Ajnštajnij

Ajnštajnij (latinski: einsteinium) jeste vještački hemijski element sa simbolom Es i atomskim brojem 99. U periodnom sistemu smješten je u grupu aktinoida (7. perioda, f-blok) te se prema tome ubraja u transuranijske elemente. Ajnštajnij je radioaktivni metal, koji se u laboratoriji može dobiti u jedva mjerljivim količinama. Otkriven je nakon probe prve američke hidrogenske bombe 1952. godine, a dobio je ime u čast Alberta Einsteina, iako on lično nije učestvovao u otkriću niti u izučavanju ovog elementa. U vrlo malim količinama nastaje u nuklearnim reaktorima. Metalni ajnštajnij kao i njegovi spojevi sintetiziraju se u vrlo malim količinama, uglavnom u svrhu proučavanja.

Ajnštajnij,  ₉₉Es

Ajnštajnij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Ajnštajnij, Es, 99
Serija	Aktinoidi
Grupa, Perioda, Blok	Ac, 7, f
CAS registarski broj	7429-92-7
Zastupljenost	0 %
Atomske osobine
Atomska masa	252 u
Atomski radijus (izračunat)	203 (-) pm
Kovalentni radijus	- pm
Van der Waalsov radijus	- pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f117s2
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
1. energija ionizacije	613,84 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto
Kristalna struktura	kubična
Gustoća	(izračunato) 8840 kg/m3
Tačka topljenja	1133 K (860 °C)
Tačka ključanja	1269 K (996 °C)
Molarni volumen	m3/mol
Toplota isparavanja	kJ/mol
Toplota topljenja	kJ/mol
Brzina zvuka	m/s
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	+2, +3, (+4)
Elektrodni potencijal	(Es3+ + 3 e− → Es)
Elektronegativnost	(Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 248Es sin 27 min ε 248Cf α 244Bk SR ? ? 249Es sin 102,2 min ε 249Cf α 245Bk 250Es sin 8,6 h ε 2,1 250Cf α? 6,88 246Bk 251Es sin 33 h ε 0,367 251Cf α 6,597 247Bk 252Es sin 471,7 d α 6,760 248Bk ε 1,260 252Cf 254Es sin 275,7 d α 6,618 250Bk ε 254Cf
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja Oznaka upozorenja nepoznata[1]
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.

Historija

Elucijske krivulje:
hromatografsko odvajanje elemenata Fm (100), Es (99), Cf, Bk, Cm, Am.

Ajnštajnij, zajedno sa fermijem, otkriven je nakon izvršene probe prve američke hidrogenske bombe, nazvane Ivy Mike, 1. novembra 1952. godine na atolu Eniwetok. Prvi uzorci ovog elementa pronađeni su na posebnim filter-papirima, zakačenim na avione koji su u svrhu istraživanja prolazili kroz oblak nastao pri eksploziji. Nešto veće količine ajnštajnija izolirane su naknadno iz koraljnim grebenima oko atola. Iz razloga vojne tajne, rezultati tog istraživanja nisu odmah objavljeni.^[2]

Prva proučavanja ostataka nastalih nakon eksplozije, pokazali su nastanak novog izotopa plutonija ²⁴⁴Pu, a smatralo se da je on mogao nastati samo primanjem šest neutrona u jezgro uranija ²³⁸U, a nakon toga uslijedila su dva uzastopna β-raspada.

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow[{-2\ \beta ^{-}}]{+\ 6\ (n,\gamma )}}\ _{\ 94}^{244}Pu} }$

U to vrijeme, smatralo se da je apsorpcija neutrona u teško jezgro nekog atoma jedan vrlo rijedak proces. Identificiranje izotopa ²⁴⁴Pu navelo je naučnike na zaključak da se u jezgro uranija mogu "hvatati" brojni neutroni, što bi u konačnici dovelo do sinteze nekog novog elementa.^[2]

Odvajanje rastvorenih iona aktinoida uspjelo je primjenom ionsko-izmjenjivačke tehnike u okruženju određenih bafera limunske kiseline i amonij-citrata u slabo kiselom mediju (pH ≈ 3,5) i povišenoj temperaturi. Element 99 (ajnštajnij) vrlo brzo je dokazan; naprije je dokazano prisustvo izotopa ²⁵³Es, koji je visokoenergetski α-emiter (6,6 MeV).^[2] On nastaje iz uranija ²³⁸U zahvatom 15 neutrona, nakon čega slijedi sedam β-raspada.^[2]

