Darmštatij

Darmštatij je vještački hemijski element sa simbolom Ds i atomskim brojem 110. To je ekstremno radioaktivni sintetički hemijski element. Najstabilniji poznati izotop mu je darmštatij-281, čije vrijeme poluraspada iznosi oko deset sekundi.^[4] Ovaj element prvi put je sintetiziran 1994. godine u Centru za istraživanje teških iona GSI Helmholtz u blizini njemačkog grada Darmstadta, po kojem je i dobio ime. U periodnom sistemu nalazi se u d-bloku transaktinoidnih elemenata. Član je sedme periode PSE a nalazi se u 10. grupi hemijskih elemenata, iako nisu provedeni hemijski eksperimenti kojim bi se dokazalo da se darmštatij ponaša kao teži homolog platine u grupi 10, odnosno kao osmi član 6d serije prelaznih metala. Izračuni pokazuju da bi darmštatij trebao imati slične osobine kao njegovi lakši homolozi: nikl, paladij i platina.

Darmštatij,  ₁₁₀Ds

Darmštatij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Darmštatij, Ds, 110
Serija	Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok	10, 7, d
Izgled	-
Zastupljenost	0 %
Atomske osobine
Atomska masa	281 u
Atomski radijus (izračunat)	? ( -) pm
Kovalentni radijus	? pm
Van der Waalsov radijus	? pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f146d87s2[1]
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 (?)[1]
1. energija ionizacije	955,2[1] kJ/mol
2. energija ionizacije	1891,1[1] kJ/mol
3. energija ionizacije	3029,6[1] kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto (?)[2]
Gustoća	34800 (?)[1] 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	8, 6, 4, 2, 0[1]
Elektronegativnost	(Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 281Ds sin 11 s SR (94%) α (6%) 8,67 277Hs 279Ds sin 0,2 s SR (90%) α (10%) 9,70 275Hs
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja Oznaka upozorenja nepoznata[3]
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

Otkriće

Darmštatij je prvi put dobijen 9. novembra 1994. godine na Institutu za istraživanje teških iona (njem. Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) u Darmstadtu, Njemačka. Sintetizirali su ga naučnici Peter Armbruster i Gottfried Münzenberg, a Sigurd Hofmann je bio vođa tima. Tim naučnika je bombardirao metu sačinjenu od izotopa olova-208 sa ubrzanim jezgrima izotopa nikla-62 u ubrzivaču teških iona, te uspjeli detektirati jedan atom izotopa darmštatija-269:^[5]

208
82Pb + 62
28Ni → 269
110Ds + 1
0n

Tokom iste serije eksperimenata, isti tim je također izveo reakciju ali pomoću težih iona nikla, odnosno izotopa Ni-64. Tokom dva pokušaja, dokazan je nastanak devet atoma izotopa ²⁷¹Ds, putem korelacije osobina poznatih izotopa na koje se ovaj izotop dalje raspao:^[6]

208
82Pb + 64
28Ni → 271
110Ds + 1
0n

Prije ovih eksperimenata, pokušaji sinteze ovog elementa 1986. i 1987. na Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja u Dubni, Rusija (tada u SSSR) nisu uspjeli, a ponovljeni su na GSI 1990. godine. Osim toga, izvršeni su pokušaji 1995. godine na Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Berkeley gdje su zapaženi znakovi koji su sugerirali, ali ne i nedvosmisleno dokazivali, da postoji novi izotop ²⁶⁷Ds nastao bombardiranjem bizmuta ²⁰⁹Bi ionima kobalta ⁵⁹Co, dok su slični nedokazani pokušaji 1994. izvedeni na JINR pokazali znakove da je nastao izotop ²⁷³Ds u nuklearnoj reakciji plutonija ²⁴⁴Pu i sumpora ³⁴S. Svaki tim naučnika predložio je vlastito ime za element 110: američki tim predložio je hahnij po naučniku Hahnu,^[7] pokušavši riješiti situaciju oko elementa 105 (dubnij, za koji su dugo vremena tražili da se ovako nazove), dok je ruski tim predložio ime berkelij po Henriju Becquerelu,^[8] a njemački tim darmštatij po istoimenom gradu, gdje se nalazi njihov istraživački institut.^[9] Zajednička komisija IUPAC/IUPAP (JWP) iskazala je čast njemačkom timu pri GSI kao otkrivačima novog elementa u svom izvještaju iz 2001, čime su njima dali prvenstvo za davanje imena elementu.^[10]

