Borij

Borij je vještački hemijski element sa simbolom Bh i atomskim brojem 107. Dobio je ime po danskom fizičaru Nielsu Bohru. Pošto je vještački element, ne nalazi se u prirodi nego se može dobiti isključivo u laboratoriji. Radioaktivan je element, njegov najstabilniji izotop, ²⁷⁰Bh, ima vrijeme poluraspada od oko 61 sekunde, mada postoji, još uvijek ne potvrđeno, otkriće izotopa ²⁷⁸Bh koji bi mogao imati nešto duže vrijeme poluraspada od 690 sekundi.

Borij,  ₁₀₇Bh

Borij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Borij, Bh, 107
Serija	Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok	7, 7, d
Izgled	-
CAS registarski broj	54037-14-8
Zastupljenost	0 %
Atomske osobine
Atomska masa	262,1229 u
Atomski radijus (izračunat)	128[1] (-) pm
Kovalentni radijus	141[2] pm
Van der Waalsov radijus	- pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f146d57s2[1][3]
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 32, 13, 2
1. energija ionizacije	742,9 [1](procjena) kJ/mol
2. energija ionizacije	1688,5 kJ/mol
3. energija ionizacije	2566,5 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto[4] (pretpostavljeno)
Kristalna struktura	heksagonalna gusto pakovana[4]
Gustoća	37100 [1][5](procjena) kg/m3
Magnetizam	?
Tačka topljenja	? K (? °C)
Tačka ključanja	? K (? °C)
Molarni volumen	? m3/mol
Toplota isparavanja	? kJ/mol
Toplota topljenja	? kJ/mol
Brzina zvuka	? m/s
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	7, (5), (4), (3)[1][5][lower-alpha 1]
Oksid	?
Elektrodni potencijal	?
Elektronegativnost	? (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 274Bh sin ~54 s α 8,8 270Db 272Bh sin 9,8 s α 9,02 268Db 271Bh sin 1,2 s α 9,35 267Db 270Bh sin 61 s α 8,93 266Db 267Bh sin 17 s α 8,83 263Db
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja Oznaka upozorenja nepoznata[6]
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: / S: /
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element Radioaktivni element
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

U periodnom sistemu elemenata nalazi se u d-bloku transaktinoidnih elemenata. Član je 7. periode te spada među elemente 7. grupe kao peti član 6d serije prelaznih metala. Hemijski eksperimenti potvrdili su da se borij ponaša kao teži homolog metala renija, koji je također u 7. grupi elemenata. Hemijske osobine borija do danas su samo djelimično istražene, ali se smatra da one dosta nalikuju hemiji drugih elemenata iz 7. grupe.

Historija

Dvije grupe naučnika tvrdile su prvu sintezu i otkriće ovog elementa. Dokaz postojanja borija prvi je pružio sovjetski istraživački tim 1976. godine, na čelu kojeg se nalazio Jurij Oganesian. Oni su izvršili eksperiment bombardiranja mete sačinjene od izotopa bizmuta-209 i olova-208 jako ubrzanim jezgrima metala hroma-54 i mangana-55, respektivno.^[7] Zapažene su dvije aktivnosti, jedna sa vremenom poluraspada od jedne do dvije milisekunde, a druga sa približnim vremenom poluraspada od pet sekundi. Pošto je odnos intenziteta ove dvije aktivnosti ostao konstantan tokom cijelog eksperimenta, kasnije je donesen zaključak da prva aktivnost potječe od izotopa borija-261, dok se kod druge aktivnosti radi o njegovoj "kćerki"-izotopu elementa dubnija-257. Naredna istraživanja ispravila su pretpostavke da se zapravo radilo o izotopu dubnij-258, koji se zaista i poluraspada za pet sekundi (Db-257 ima vrijeme poluraspada od jedne sekunde). Međutim, vrijeme poluraspada koje je izmjereno za roditeljski nuklid bilo je znatno kraće od vremena poluraspada koja su kasnije izmjerena kod konačnog, nesumnjivog otkrića borija u Darmstadtu 1981. godine. Radna grupa IUPAC/IUPAP (TWG) zaključila je da iako se u ovom eksperimentu možda i radilo o dubniju-258, dokaz dobijanja njegovog roditeljskog nuklida Bh-262 nije bio dovoljno ubjedljiv.^[8]