Nastanak ovih izotopa putem nastavka zahvata neutrona bio je moguć iz razloga što je u trenutku detonacije bombe gustoća toka neutrona bila tako visoka, da se većina, u međuvremenu nastalih radioaktivnih, atomskih jezgri nije stigla raspasti prije nego što je uslijedio sljedeći zahvat neutrona. Tako pri izuzetno gustim tokom neutrona također značajno raste i maseni broj, bez da im se mijenja atomski broj. Tek tada nastali nestabilni nuklidi počinju se raspadati preko brojnih β-raspada do stabilnih ili nestabilnih nuklida sa visokim atomskim brojevima:

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{\ 92}U\ {\xrightarrow[{-7\ \beta ^{-}}]{+\ 15,\ 16,\ 17\ (n,\gamma )}}\ _{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 99}^{253,\ 254,\ 255}Es} }$

U septembru 1953. i dalje nije bio naznaka kada bi se mogli objaviti rezultati istraživanja timova sa nacionalnih laboratorija Lawrence Berkeley, Argonne i Los Alamos. Odlučeno je da se novi elementi sintetiziraju putem eksperimenta bombardiranja atomskih jezgara, čime se istovremeno osiguralo da se rezultati tih otkrića ne drže kao vojne tajne, pa su se zbog toga mogli i objaviti.^[2] Ubrzo su u Radijacijskoj laboratoriji Univerziteta Kalifornije uspjeli dobiti izotope ajnštajnija putem bombardiranja mete sačinjene od uranija (²³⁸U) atomima dušika (¹⁴N). Međutim, kasnije su saznali da su već obavljena ispitivanja ovog elementa, ali su do tada važila za vojnu tajnu.^[2][3] Izotopi oba novootkrivena elementa dobijeni su radijacijom izotopa ²³⁹Pu, a rezultati su objavljeni u pet naučnih časopisa u vrlo kratkom vremenskom intervalu.^{[4][5][6][7][8]} Posljednje reakcije počev od kalifornija bile su:

${\displaystyle \mathrm {^{252}_{\ 98}Cf\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 98}^{253}Cf\ {\xrightarrow[{17,81\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 99}^{253}Es\ {\xrightarrow {(n,\gamma )}}\ _{\ 99}^{254}Es\ {\xrightarrow[{}]{\beta ^{-}}}\ _{100}^{254}Fm} }$

Iz tih razloga, tim naučnika sa Berkeleyja bio je zabrinut da bi druge grupe istraživača mogle bombardiranjem ionima otkriti i objaviti otkiće elementa 100, prije nego što se objave njihovi rezultati koji su do tada čuvani kao tajna.^[2] Već krajem 1953. i početkom 1954. radna grupa Nobelovog instituta za fiziku u Stockholmu izvršila je eksperiment bombardiranja uranijevih atomskih jezgara jezgrima kisika. Nastao je izotop elementa 100 sa masenim brojem 250 (²⁵⁰Fm).^[9] Tim iz Berkeleyja je već tada objavio neke rezultate hemijskih osobina oba novootkrivena elementa.^[10][11] Najzad, sa rezultata termonuklearne eksplozije iz 1955. je skinuta oznaka tajnosti pa su ubrzo i objavljeni.^[12][13]

Vrlo brzo je bilo jasno da je tim iz Berkeleyja bio prvi koji je otkrio elemente, a čijih pet radova je nadmašivalo rezultate iz švedskih žurnala, te bilo potkrijepljeno ranijim tajnim rezultatima dobijenim iz termonuklearne eksplozije iz 1952. godine. To je bio osnovni razlog da se ovom timu dodijeli čast prijedlog imena novog elementa. Oni su se odlučili elementu dati ime po nekom poznatom, već tada preminulom naučniku. Uskoro su se sporazumjeli da bi to mogla biti imena naučnika Einsteina i Fermija, od kojih je Einstein umro neposredno prije objave otkrića:^[2] Predlažemo ime za novi element sa atomskim brojem 99, "einsteinium" (simbol E) u čast Alberta Einsteina, a ime za element sa atomskim brojem 100, "fermium" (simbol Fm), prema imenu Enrica Fermija.^[12] Zvaničnu objavu otkrića oba novootkrivena elementa ajnštajnija i fermija dao je Albert Ghiorso na Prvoj konferenciji o mirnodopskoj upotrebi atomske energije, održanoj u Ženevi od 8. do 20. augusta 1955. godine.^[2] Simbol hemijskog elementa ajštajnija je kasnije promijenjen iz E u današnje Es.^[14]

Osobine

U periodnom sistemu, ajnštajnij sa atomskim brojem 99 nalazi se u grupi aktinoida. Njegov prethodnik je kalifornij, a nakon njega slijedi element fermij. Analog ajnštajnija u grupi lantanoida je holmij.