Imenovanje

Koristeći Mendeljejevu nomenklaturu za neimenovane i neotkrivene elemente, darmštatij je bio poznat pod nazivom eka-platina. Godine 1979. IUPAC je objavio svoje preporuke prema kojim se element trebao zvati ununnilij (zajedno sa odgovarajućim simblom Uun),^[11] što predstavlja privremeno, sistematsko ime za element do njegovog zvaničnog otkrića (i potvrde tog otkrića), nakon čega se pristupa odlučivanju o stalnom imenu. Iako se dosta koristilo u naučnoj zajednici na svim nivoima, od katedri za hemiju do naprednih knjiga i priručnika, preporuke IUPAC su vrlo često ignorirane među naučnicima iz ove oblasti, koji su ga zvali "element 110", sa simbolom E110, (110) ili često samo 110.^[1]

Naziv darmštatij (Ds) predložio je tim GSI u čast grada Darmstadta, gdje je element zvanično otkriven.^[12][13] Prvobitno je njemački tim razmatrao i naziv wixhausij za ovaj element, prema nazivu predgrađa Darmstadta poznatog kao Wixhausen gdje se nalazi GSI institut, ali je ipak prihvaćen današnji naziv darmštatij.^[14] Novo ime za element zvanično je odobrio IUPAC 16. augusta 2003. godine.^[12] Također, postojali su i neki smiješni i neobični prijedlozi poput naziva policij, pošto je u Njemačkoj 110 broj telefona za hitne policijske slučajeve.^[15]

Osobine

Hemijske

Darmštatij je osmi član 6d serije prelaznih metala. Od kada je dokazano da je kopernicij (element 112) prelazni metal, naučnici su očekivali da će svi elementi počev od atomskog broja 104 do 111 nastaviti četvrtu seriju prelaznih metala, sa darmštatijem kao dijelom platinske grupe metala,^[13] i mogućim plemenitim metalom.^[1] Izračuni njegovih potencijala ionizacije te atomskog i ionskog radijusa pokazali su da su oni slični kao i kod njegovog homologa platine, što je ukazivalo da bi osnovne osobine darmštatija mogle biti dosta slične onima kod drugih elemenata 10. grupe: nikla, paladija i platine.^[1]

Međutim, predviđanja o mogućim hemijskim osobinama darmštatija nisu privukla značajniju pažnju među naučnicima. Za darmštatij se očekuje da bi mogao biti plemeniti metal. Na osnovu najstabilnijih oksidacijskih stanja lakših elemenata iz 10. grupe, predviđena oksidacijska stanja darmštatija mogla bi biti +6, +4 i +2, mada se predviđa da bi najstabilnije stanje u vodenim rastvorima moglo biti neutralno stanje. Za usporebu, poznato je da samo paladij i platina mogu imati najviše oksidacijsko stanje u grupi, +6, dok su najstabilnija stanja za nikl i paladij +4 i +2. Dalje, očekuje se da bi maksimalna oksidacijska stanja elemenata od borija (element 107) do darmštatija (110) mogla biti stabilna u gasovitom stanju ali ne i u vodenom rastvoru.^[1] Za spoj darmštatij-heksafluorid (DsF₆) predviđa se da bi mogao imati slične osobine kao i njegov lakši homolog platina-heksafluorid (PtF₆), sa veoma sličnim elektronskim strukturama i ionizacijskim potencijalima.^[1][16][17] Također, očekuje se da bi imao i sličnu oktaedarsku geometriju molekule kao i PtF₆.^[18] Ostali pretpostavljeni spojevi darmštatija su darmštatij-karbid (DsC) i darmštatij-tetrahlorid DsCl₄, za koje se očekuje da bi se mogli ponašati kao njihovi lakši homolozi.^[18] Za razliku od platine, koja preferencijalno gradi cijanidne komplekse sa oksidacijskim stanjem +2, Pt(CN)₂, za darmštatij se očekuje da preferencijalno ostane u svom neutralnom stanju i gradi Ds(CN)2−
2, sa veoma snažnom Ds–C vezom i karakterom nekih višestrukih veza.^[19]