Godine 1981. njemački tim naučnika koji su predvodili Peter Armbruster i Gottfried Münzenberg pri Centru za istraživanje teških iona GSI Helmholtz (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) u blizini Darmstadta bombardirali su metu sačinjenu od bizmuta-209 ubrzanim jezgrima hroma-54 čime su dobili pet atoma izotopa borija-262:^[9]

209
83Bi + 54
24Cr → 262
107Bh + n

Ovo otkriće kasnije je potkrijepljeno njihovim detaljnim mjerenjima lanca alfa-raspada proizvedenih atoma borija do već ranije poznatih izotopa elemenata fermija i kalifornija. Transfermijska radna grupa IUPAC/IUPAP-a (TWG) prihvatila je u svom izvještaju 1992. godine^[8] grupu naučnika iz GSI instituta kao zvanične pronalazače elementa borija.

Nijemci su predložili naziv nielsbohrij, da bi nagradili Nielsa Bohra, a Rusi su htjeli da mu daju ime dubnij. Nesuglasice su dovele do toga da element privremeno dobije ime unilseptium.

Godine 1994. komitet IUPACa je predložio ime borij. Ipak nesuglasice su postojale sve do 1997. kada je dobio današnji naziv.

Osobine

Izotopi

Borij nema stabilnih niti prirodnih izotopa. Sintetizirano je nekoliko radioaktivnih izotopa u laboratoriji, bilo putem fusije dva atoma ili detekcijom izotopa tokom raspada nekog težeg elementa. Do danas poznato je 12 različitih izotopa borija sa atomskim masama 260–262, 264–267, 270–272, 274 i 278, među kojim se za borij-262 zna da ima još jedno metastabilno stanje. Postojanje svih navedenih izotopa je potvrđeno eksperimentima, osim izotopa ²⁷⁸Bh. Svi izotopi se raspadaju isključivo alfa raspadom, mada se za neke, još neotkrivene, izotope predviđa da bi se mogli raspadati spontanom fisijom.^[10]

Lakši izotopi borija uglavnom imaju kraća vremena poluraspada, a koja se kreću od manje od 100 ms kod izotopa ²⁶⁰Bh, ²⁶¹Bh, ²⁶²Bh i ^262mBh. Izotopi ²⁶⁴Bh, ²⁶⁵Bh, ²⁶⁶Bh i ²⁷¹Bh su stabilni oko jedne sekunde, dok izotopi ²⁶⁷Bh i ²⁷²Bh imaju vremena poluraspada od oko deset sekundi. Najteži izotopi su ujedno i najstabilniji, jer su za izotope ²⁷⁰Bh i ²⁷⁴Bh izmjerena vremena poluraspada od 61 s i 40 s, respektivno, dok se za još teži, ali još uvijek nepotvrđeni, izotop ²⁷⁸Bh pretpostavlja da bi mogao imati još duže vrijeme poluraspada od oko 690 s. Do sad još neotkriveni izotopi ²⁷³Bh i ²⁷⁵Bh mogli bi imati čak i duže vrijeme poluraspada od oko 90 odnosno 40 minuta, respektivno. Prije nego što je otkriven, za izotop ²⁷⁴Bh se pretpostavljalo da bi mogao imati dosta dugo vrijeme poluraspada od oko 90 minuta, ali je nakon otkrića izmjereno vrijeme od samo 40 sekundi.^[10]

Izotopi "bogati" protonima sa masama 260, 261 i 262 direktno su dobijeni metodom hladne fuzije, a izotopi sa masama 262 i 264 otkriveni su i u lancu raspada elemenata majtnerija i rendgenija. Izotopi "bogati" neutronima sa masama 265, 266 i 267 dobijeni su zračenjem uzoraka nekih aktinoida. Pet izotopa najbogatijih neutronima sa masama 270, 271, 272, 274 i 278 (nepotvrđen) "pojavili" su se u lancu raspada izotopa ²⁸²Nh, ²⁸⁷Mc, ²⁸⁸Mc, ²⁹⁴Ts i ²⁹⁰Fl, respektivno. Tih 11 izotopa imaju vremena poluraspada u rasponu od 10 milisekundi kod ^262mBh do jedne minute kod ²⁷⁰Bh i ²⁷⁴Bh, a koja se produžavaju na oko 12 minuta kod nepotvrđenog izotopa ²⁷⁸Bh, za koji se smatra da bi mogao biti jedan od najduže živućih superteških nuklida.^[11]