Fizičke

Ajnštajnij je vještački, veoma radioaktivni metal, koji se topi na oko 860 °C, a ključa na 996 °C. Njegova gustoća je oko 8,84 g/cm³.^[15] Kristalizira se u kubičnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi Fm${\displaystyle {\bar {3}}}$m sa parametrom rešetke a = 575 pm, što odgovara kubičnoj plošnocentriranoj rešeci (f.c.c.) odnosno kubičnom najgušćem kuglastom pakovanju sa redoslijedom slojeva ABC. Radioaktivnost elementa je tako snažna da se zbog nje uništava metalna rešetka.^[16] Metal je dvovalentan i ima značajno visoku volatilnost.^[17] Smatra se velikom opasnošću za zdravlje u slučaju gutanja.^[18]

Hemijske

Kao i svi drugi aktinoidi, i ajnštajnij je izuzetno reaktivan. U vodenim rastvorima najstabilniji je u trovalentnom oksidacijskom stanju, a poznati su njegovi spojevi i u dvo- i četverovalentnom stanju. Dvovalentni spojevi se mogu dobiti u čvrstom stanju, dok se četverovalentni spojevi mogu dobiti u količinama u tragovima pomoću tehnika hemijskog transporta, mada konačna potvrda za to još nije objavljena.^[14] Vodeni rastvori iona Es³⁺ su svijetlo ružičaste boje.^[19]

Izotopi

Svih, do danas otkrivenih, 17 izotopa i tri nuklearna izomera su radioaktivni i nestabilni.^[20] Najčešći i najviše poznati izotopi imaju masene brojeve u rasponu od 241 do 258. Među njima, najduže vrijeme poluraspada ima izotop ²⁵²Es od 471,7 dana,^[21] pa se zbog toga na Zemlji ne može naći u prirodi. Izotop ²⁵⁴Es ima vrijeme poluraspada od 275,7 dana,^[22] izotop ²⁵⁵Es od 39,8 dana a izotop ²⁵³Es 20,47 dana. Svi ostali otkriveni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od 40 sati, a kod većine njih ova vrijednost je kraća od 30 minuta. Od tri nuklearna izomera ^254mEs je najstabilniji sa t_½ = 39,3 sati.^[23]

Upotreba

Zbog vrlo kompliciranog načina sintetiziranja ovog elementa, on se koristi isključivo u svrhu naučnih istraživanja i sintetiziranja težih transuranijskih elemenata i transaktinoida. Njegovi spojevi se također dobijaju u istraživačke svrhe.

Spojevi

Istraživanje spojeva ajnštajnija uslovljeno je sljedećim limitirajućim faktorima:^[24]

• Izotop kojeg je najlakše dobiti, ²⁵³Es, moguće je dobiti samo jednom ili dva puta godišnje u mikrogramskim količinama.
• Intenzivno alfa-zračenje kojeg emitira izotop, tokom 20-odnevnog vremena poluraspada vrlo lahko uništava raspored atoma u svim čvrstim spojevima.
• Zbog radioaktivnog raspada nastaju izotopi ²⁴⁹Bk i²⁴⁹Cf, koji vrlo brzo onečišćavaju uzorke ajnštajnija. Brzina njihovog nastajanja iznosi oko 3% dnevno.^[25]

${\displaystyle \mathrm {^{253}_{\ 99}Es\ {\xrightarrow[{20\ d}]{\alpha }}\ _{\ 97}^{249}Bk\ {\xrightarrow[{314\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 98}^{249}Cf} }$

