Lorensij

Lorensij (latinski: lawrencium) jeste sintetički hemijski element sa simbolom Lr (ranije Lw) i atomskim brojem 103. Ime je dobio po prezimenu fizičara Ernesta O. Lawrencea, izumitelju ciklotrona, uređaja koji se koristio za otkriće mnogih umjetnih radioaktivnih elemenata. Radioaktivni metal, lorensij je 11. transuranijski element a također i posljednji član serije aktinoida. Kao i svi elementi sa atomskim brojem većim od 100, i on se može dobiti samo u ubrzivaču čestica putem bombardiranja nabijenim česticama lakših elemenata. Do danas je poznato 12 izotopa lorensija, među kojima je najstabilniji ²⁶⁶Lr sa vremenom poluraspada od 11 sati, dok se izotop ²⁶⁰Lr nešto kraćeg životnog vijeka (vrijeme poluraspada od 2,7 minuta) mnogo više koristi u hemiji jer se može proizvesti u mnogo većim količinama.

Lorensij,  ₁₀₃Lr

Lorensij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Lorensij, Lr, 103
Serija	Aktinoidi
Grupa, Perioda, Blok	Ac, 7, f
Izgled	srebrenast (pretpostavljeno)[1]
Zastupljenost	0 %
Atomske osobine
Atomska masa	[266] u
Atomski radijus (izračunat)	? ( -) pm
Kovalentni radijus	? pm
Van der Waalsov radijus	? pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f147s27p1
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
1. energija ionizacije	443,8 kJ/mol
2. energija ionizacije	1428 kJ/mol
3. energija ionizacije	2219,1 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto (pretpostavljeno)
Kristalna struktura	Heksagonalna gusto pakirana (pretpostavljeno)[2]
Gustoća	- kg/m3
Tačka topljenja	1900 (pretpostavljeno) K (1627 °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	+3
Elektrodni potencijal	?
Elektronegativnost	? (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 260Lr sin 180 s α 8,310 256Md ε 2,740 260No SR 261Lr sin 39 min SR 262Lr sin 3,6 h ε 2,100 262No SR 266Lr sin 11 h SR
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.

Hemijski eksperimenti su potvrdili da se lorensij doista ponaša kao teži homolog elementa lutecija u periodnom sistemu elemenata, te je trovalentni element. Stoga bi se također mogao klasificirati i kao prvi prelazni metal 7. periode. Međutim, očekuje se da je njegova elektronska konfiguracija donekle anomalna za njegovo mjesto u periodnom sistemu, jer ima konfiguraciju s²p umjesto konfiguracije s²d kakvu ima njegov homolog lutecij. Ovo znači da bi lorensij mogao biti manje volatilan nego što bi se to očekivalo na osnovu njegovog mjesta u periodnom sistemu, te bi se njegova volatilnost mogla usporediti sa onom kod olova.

Tokom 1950tih pa sve do 1970tih, postojale su mnogobrojne tvrdnje iz laboratorija iz Sovjetskog saveza i SAD-a o uspješnom sintetiziranju elementa 103 različite stabilnosti. Prvo otkriće i čast za dodjelu imena novom elementu bili su predmet spora između sovjetskih i američkih naučnika, sve dok IUPAC nije odredio ime lorensij kao zvanično te čast otkrića dao američkom timu naučnika, što je 1997. godine promijenjeno, te su oba tima podijelila čast otkrića elementa, ali je ime elementa ostalo nepromijenjeno.

Osobine

Fizičke

Nobelovac Ernest O. Lawrence, po kojem je element dobio ime

Lorensij je posljednji član serije aktinoida a ponekad se smatra i elementom iz 3. grupe, zajedno sa skandijem, itrijem i lutecijem, jer se očekuje da mu njegova popunjena f-ljuska daje osobine prelaznih metala 7. periode. U periodnom sistemu elemenata, on se nalazi desno od aktinoida nobelija, a lijevo od 6d prelaznog metala raderfordija, te ispod lantanoida lutecija s kojim dijeli mnoge fizičke i hemijske osobine. Očekuje se da je lorensij u čvrstom stanju pod normalnim uslovima i smatra se da ima heksagonalnu gusto pakiranu kristalnu strukturu (^c/_a = 1,58), sličnu svom lakšem kongeneru luteciju, mada to još nije pouzdano dokazano eksperimentima.^[2]