Fizičke i atomske

Za darmštatij se očekuje da je u čvrstom agregatnom stanju u normalnim uslovima temperature i pritiska te da se kristalizira u kubičnoj prostorno-centriranoj strukturi, za razliku od svojih lakših kongenera koji se kristaliziraju u kubičnoj plošno-centriranoj strukturi, iz razloga što se očekuje da darmštatij ima različite gustoće elektronskog naboja od svojih lakših kongenera.^[2] Očekuje se da bi darmštatij mogao biti veoma teški metal, gustoće od oko 34,8 g/cm³. Za usporedbu, najgušći poznati element čija je gustoća precizno izmjerena je osmij sa "samo" 22,61 g/cm³.^[1] Ove procjene za darmštatij polaze od njegove velike atomske težine, efekta kontrakcije lantanoida i aktinoida i relativističkih efekata kvantne hemije, ali problem leži u činjenici da bi proizvodnja dovoljnih količina darmštatija kako bi se izmjerila njegova gustoća bila veoma nepraktična a uzorak bi se vrlo brzo raspao na druge elemente.^[1]

Izračuni elektronske konfiguracije darmštatija pokazuju da bi ona mogla biti 6d⁸7s², čime se poštuje Aufbau princip a ne slijedi vanjsku elektronsku konfiguraciju platine koja glasi 5d⁹6s¹. Ovo se objašnjava relativističkom stabilizacijom elektronskog para 7s² duž cijele sedme periode, tako da se za niti jedan element od atomskog broja 104 do 112 ne očekuje da njihove elektronske konfiguracije narušavaju Aufbau princip. Procjenjuje se da bi atomski radijus darmštatija mogao iznositi oko 132 pm.^[1]

Izotopi

Darmštatij nema stabilnih izotopa niti izotopa koji se javljaju u prirodi. Do danas u laboratorijama je sintetizirano nekoliko radioaktivnih izotopa, bilo fuzijom dva atoma ili ispitivanjem lanca raspada težih sintetičkih elemenata. Otkriveno je i dokazano devet različitih izotopa darmštatija sa atomskim masama 267, 269–271, 273, 277 i 279–281, iako postojanje izotopa Ds-267 i Ds-280 do danas nije potvrđeno. Za dva izotopa, Ds-270 i Ds-271, poznato je da imaju metastabilna stanja. Većina ovih izotopa raspada se pretežno alfa-raspadom, mada se neki raspadaju i spontanom fisijom.^[20]

Stabilnost i vrijeme poluraspada

Svi izotopi elementa su ekstremno nestabilni i radioaktivni, a općenito su teži izotopi neznatno stabilniji od lakših. Najstabilniji do danas poznati izotop darmštatija je ²⁸¹Ds, ujedno je i najteži poznati izotop. Njegovo vrijeme poluraspada iznosi 11 sekundi. Izotop ²⁷⁹Ds ima vrijeme poluraspada od 0,18 sekundi. Ostalih šest izotopa kao i dva metastabilna stanja imaju vremena poluraspada koja se kreću od jedne mikrosekunde do 70 milisekundi.^[20] Za neke nepoznate izotope u ovom regionu tabele nuklida, poput ²⁷²Ds i ^274–276Ds, predviđa se da mogli imati "relativno" duža vremena poluraspada u rasponu od nekoliko sekundi.^[20][21] Prije njegovog otkrića, za izotop ²⁷⁷Ds se predviđalo da bi mogao imati vrijeme poluraspada od oko pet sekundi, ali nakon otkrića izmjereno vrijeme poluraspada iznosilo je samo 5,7 milisekundi.^[20] Slično tome, za izotop ²⁸⁰Ds je također ranije pretpostavljeno da bi njegovo vrijeme poluraspada moglo iznositi oko 11 sekundi, ali je jednom studijom iz 2015. otkriveno postojanje "kćerke" izotopa ²⁸⁰Rg koja se raspada elektronskim zahvatom a vrijeme poluraspada iznosilo mu je kraće od sekunde.^[22] Studije iz 2014. i 2016. pronašle su isti izotop kao moguću "kćerku" izotopa ²⁸⁴Cn koja se raspada alfa raspadom a vrijeme poluraspada mu iznosi oko 6,7 ms.^[23]