Reference

1. 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.
2. Albert Ghiorso: Einsteinium and Fermium, Chemical & Engineering News, 2003.
3. Albert Ghiorso, G. Bernard Rossi, Bernard G. Harvey, Stanley G. Thompson (1954). "Reactions of U²³⁸ with Cyclotron-Produced Nitrogen Ions". Physical Review. 93 (1): 257–257. doi:10.1103/PhysRev.93.257.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
4. S. G. Thompson, A. Ghiorso, B. G. Harvey, G. R. Choppin (1954). "Transcurium Isotopes Produced in the Neutron Irradiation of Plutonium". Physical Review. 93 (4): 908–908. doi:10.1103/PhysRev.93.908.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
5. B. G. Harvey, S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. R. Choppin (1954). "Further Production of Transcurium Nuclides by Neutron Irradiation". Physical Review. 93 (5): 1129–1129. doi:10.1103/PhysRev.93.1129.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
6. M. H. Studier, P. R. Fields, H. Diamond, J. F. Mech, A. M. Friedman, P. A. Sellers, G. Pyle, C. M. Stevens, L. B. Magnusson, J. R. Huizenga (1954). "Elements 99 and 100 from Pile-Irradiated Plutonium". Physical Review. 93 (6): 1428–1428. doi:10.1103/PhysRev.93.1428.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
7. P. R. Fields, M. H. Studier, J. F. Mech, H. Diamond, A. M. Friedman, L. B. Magnusson, J. R. Huizenga (1954). "Additional Properties of Isotopes of Elements 99 and 100". Physical Review. 94 (1): 209–210. doi:10.1103/PhysRev.94.209.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
8. G. R. Choppin, S. G. Thompson, A. Ghiorso, B. G. Harvey (1954). "Nuclear Properties of Some Isotopes of Californium, Elements 99 and 100". Physical Review. 94 (4): 1080–1081. doi:10.1103/PhysRev.94.1080.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
9. Hugo Atterling, Wilhelm Forsling, Lennart W. Holm, Lars Melander, Björn Åström (1954). "Element 100 Produced by Means of Cyclotron-Accelerated Oxygen Ions". Physical Review. 95 (2): 585–586. doi:10.1103/PhysRev.95.585.2.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
10. G. T. Seaborg, S. G. Thompson, B. G. Harvey, G. R. Choppin (23. 7. 1954). "Chemical Properties of Elements 99 and 100". Berkeley: Radiation Laboratory, University of California. journal zahtijeva |journal= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
11. S. G. Thompson, B. G. Harvey, G. R. Choppin, G. T. Seaborg (1954). "Chemical Properties of Elements 99 and 100". J. Am. Chem. Soc. 76 (24): 6229–6236. doi:10.1021/ja01653a004.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
12. A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg, M. H. Studier, P. R. Fields, S. M. Fried, H. Diamond, J. F. Mech, G. L. Pyle, J. R. Huizenga, A. Hirsch, W. M. Manning, C. I. Browne, H. L. Smith, R. W. Spence (1955). "New Elements Einsteinium and Fermium, Atomic Numbers 99 and 100". Physical Review. 99 (3): 1048–1049. doi:10.1103/PhysRev.99.1048.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
13. P. R. Fields, M. H. Studier, H. Diamond, J. F. Mech, M. G. Inghram, G. L. Pyle, C. M. Stevens, S. Fried, W. M. Manning; A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg (1956). "Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris". Physical Review. 102 (1): 180–182. doi:10.1103/PhysRev.102.180.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
14. Richard G. Haire (2006). "Einsteinium". u Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (ured.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (PDF). Dordrecht: Springer. str. 1577–1620. ISBN 1-4020-3555-1. Arhivirano s originala (PDF), 17. 7. 2010. Pristupljeno 3. 3. 2018.CS1 održavanje: više imena: editors list (link)
15. R. G. Haire (1990). "Properties of the Transplutonium Metals (Am-Fm)". Metals Handbook. 2 (10 izd.). Ohio: ASM International, Materials Park. str. 1198–1201.
16. R. G. Haire, R. D. Baybarz (1979). "Studies of einsteinium metal" (PDF). Journal de Physique Colloques. 40 (C4): 101–102. doi:10.1051/jphyscol:1979431.
17. Phillip D. Kleinschmidt, John W. Ward, George M. Matlack, Richard G. Haire (1984). "Henry's Law vaporization studies and thermodynamics of einsteinium‐253 metal dissolved in ytterbium". Journal of Chemical Physics. 81: 473–477. doi:10.1063/1.447328.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
18. Hoffman, Darleane C.; Ghiorso, Albert; Seaborg, Glenn Theodore (2000) The Transuranium People: The Inside Story, Imperial College Press, str. 190–191, ISBN 978-1-86094-087-3
19. A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg (2007). "XXXVI: Die Actinoide". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (102 izd.). Berlin: de Gruyter. str. 1956. ISBN 978-3-11-017770-1.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
20. G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert, ured. (2006). Karlsruher Nuklidkarte (7 izd.).CS1 održavanje: više imena: editors list (link)
21. Irshad Ahmad, Frank Wagner, Jr. (1977). "Half-life of the longest-lived Einsteinium Isotope-²⁵²Es". J. Inorg. Nucl. Chem. 39 (9): 1509–1511. doi:10.1016/0022-1902(77)80089-4.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
22. William McHarris, F. S. Stephens, F. Asaro, I. Perlman (1966). "Decay Scheme of Einsteinium-254". Physical Review. 144 (3): 1031–1045. doi:10.1103/PhysRev.144.1031.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
23. G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A. 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
24. D. D. Ensor, J. R. Peterson, R. G. Haire, J. P. Young (1981). "Absorption spectrophotometric study of ²⁵³EsF₃ and its decay products in the bulk-phase solid state". J. Inorg. Nucl. Chem. 43 (10): 2425–2427. doi:10.1016/0022-1902(81)80274-6.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
25. R. G. Haire, R. D. Baybarz (1973). "Identification and Analysis of Einsteinium Sesquioxide by Electron Diffraction". J. Inorg. Nucl. Chem. 35 (2): 489–496. doi:10.1016/0022-1902(73)80561-5.

Vanjski linkovi

• Ajnštajnij na stranici The Periodic Table of Videos (Univerzitet u Nottinghamu)