Entalpija sublimacije lorensija se procjenjuje na 352 kJ·mol⁻¹, što je bliska vrijednost kao i kod lutecija, što snažno sugerira da je metalni lorensij trovalentan sa delokaliziranim elektronima 7s i 7p_1/2 (ili 6d), što je blisko predviđanjima iz sistematske ekstrapolacije vrijednosti toplote isparavanja, modula elastičnosti i atomske zapremine susjednih elemenata lorensija.^[4] Konkretno, očekuje se da je lorensij trovalentni sjajni metal, koji lahko oksidira na zraku, kao i u prisustvu vodene pare i kiselina,^[1] te ima atomsku zapreminu sličnu luteciju i trovalentni metalni radijus od 171 pm.^[4] Također se predviđa da ima tačku topljenja na oko 1900 K (1627 °C), što nije velika razlika od vrijednosti za lutecij (1925 K).^[5]

Hemijske

Američki naučnik Glenn T. Seaborg, koji je osmislio koncept aktinoida kojim elementi od atomskog broja 89 (aktinij) do elementa 103 formiraju seriju homolognu seriji lantanoida od elementa 57 (lantan) do 71, predvidio je 1949. godine da bi element 103 (lorensij) mogao biti posljednji član ove serije te da bi ion Lr³⁺ trebao biti toliko stabilan poput iona Lu³⁺ u vodenim rastvorima. Tek nekoliko decenija kasnije, element 103 je uspješno sintetiziran te su ova predviđanja i eksperimentalno potvrđena.^[4]

Studije provedene sa ovim elementom 1969. pokazale su da lorensij reagira sa hlorom dajući proizvod koji bi najvjerovatnije mogao biti trihlorid LrCl₃. Smatra se da bi njegova volatilnost mogla biti slična kao i kod hlorida kirija, fermija i nobelija, a mnogo manja nego kod ruderfordij-hlorida. Hemijske studije 1970. izvršene sa 1500 atoma izotopa ²⁵⁶Lr, uspoređivale su ga sa dvovalentnim (No, Ba, Ra), trovalentnim (Fm, Cf, Cm, Am, Ac) i četverovalentnim (Th, Pu) elementima. Pronađeno je da se lorensij koekstrahira sa trovalentnim ionima, ali je kratko vrijeme poluraspada izotopa ²⁵⁶Lr potvrdilo predviđanje da se on izdvaja prije iona Md³⁺ u sekvenci elucije.^[4] Lorensij se javlja kao trovalentan ion Lr³⁺ u vodenim rastvorima i stoga bi njegovi spojevi trebali biti slični kao oni kod drugih trovalentnih aktinoida: naprimjer, lorensij(III)-fluorid (LrF₃) i hidroksid (Lr(OH)₃) bi trebali biti nerastvorljivi u vodi.^[4]

Zbog kontrakcije aktinoida, ionski radijus Lr³⁺ bi trebao biti manji od Md³⁺, te stoga bi se trebao izdvajati prije Md³⁺ ukoliko se kao eluant koristi amonij α-hidroksiizobutirat (amonij α-HIB).^[4] Kasniji eksperimenti iz 1987. na dugovječnijem izotopu ²⁶⁰Lr potvrdili su da je lorensij trovalentan i da se eluira ugrubo na isto mjesto kao erbij, te je pronađeno da je ionski radijus lorensija (88,6 ± 0,3) pm, veći nego što je očekivano putem jednostavne ekstrapolacije iz periodnih trendova.^[4] Eksperimenti iz 1988. sa više atoma lorensija su detaljnije odredili ovu vrijednost na (88,1 ± 0,1) pm i izračunali vrijednost entalpije hidracije na −(3685 ± 13) kJ·mol⁻¹.^[4] Također ukazano je na činjenicu da je kontrakcija aktinoida na kraju serije aktinoida veća nego analogna kontrakcija lantanoida, sa izuzetkom posljednjeg aktinoida, lorensija. Špekulira se da bi razlog za to mogli biti relativistički efekti.^[4]

Špekulira se da su 7s elektroni relativistički stabilizirani, tako bi u uslovima redukcije, bili ionizirani samo 7p_1/2 ili 6d elektroni, što bi dovelo do jednovalentnog Lr⁺ iona. Međutim, svi eksperimenti da se redukuje ion Lr³⁺ do Lr²⁺ ili Lr⁺ u vodenom rastvoru, bili su neuspješni. Na osnovu ovog, izračunat je standardni elektrodni potencijal od para E°(Lr³⁺→Lr¹⁺) koji je manji od −1,56 V, što ukazuje da postojanje Lr⁺ iona u vodenom rastvoru nije moguće. Gornja granica para E°(Lr³⁺→Lr²⁺) se procjenjuje na 0,44 V: vrijednosti za E°(Lr³⁺→Lr⁰) i E°(Lr⁴⁺→Lr³⁺) prepostavljene su da iznose −2,06 V i +7,9 V, respektivno.^[4] Stabilnost grupe oksidacijskih stanja u 6d prelaznoj seriji je najviša za lorensij, te se smanjuje redom Lr³⁺ > Rf⁴⁺ > Db⁵⁺ > Sg⁶⁺.^[6]