Za neotkriveni izotop ²⁸⁴Ds predviđa se da bi bio najstabilniji i da bi se mogao raspadati beta raspadom;^[24] međutim, do danas nije poznat niti jedan izotop darmštatija koji se raspada ovim raspadom.^[20] Teoretski izračuni modela kvantnog tunela dali su eksperimentalne podatke vremena poluraspada alfa raspadom za, do danas, poznate izotope elementa.^[25][26] Također se predviđa da bi se, još neotkriveni, izotop ²⁹⁴Ds, koji ima magični broj neutrona (184),^[1] mogao raspadati alfa raspadom i imati vrijeme poluraspada u rasponu od oko 311 godina, a istim pristupom predviđanja pokazuju da bi se "nemagični" izotop ²⁹³Ds mogao također raspadati alfa raspadom sa vremenom poluraspada u rasponu od oko 3.500 godina.^[27][28]

Reference

1. Darleane C. Hoffman, Diana M. Lee, Valeria Pershina (2006). "Transactinides and the future elements". The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3 izd.). Dordrecht, Holandija: Springer Science+Business Media. ISBN 1-4020-3555-1.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
2. 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.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
3. 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.
4. Oganessian Y. T.; Utyonkov V.; Lobanov Y.; Abdullin F.; Polyakov A.; et al. (2004). "Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions ²⁴⁴Pu(⁴⁸Ca,xn)^292−x114 and ²⁴⁵Cm(⁴⁸Ca,xn)^293−x116". Physical Review C. 69 (5): 054607. Bibcode:2004PhRvC..69e4607O. doi:10.1103/PhysRevC.69.054607. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
5. Hofmann S.; Ninov V.; Heßberger F. P.; Armbruster P.; Folger H.; et al. (1995). "Production and decay of ²⁶⁹110". Zeitschrift für Physik A. 350 (4): 277. Bibcode:1995ZPhyA.350..277H. doi:10.1007/BF01291181. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
6. Hofmann, S (1998). "New elements – approaching". Reports on Progress in Physics. 61 (6): 639. Bibcode:1998RPPh...61..639H. doi:10.1088/0034-4885/61/6/002.
7. Ghiorso Albert, Hoffman Darleane C, Seaborg Glenn T (2000). Transuranium People, The: The Inside Story. World Scientific. str. 397. ISBN 9781783262441.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
8. "Historical information - Darmstadtium" (jezik: ruski). Arhivirano s originala 17. 1. 2005. Pristupljeno 26. 1. 2018.CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
9. 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. Referenca sadrži prazan nepoznati parametar: |1= (pomoć); Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link) (napomena: za dio I vidi: Pure Appl. Chem., vol. 63, br. 6, str. 879–886, 1991)
10. Karol, P. J.; Nakahara H.; Petley B. W.; Vogt E. (2001). "On the discovery of the elements 110–112 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 73 (6): 959. doi:10.1351/pac200173060959. Referenca sadrži prazan nepoznati parametar: |1= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
11. Chatt, J. (1979). "Recommendations for the naming of elements of atomic numbers greater than 100". Pure and Applied Chemistry. 51 (2): 381–384. doi:10.1351/pac197951020381.
12. Corish J.; Rosenblatt G. M. (2003). "Name and symbol of the element with atomic number 110" (PDF). Pure Appl. Chem. 75 (10): 1613–1615. doi:10.1351/pac200375101613. Arhivirano s originala 4. 3. 2016. Pristupljeno 4. 3. 2016.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
13. Griffith W. P. (2008). "The Periodic Table and the Platinum Group Metals". Platinum Metals Review. 52 (2): 114. doi:10.1595/147106708X297486.
