عنصر اوگانسون چیست؟ درباره کاربرد اوگانسون چه می دانید؟

عنصر اوگانسون (Oganesson) با نماد شیمیایی Og، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن 118 می باشد. این عنصر در حقیقت صد و هجدهمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه XVIII و دوره هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. در واقع عنصر اوگانسون یک عنصر ترانس اکتینیدی (Transactinide) فوق العاده سنگین، مصنوعی و از عناصر به شدت راديواكتيو جدول تناوبی است. این عنصر با عناصر هلیم (He)، نئون (Ne)، آرگون (Ar)، کریپتون (Kr)، زنون (Xe)، و رادون (Rn)، در گروه هجده یا گروه هشت اصلی (VIIA) جدول تناوبی قرار گرفته است. توجه داشته باشید که عنصر اوگانسون سنگین ترین عضو گروه 18 (گروه گاز های نجیب) محسوب می شود. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر اوگانسون پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.

 

تاریخچه کشف عنصر اوگانسون

تلاش ‌های متعددی به منظور ساخت عنصر ۱۱8 جدول تناوبی در طی سالیان انجام شد، اما این تلاش ‌ها تا سال ۲۰05 میلادی بی ‌نتیجه بود. مثلا، محققان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور کالیفرنیا در سال ۱۹۹۹ میلادی، کشف عناصر ۱۱۶ و 118 جدول تناوبی 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 عناصر شماره ۱۱۶ و 118 پس گرفته شد و آنها عذر خواهی کردند.

مشاهده واپاشی واقعی اتم های اوگانسون برای اولین بار در سال 2002 میلادی، به صورت مصنوعی در موسسه مشترک تحقیقات هسته ای JINR دوبنای (Dunba) روسیه گزارش شده است. در این فرآیند، یک تیم مشترک از دانشمندان روسی و آمریکایی (دانشمندان آمریکایی آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور در کالیفرنیا آمریکا) به سرپرستي یوری اوگانسیان (Yuri Ogolakovich Oganessian) عنصر جدید را مشاهده کردند. این کشف بلافاصله اعلام نشد. در واقع اعلام آن تا پس از آزمایش تاییدی در سال 2005 میلادی و با هدف تولید اتم های اوگانسون بیشتر به تعویق افتاد. در نهایت گروه دوبنا- لیورمور در سال 1006 میلادی اهداف کالیفرنیم (ایزوتوپ ²⁴⁹Cf) را با هسته های کلسیم (ایزوتوپ ⁴⁸Ca) بمباران کردند. بدین شکل ایزوتوپ 294 عنصر 118 را بدست آوردند.

در سال 2011 میلادی، انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، نتایج همکاری تیم دوبنا- لیورمور در سال 2006 میلادی را مورد بحث و بررسی قرار داد. نتیجه گرفته شد که سه مورد گزارش شده برای ایزوتوپ های عنصر ۱۱۸، فراوانی داخلی خیلی خوبی دارند. اما در واقع هیچ لنگری برای هسته مشخصنمی باشد تا در حد معیار اکتشاف بتواند خود را نشان دهد. در نهایت در سال 2016 میلادی، عنصر جدید به رسمیت شناخته شد.

 

نامگذاری عنصر اوگانسون

با استفاده از سیستم عناصر پیش‌ بینی ‌شده توسط مندلیف، عنصر اوگانسون با نام های اکا- رادون یا اکا- اماناتیون (اماناتیون نام قدیمی رادون است) شناخته می ‌شد. در سال ۱۹۷9 میلادی، آیوپاک تصمیم گرفت که تا زمانیکه عنصر فوق کشف و تایید نشده است، آن را در جدول تناوبی با نام سیستماتیک معرفی کند. بنابراین، آیوپاک نام موقت یونونوکتیم یا آن‌ان‌اکتیم (ununoctium) و نماد Uuo را برای این عنصر تا وقتیکه یک تصمیم نهایی برای نامگذاری آن گرفته شود، انتخاب کرد. جالب است بدانید که بیشتر دانشمندان، عنصر فوق را با نام ‌های عنصر 118، E118 و یا حتی 118 می ‌شناختند.

