپ های آن نا شناخته هستند.
• جرم اتمی لیورموریوم برابر با 293 g/mol است.
• چگالی آن نیز برابر با 12.9 g/cm³ پیش بینی می شود.
• شعاع اتمی آن نیز 183 pm تخمین زده شده است.
• یون ‌های لیورموریوم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد 0،-2 ،+2  و+4  را دارند. اعداد اکسایش 0 و+2  متداول تر می باشند.
• انرژی یونیزاسیون آن برابر با 663.9 kJ/mol است.

 

فلزات پس واسطه

در جدول تناوبی عناصر، فلزات پس ‌واسطه به عناصری گفته می شود که در جدول در میان گروه عناصر واسطه (سمت چپ) و شبه فلزات (سمت راست) قرار گرفته اند. لازم به ذکر است که تعداد عناصر پس‌ واسطه با توجه به اینکه فلزات واسطه در کجا به اتمام رسیده اند و در حقیقت عناصر غیر فلزی شروع شده اند، تغییر می ‌کند. دلیل استفاده از نام فلزات پس واسطه اینست که هیچ نام پذیرفته شده‌ ای توسط آیوپاک برای این دسته از فلزات وجود ندارد. عناصر ۱۱۲ تا ۱۱۷ جدول تناوبی احتمالا پس ‌واسطه هستند. از آنجاییکه مقدار خیلی کمی از این عناصر فوق سنگین تولید شده‌ است، بنابراین این مقدار، برای پژوهش و بررسی بر روی ویژگی‌ های فیزیکی و شیمیایی این دسته از عناصر کافی نبوده ‌است.

 

ایزوتوپ های عنصر لیورموریوم

همانطور که در مقالات پیشین نشریه جهان شیمی فیزیک گفته شده است، ایزوتوپ ‌های یک عنصر تنها در تعداد نوترون ‌ها با هم متفاوت هستند. عنصر لیورموریوم ایزوتوپ های فراوانی ندارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ²⁹³Lv است که در سال 2000 میلادی کشف و ردیابی شد. از آنجاییکه عنصر لیورموریم، عنصری مصنوعی است، بنابراین هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد. این عنصر در حقیقت به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ‌ای ساخته شده است. در نتیجه نمی ‌توان برای لیورموریم جرم اتمی استاندارد تعریف کرد. تاکنون 4 ایزوتوپ پرتوزا از عنصر لیورموریوم شناسایی شده است. پنجمین ایزوتوپ احتمالی با عدد جرمی 294 گزارش شده که هنوز تایید نشده است.

لازم به ذکر است که ایزوتوپ های سنگین تر لیورموریوم از ایزوتوپ های سبک تر آن پایدارتر هستند. رادیو ایزوتوپ ²⁹³Lv پایدار ترین ایزوتوپ لیورموریوم با نیمه عمر 57 میلی ثانیه است. بعد از رادیوایزوتوپ ²⁹³Lv، رادیو ایزوتوپ تایید نشده ²⁹⁴Lv با نیمه عمر 54 میلی ثانیه، ایزوتوپ پایدار بعدی آن می باشد. سه ایزوتوپ پرتوزای دیگر آن نیز نیمه عمرهایی در حد میلی ثانیه دارند (رادیو ایزوتوپ ²⁹¹Lv با نیمه عمر 19 میلی ثانیه، رادیو ایزوتوپ ²⁹²Lv با نیمه عمر 13 میلی ثانیه و رادیو ایزوتوپ ²⁹⁰Lv با نیمه عمر 8.3 میلی ثانیه). همانطور که مشخص است ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده 290 تا 293 amu می باشند.

 

کاربرد های عنصر لیورموریوم

از آنجاییکه عنصر شماره 116 جدول تناوبی عناصر به مقدار بسیار کم تولید شده است، بنابراین کاربرد خاصی خارج از پژوهش‌ های علمی، تحقیقاتی- هسته ای ندارد. به بیان دیگر، به دلیل نیمه ‌عمر بسیار کم آن، این عنصر عملا کاربرد تجاری ندارد.

 

ترکیبات عنصر لیورموریم

پیش بینی می شود که عنصر لیورموریم بتواند با عناصر اکسیژن و هالوژن ها واکنش دهد. در این صورت اکسید، هالید ها و یا حتی اکسی هالید ها را ایجاد نماید. از جمله ترکیبات احتمالی آن می توان به دی هیدرید لیورموریم یا لیورموران (LvH₂) و تترا کلرید لیورموریم (LvCl₄) اشاره کرد.

 

خطرات لیورموریوم بر روی سلامتی انسان

همانطور که گفته شد، عنصر لیورموریوم در طبیعت وجود خارجی ندارد. همچنین لیورموریوم اینقدر نا پایدار است و نیمه عمری کوتاهی دارد، که هر مقداری از آن ایجاد شود، به سرعت به بقیه عناصر تبدیل می شود. بنابراین دلیلی برای در نظر گرفتن اثرات و خطرات سلامتی آن وجود نخواهد داشت. به عبارت دیگر، عنصر شماره 116 جدول تناوبی حتی نقش زیست‌ شناختی مشخصی نیز ندارد. اما با توجه به پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، بایستی حتما مراقب بود.