14. "Chemistry in its element – darmstadtium". Chemistry in its element. Royal Society of Chemistry. Pristupljeno 17. 10. 2012.
15. J. P. Leal (14. 10. 2011). "Chemical Elements: What's in a Name?". Science. 334 (6053): 176. doi:10.1126/science.334.6053.176-b.
16. Rosen A.; Fricke B.; Morovic T.; Ellis D. E. (1979). "Relativistic molecular calculations of superheavy molecules". J. Phys. C4, Suppl. 4. 40: C4/218–219. doi:10.1051/jphyscol:1979467.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
17. Waber J. T.; Averill F. W. (1974). "Molecular orbitals of PtF6 and E110 F6 calculated by the self-consistent multiple scattering Xα method". J. Chem. Phys. 60 (11): 4460–70. Bibcode:1974JChPh..60.4466W. doi:10.1063/1.1680924.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
18. Thayer John S. (2010). "Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements": 82. doi:10.1007/978-1-4020-9975-5_2. journal zahtijeva |journal= (pomoć)
19. Demissie Taye B.; Ruud Kenneth (25. 2. 2017). "Darmstadtium, roentgenium, and copernicium form strong bonds with cyanide". International Journal of Quantum Chemistry. 2017. doi:10.1002/qua.25393.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
20. Sonzogni, Alejandro. "Interactive Chart of Nuclides". National Nuclear Data Center: Brookhaven National Laboratory. Arhivirano s originala, 14. 7. 2017. Pristupljeno 26. 1. 2018.
21. Gray, Theodore (2002). "The Photographic Periodic Table of the Elements". periodictable.com. Pristupljeno 16. 11. 2012.
22. U. Forsberg, D. Rudolph, L.-L. Andersson, A. Di Nitto, Ch.E. Düllmann; et al. "Recoil-α-fission and recoil-α-α-fission events observed in the reaction Ca-48 + Am-243" (pdf). arXiv:1502.03030v1. Pristupljeno 27. 1. 2018. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
23. Kaji Daiya; Morita Kosuke; Kouji Morimoto; Hiromitsu Haba; Masato Asai; et al. (2017). "Study of the Reaction ⁴⁸Ca + ²⁴⁸Cm → ²⁹⁶Lv* at RIKEN-GARIS". Journal of the Physical Society of Japan. 86: 034201-1–7. Bibcode:2017JPSJ...86c4201K. doi:10.7566/JPSJ.86.034201. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
24. Nie G. K. (2005). "Charge radii of β-stable nuclei". Modern Physics Letters A. 21 (24): 1889. arXiv:nucl-th/0512023. Bibcode:2006MPLA...21.1889N. doi:10.1142/S0217732306020226.
25. P. Roy Chowdhury; C. Samanta; D. N. Basu (2006). "α decay half-lives of new superheavy elements". Phys. Rev. C. 73: 014612. arXiv:nucl-th/0507054. Bibcode:2006PhRvC..73a4612C. doi:10.1103/PhysRevC.73.014612.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
26. C. Samanta; P. Roy Chowdhury; D.N. Basu (2007). "Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements". Nucl. Phys. A. 789: 142–154. arXiv:nucl-th/0703086. Bibcode:2007NuPhA.789..142S. doi:10.1016/j.nuclphysa.2007.04.001.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
27. P. Roy Chowdhury; C. Samanta; D. N. Basu (2008). "Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability". Phys. Rev. C. 77 (4): 044603. arXiv:0802.3837. Bibcode:2008PhRvC..77d4603C. doi:10.1103/PhysRevC.77.044603.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
28. P. Roy Chowdhury; C. Samanta; D. N. Basu (2008). "Nuclear half-lives for α -radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130". Atomic Data and Nuclear Data Tables. 94 (6): 781. arXiv:0802.4161. Bibcode:2008ADNDT..94..781C. doi:10.1016/j.adt.2008.01.003.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

Vanjski linkovi