Izotopi

Poznato je dvanaest izotopa lorensija, sa masenim brojevima od 252 do 262, te 266. Svi izotopi su radioaktivni.^[7][8] Osim njih, poznat je i jedan nuklearni izomer sa masenim brojem 253.^[7] Izotop sa najdužim vijekom je ²⁶⁶Lr, ima vrijeme poluraspada od 11 sati i jedan je od najdugovječnijih superteških izotopa koji su do danas poznati, što sugerira da se nalazi na obali "ostrva stabilnosti" superteških jezgri.^[9] Međutim, u hemijskim eksperimentima obično se koriste izotopi kraćeg vijeka jer se ²⁶⁶Lr trenutno može proizvesti samo kao konačni proizvod raspada još težih elemenata koji se teško mogu sintetizirati. Ovaj izotop pronađen je 2014. godine u lancu raspada izotopa tenesina-294.^[7][8]

Izotop ²⁵⁶Lr (vrijeme poluraspada 27 s) se koristio u prvim hemijskim studijama o lorensiju. Danas se u ove svrhe obično koristi izotop ²⁶⁰Lr sa nešto dužim vremenom poluraspada (2,7 minuta).^[7] Poslije izotopa ²⁶⁶Lr, izotopi sa najdužim vremenima poluraspada su ²⁶²Lr (3,6 h), ²⁶¹Lr (44 min), ²⁶⁰Lr (2,7 min), ²⁵⁶Lr (27 s) i ²⁵⁵Lr (22 s).^[7][10][11] Svi ostali izotopi lorensija imaju vremena poluraspada kraća od 20 sekundi, a najkraće među njima ima izotop ²⁵²Lr, čije vrijeme poluraspada iznosi samo 390 ms.^[7][10][11] Međutim, za još neotkrivene izotope sa masenim brojevima od 263 do 265 očekuje se da imaju duža vremena poluraspada (²⁶³Lr, 5 h; ²⁶⁴Lr i ²⁶⁵Lr, 10 h).^[10][11] Vremena poluraspada izotopa lorensija se uglavnom ravnomjerno povećavaju idući od ²⁵²Lr do ²⁶⁶Lr, uz određeni pad od izotopa ²⁵⁷Lr do ²⁵⁹Lr.^[7][10][11]

Reference

1. Emsley John (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (novo izd.). New York, NY: Oxford University Press. str. 278–9. ISBN 978-0-19-960563-7.
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.
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. Silva, str. 1644.
5. Lide, D. R. (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84 izd.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-8493-0484-9.
6. Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria (2006). "Transactinides and the future elements". u Lester R. Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (ured.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3 izd.). Dordrecht, Holandija: Springer Science+Business Media. str. 1686. ISBN 1-4020-3555-1.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
7. Silva, str. 1642.
8. Khuyagbaatar J; Yakushev, A.; Düllmann, Ch. E.; et al. (2014). "Phys. Rev. Lett. 112, 172501 (2014) - Ca48+Bk249 Fusion Reaction Leading to Element Z=117: Long-Lived α-Decaying Db270 and Discovery of Lr266". Physical Review Letters. Journals.aps.org. 112 (17). doi:10.1103/PhysRevLett.112.172501. Pristupljeno 8. 5. 2014. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
9. Clara Moskowitz (7. 5. 2014). "Superheavy Element 117 Points to Fabled "Island of Stability" on Periodic Table". Scientific American. Pristupljeno 8. 5. 2014.
10. Universal Nuclide Chart
11. Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nucl. Phys. A. 729: 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Arhivirano s originala (PDF), 20. 7. 2011. Pristupljeno 1. 11. 2014.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

Literatura

• Silva, Robert J. (2011). "Poglavlje 13. Fermium, Mendelevium, Nobelium, and Lawrencium". u Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M. i Fuger, Jean: (ured.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (4 izd.). Holandija: Springer. doi:10.1007/978-94-007-0211-0_13. ISBN 978-94-007-0210-3.CS1 održavanje: dodatna interpunkcija (link) CS1 održavanje: više imena: editors list (link)