Hemijske

Borij je peti član 6d serije prelaznih metala i najteži član 7. grupe elemenata u periodnom sistemu, ispod mangana, tehnecija i renija. Svi članovi 7. grupe iskazuju oksidacijsko stanje +7 svojstveno toj grupi, a ono postaje sve stabilnije kako se "silazi" niz grupu (posmatrajući u standardnom PSE). Stoga se za borij očekuje da gradi stabilno stanje +7. Osim toga, tehnecij također iskazuje i stabilno +4 stanje dok renij pokazuje i stabilna stanja +4 i +3. Idući tim trendom, za borij se očekuje da bi također mogao imati slična niža stanja.^[3] Više oksidacijsko stanje +7 bi sa većom vjerovatnoćom moglo postojati u oksianionima kao što su perborijati^{[lower-alpha 2]} BhO−
4, analogno lakšim permanganatima, pertehnecijatima i perrenatima. Ipak, za borij(VII) se pretpostavlja da bi vrlo vjerovatno mogao biti nestabilan u vodenim rastvorima, te bi se vjerovatno mogao lahko reducirati do nešto stabilnijeg borija(IV).^[1] Za tehnecij i renij je poznato da grade isparljive heptokside opće formule M₂O₇ (M = Tc, Re), pa bi i borij također mogao graditi isparljivi oksid Bh₂O₇. Takav oksid bi trebao biti rastvorljiv u vodi, gradeći perboričnu kiselinu, HBhO₄.

Renij i tehnecij grade spektar oksihalida putem halogenacije oksida. Hlorinacijom oksida dobijaju se oksihloridi MO₃Cl, pa bi se tako ovom reakcijom trebao formirati i BhO₃Cl. Fluorinacijom se dobijaju još i MO₃F i MO₂F₃ kod težih elemenata pored spojeva renija kao što su ReOF₅ i ReF₇. Prema tome, nastanak oksifluorida borija bi moglo pomoći u analitičkom dokazivanju osobina eka-renija.^[12] Pošto su oksihloridi asimetrični, oni bi trebali imati znatno povećane dipolne momente, kako se ide dolje niz 7. grupu, a trebali bi postajati sve manje isparljivi redoslijedom TcO₃Cl > ReO₃Cl > BhO₃Cl: ovo je i eksperimentalno potvrđeno 2000. godine mjerenjem entalpija adsorpcije za ova tri spoja. Vrijednosti za TcO₃Cl i ReO₃Cl su −51 kJ/mol i −61 kJ/mol, respektivno; dok je eksperimentalna vrijednost za BhO₃Cl −77,8 kJ/mol, što je veoma blisko teoretski očekivanoj vrijednosti od −78,5 kJ/mol.^[1]

Fizičke

Za borij se očekuje da bude u čvrstom agregatnom stanju pri standardnim uslovima temperature i pritiska te da zauzima heksagonalnu gusto pakovanu kristalnu strukturu (^c/_a = 1,62), slično kao i njegov lakši kongener renij.^[4] To bi trebao biti veoma teški metal gustoće od oko 37,1 g/cm³, čime bi trebao biti treći najgušći element od svih, do danas poznatih, 118 elemenata, manje samo od majtnerija (37,4 g/cm³) i hasija (41 g/cm³), dva elementa koji ga slijede u periodnom sistemu. Usporedbe radi, najgušći poznati element čiju gustoću je moguće precizno izmjeriti, osmij, ima gustoću od samo 22,61 g/cm³. Ovo je rezultat velike atomske težine borija, kontrakcija lantanoida i aktinoida te relativističkih efekata, mada je proizvodnja dovoljno velikih količina borija, kako bi se ova vrijednost izmjerila, veoma nepraktična, a uzorak bi se vrlo brzo raspao.^[1]