محققان برکلی ابتدا نام گیورسیم (ghiorsium) با نماد شیمیایی (Gh) را به افتخار آلبرت گیورسو (Albert Ghiorso) عضو برجسته تیم تحقیقاتی در نظر گرفته بودند. در سال ۲۰۰۷ میلادی، رئیس موسسه دوبنای روسیه عنوان کرد که دو نام را برای عنصر جدید انتخاب کرده است. یکی نام فلایوریم (flyorium) به افتخار گئورگی فلیرف (Georgy Flyorov)، موسس آزمایشگاه تحقیقاتی در دوبنا و همچنین نام مسکوویم (moscovium) به منظور شناساندن استان مسکو، جایی که آزمایشگاه دوبنا در آن قرار دارد. این دو نام بعد ها برای عناصر شماره 114 و 115 انتخاب شد.

تیم کاشفان عنصر 118، نام اوگانسون را به افتخار فیزیکدان هسته ای روسی- آمریکایی یعنی یوری اوگانسیان پیشنهاد دادند. این دانشمند نقشی کلیدی در کشف عناصر جدید و سنگین جدول تناوبی داشته است. جالب است بدانید که این دومین باری است که نام یک عنصر از روی اسم یک دانشمند زنده گرفته می شود (اولین بار، عنصر سیبورگیم بود). در نهایت و در سال 2016 میلادی، مجمع آیوپاک واژه اوگانسون را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد. دقت داشته باشید که پایان دادن نام عنصر به -on به جای -ium، در مطابقت با موقعیت عنصر در گروه گاز نجیب است.

 

پیدایش و منابع عنصر شماره 118 جدول تناوبی

عنصر اوگانسون به خاطر سنگینی و ناپایداری بسیار زیادی که نشان داده در طبیعت وجود ندارد. بنابراین می توان گفت که در پوسته زمین نیز یافت 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 اوگانسون ساخته شده است.

اتم های عنصر اوگانسون از طریق هم جوشی میان اتم های کالیفرنیم و کلسیم بدست آمده است. این کار با شتاب دادن یون های کلسیم در دستگاه های شتاب دهنده ها انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات شتاب دار کلسیم به سوی هدف کالیفرنیم انتخابی، جهت سنتز عنصر اوگانسون، بمباران شده اند. هسته های کلسیم (با عدد اتمی 20) و کالیفرنیم (با عدد اتمی 98) 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 (118) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر کلسیم و کالیفرنیم خواهد بود.

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 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 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 اوگانسون

همانطور که بیان شد، عنصر اوگانسون تا به امروز تنها به مقدار بسیار کم و در حد تنها 3 یا 4 اتم تهیه شده است. حتی این تعداد اتم نیز به سرعت به دیگر عناصر تجزیه می شوند. بنابراین، عنصر جدید هنوز کاملا برای ما شناخته شده نیست. به عبارت دیگر، عنصر اوگانسون به اندازه ای پایدار نیست که بتوان بر روی آن آزمایش انجام داد. از این رو، اطلاعات کمی در مورد شكل ظاهری و یا حتی خواص فیزیکی و شیمیایی آن وجود دارد. با این وجود، تعدادی پیش ‌بینی و نتایج تجربی اولیه درباره خواص آن انجام شده است. به عنوان مثال، پیش بینی می شود که عنصر اوگانسون احتمالا برخلاف دیگر عناصر گروه ۱۸، گاز نجیب نباشد. در حقیقت به دلیل اثرات نسبیتی، به عنوان یک جامد شناخته ‌شود.

خصوصیات ویژه اوگانسون از ساختار اتمی ([₈₆Rn] 5f¹⁴6d¹⁰7s²7p⁶) 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 هشت الکترون در دورترین لایه‌ الکترونی اوگانسون وجود دارد. از آنجاییکه لایه ظرفیت کاملا با هشت الکترون پر شده ‌است، بنابراین انتظار داریم که این عنصر نیز مانند همولوگ های سبکترش در گروه گاز های نجیب، نسبت به اکثر واکنش‌ های شیمیایی بی ‌اثر باشد.