Za atomski radijus borija očekuje se da iznosi oko 128 pm.^[1] Zbog relativističke stabilizacije 7s orbitale i destabilizacije 6d orbitale, predviđa se da bi ion Bh⁺ mogao imati elektronsku konfiguraciju [Rn] 5f¹⁴ 6d⁴ 7s², otpuštajući 6d elektron umjesto 7s elektrona, što je u suprotnosti od ponašanja njegovih lakših homologa mangana i tehnecija. S druge strane, renij slijedi obrazac borija, otpuštajući 5d elektron prije 6s elektrona, jer se relativistički efekti pojačavaju u šestoj periodi, gdje su oni, između ostalog, "odgovorni" za žutu boju zlata i nisku tačku topljenja žive. Za ion Bh²⁺ se očekuje da ima elektronsku konfiguraciju [Rn] 5f¹⁴ 6d³ 7s². Za razliku od njega, za ion renija Re²⁺ se očekuje da bi trebao imati konfiguraciju [Xe] 4f¹⁴ 5d⁵, ovog puta analogno manganu i tehneciju.^[1] Za ionski radijus heksaordiniranog sedmovalentnog borija pretpostavlja se da bi bio oko 58 pm (sedmovalentni mangan, tehnecij i renij imaju vrijednosti 46, 57 i 53 pm, respektivno). Petovalentni borij mogao bi imati još veći ionski radijus od 83 pm.^[1]

Napomene

1. Oksidacijski brojevi u zagradama su pretpostavljeni
2. Treba razlikovati perborijate od perborata, spojeva bora

Reference

1. Haire, Richard G. (2006). Transactinides and the future elements. u Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3. izd.). Dordrecht, Holandija: Springer Science+Business Media. ISBN 1-4020-3555-1.
2. Chemical Data. Bohrium - Bh, Kraljevsko hemijsko društvo
3. Johnson, E.; Fricke, B.; Jacob, T.; Dong, C. Z.; Fritzsche, S.; Pershina, V. (2002). Ionization potentials and radii of neutral and ionized species of elements 107 (bohrium) and 108 (hassium) from extended multiconfiguration Dirac–Fock calculations. The Journal of Chemical Physics 116: 1862. doi:10.1063/1.1430256
4. Östlin, A.; Vitos, L. (2011). First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals. Physical Review B 84 (11). doi:10.1103/PhysRevB.84.113104
5. Fricke, Burkhard (1975). Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties. Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry 21: 89–144. doi:10.1007/BFb0116498
6. EU ovaj element još uvijek nije stavila na spisak opasnih elemenata, međutim trenutno nije moguće pronaći pouzdani izvor ili literaturu o opasnim svojstvima ove supstance. Radioaktivnost ne spada u opasna svojstva koja se ovdje navode.
7. Yu. Ts. Oganessian et al. On spontaneous fission of neutron-deficient isotopes of elements 103, 105 and 107, Nuclear Physics A., 1976, Т. 273., br. 2., str. 505-522. doi:10.1016/0375-9474(76)90607-2
8. Barber, R. C.; Greenwood N. N.; Hrynkiewicz A. Z.; Jeannin Y. P.; et al. (1993). "Discovery of the transfermium elements. Part II: Introduction to discovery profiles. Part III: Discovery profiles of the transfermium elements". Pure and Applied Chemistry. 65 (8): 1757. doi:10.1351/pac199365081757. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
9. Münzenberg G.; Hofmann S.; Heßberger F. P.; Reisdorf W.; et al. (1981). "Identification of element 107 by α correlation chains". Zeitschrift für Physik A. 300 (1): 107–8. Bibcode:1981ZPhyA.300..107M. doi:10.1007/BF01412623. Pristupljeno 24. 12. 2016. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
10. Sonzogni, Alejandro. "Interactive Chart of Nuclides". National Nuclear Data Center: Brookhaven National Laboratory. Arhivirano s originala, 12. 6. 2018. Pristupljeno 26. 3. 2018.
11. Münzenberg G.; Gupta M. (2011). "Production and Identification of Transactinide Elements". u Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezso György Lovas, Frank Rösch (ured.). Handbook of Nuclear Chemistry. str. 877. doi:10.1007/978-1-4419-0720-2_19. ISBN 978-1-4419-0719-6.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
12. Hans Georg Nadler (2000). "Rhenium and Rhenium Compounds". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a23_199. ISBN 9783527303854.