در حالیکه پیش بینی ها نشان می دهد که این عنصر، به دلیل اثرات نسبیتی نسبت به سایر عناصر گروه 18، بسیار فعال است. محاسبات نظری نشان داده است که اوگانسون به حدی فعال است که نمی ‌توان آن را یک گاز نجیب دانست. لازم به ذکر است که اوگانسون در حال حاضر تنها عضو مصنوعی و سنتزی گروه ۱۸ است.

 

خواص ویژه اوگانسون

فلز اوگانسون در بلوک- p جدول تناوبی عناصر قرار دارد. همچنین، پانزدهمین و در واقع آخرین عنصر سری فرا اکتینیدی نیز محسوب می شود. 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. به بیان دیگر، این عنصر، سنگین ‌ترین عنصر (دارای بزرگترین عدد اتمی و همچنین جرم اتمی) در میان عناصر کشف شده جدول تناوبی است. به علاوه، به خاطر بالا بودن عدد اتمی (به منزله زیاد بودن تعداد پروتون ‌ها)، نیرو های دافعه میان بار های مثبت بر نیروی هسته ‌ای قوی غلبه نموده و پیش بینی می شود که هسته عنصر اگانسون شکلی شبیه به حباب داشته باشد. از دیگر ویژگی های عنصر اوگانسون 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 52 ± 15 و 177 ± 10 درجه سانتی گراد پیش بینی شده است.
• خاصت مغناطیسی عنصر اوگانسون نا مشخص است.
• انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل مکعبی وجوه پر یا ساختار مکعبی مرکز سطحی (fcc) باشد
• این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد. در واقع آلوتروپ های آن نا شناخته هستند.
• جرم اتمی اوگانسون برابر با 294 g/mol است.
• چگالی آن نیز برابر با 6.6 – 7.4 g/cm³ پیش بینی می شود.
• شعاع اتمی آن نیز 152 pm تخمین زده شده است.
• یون ‌های اوگانسون معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد 0، -1، +1، +2، +4 و +6 را دارند. اعداد اکسایش 0، +2 و +4 متداول تر می باشند.
• انرژی یونیزاسیون آن برابر با 860.1 kJ/mol است.

 

ایزوتوپ های عنصر اوگانسون

همانطور که می دانید، ایزوتوپ ‌های یک عنصر تنها در تعداد نوترون ‌ها با هم تفاوت دارند. عنصر اوگانسون ایزوتوپ زیادی ندارد. نخستین و تنها ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ²⁹⁴Og است که در سال 2002 و 2005 میلادی کشف و ردیابی شده است. نیمه عمر این رادیو ایزوتوپ، برابر با 700 میکرو ثانیه می باشد. از آنجاییکه عنصر اوگانسون، 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 اوگانسون جرم اتمی استاندارد تعریف کرد.

 

کاربرد های عنصر اوگانسون

از آنجاییکه عنصر شماره 118 جدول تناوبی عناصر خیلی 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 اوگانسون

تاکنون هیچ ترکیبی از عنصر اوگانسون بدست نیامده است. پیش بینی می شود که عنصر اوگانسون بتواند با عناصر اکسیژن و هالوژن ها واکنش دهد. در این صورت اکسید، هالید ها و یا حتی اکسی هالید ها را تشکیل دهد. از جمله ترکیبات احتمالی آن می توان به منو هیدرید اوگانسون (OgH) و تنسین اوگانسون (OgTs₄) اشاره کرد. علاوه بر آن، اعداد اکسایش پایدار ۲+ و ۴+ به ترتیب برای ترکیبات فلوردار OgF₂ و OgF₄ پیش‌ بینی شده است. همچنین انتظار می‌ رود که ترکیب شیمیایی OgF₂، به علت الکتروپوزیتیویته بالای اوگانسون، نسبتا یونی باشد.

 

خطرات اوگانسون بر روی سلامتی انسان

همانطور که گفته شد، عنصر اوگانسون در طبیعت وجود خارجی ندارد. همچنین اوگانسون 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 118 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، باید حتما مراقب بود.