Majtnerij

Majtnerij (latinski: meitnerium), prethodno je nosio ime Unnilennium (Une) jeste hemijski element sa simbolom Mt i atomskim brojem 109. On je ekstremno radioaktivni sintetički element (element koji se ne nalazi u prirodi već je napravljen u laboratoriji). Najstabilniji izotop mu je majtnerij-278, sa vremenom poluraspada od 7,6 sekundi. Ovaj element je prvi put napravljen u GSI Helmholtz Centru za istraživanje teških iona u blizini Darmstadta, Njemačka, 1982. godine. Ime je dobio po njemačkoj fizičarki Lisi Meitner.

Majtnerij,  ₁₀₉Mt

Majtnerij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Majtnerij, Mt, 109
Serija	Prelazni metali (pretpostavka)
Grupa, Perioda, Blok	9, 7, d
Izgled	-
Zastupljenost	0 %
Atomske osobine
Atomska masa	268 u
Atomski radijus (izračunat)	128[1] (-) pm
Kovalentni radijus	129 pm
Van der Waalsov radijus	- pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f146d77s2[2]
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 32, 15, 2
1. energija ionizacije	800,8 (procjena)[2] kJ/mol
2. energija ionizacije	1823,6 (procjena)[2] kJ/mol
3. energija ionizacije	2904,2 (procjena)[2] kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto (pretpostavka)[2]
Kristalna struktura	kubična plošno centrirana
Gustoća	37400[2] kg/m3
Magnetizam	paramagnetičan (pretpostavka)[3]
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	9, 8, 6, 4, 3, 1 (previđanje)[2]
Elektronegativnost	(Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 278Mt sin 7,6 s α 9,6 274Bh 276Mt sin 0,72 s α 9,71 272Bh 274Mt sin 0,44 s α 9,76 270Bh 270mMt? sin 1,1 s α 266Bh
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja Oznaka upozorenja nepoznata[4]
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, majtnerij je svrstan u d-blok transaktinidnih elemenata. Član je 7. periode i stavljen je u 9. grupu elemenata, iako nisu izvršeni hemijski eksperimenti koji bi dokazali da se majtnerij ponaša kao teži homolog iridija koji se nalazi iznad njega u grupi 9. Izračuni pokazuju da bi majtnernij mogao imati slične osobine poput svojih lakših homologa, kobalta, rodija i iridija.

Historija

Majtnerij je dobio ime po austrijskoj fizičarki Lise Meitner, jednoj od otkrivača nuklearne fisije.

Majtnerij su prvi put sintetizirali 29. augusta 1982. godine njemački istraživački tim prevođen Peter Armbrusterom i Gottfried Münzenbergom na Institutu za istraživanje teških iona (Gesellschaft für Schwerionenforschung) u Darmstadtu.^[5]

Tim naučnika je bombardirao metu sačinjenu od bizmuta-209 sa ubrzanim jezgrima izotopa željeza-58 te su uspjeli identificirati jedan atom izotopa majtnerija-266:

²⁰⁹Bi + ⁵⁸Fe → ²⁶⁶Mt + neutron

Etimologija

Ime elementa 109 bilo je predmet određenih kontroverzi (transfermijskih ratova) koje su se u naučnim krugovima javile u vezi imena elemenata od 104 do 109, međutim ime za majtnerij bio je jedini prijedlog te nikad nije bio upitan.^[6][7] Ime majtnerij (Mt) predloženo je u čast austrijskoj fizičarki Lisi Meitner, jednoj od pronalazača protaktinija (zajedno sa Ottom Hahnom),^{[8][9][10][11][12]} i jednoj od otkrivača nuklearne fisije.^[13] Godine 1994. ime je preporučio IUPAC,^[6] a zvanično je usvojeno 1997. godine.^[7] Ovo je jedini element koji je dobio ime po nemitološkoj ženi (kirij je dobio ime po supružnicima Curie).^[14]

Osobine

Hemijske

Majtnerij je sedmi član 6d serije prelaznih metala. Pošto se pokazalo da element 112 (kopernicij) pokazuje osobine prelaznih metala, očekuju se da bi svi elementi od 104 (raderfordij) do 112 mogli fomirati četvrtu seriju prelaznih metala, sa majtnerijem kao dijelom platinske grupe metala.^[11] Izračuni njegovog potencijala ionizacije te atomskih i ionskih radijusa pokazuju da su slični onima od njegovog lakšeg homologa iridija, što implicira da osnovne osobine majtnerija odgovaraju onima drugih elemenata iz 9. grupe: kobalta, rodija i iridija.^[2]

Pretpostavke mogućih hemijskih osobina majtnerija još uvijek nisu privukle pažnju. Očekuje se da bi majnterij mogao biti i plemeniti metal. Na osnovu najstabilnijeg oksidacijskog stanja lakših elemenata 9. grupe, predviđa se da bi najstabilnija oksidacijska stanja majtnerija mogla biti +6, +3 i +1, među kojima bi stanje +3 moglo biti najstabilnije u vodenim rastvorima. Usporedbe radi, rodij i iridij iskazuju najviše oksidacijsko stanje +6, dok su najstabilnija stanja +4 i +3 za iridij i +3 za rodij.^[2] Grupa 9. hemijskih elemenata je prva grupa prelaznih metala koja iskazuje niža oksidacijska stanja od broja grupe, mada stanje +9 nije poznato ni za jedan poznati element. Oksidacijsko stanje +9 bi se moglo javiti kod majtnerij nonafluoridu (MtF₉) i kationu [MtO₄]⁺, mada se očekuje da je [IrO₄]⁺ stabilniji.^[15] Za tetrahalide majtnerija se također predviđa da bi mogli imati sličnu stabilnost kao i iridijevi, dakle u stabilnom stanju +4.^[16] Dalje se očekuje da bi maksimalna oksidacijska stanja elemenata od borija (element 107) do darmštatija (element 110) mogla biti stabilna u gasnoj fazi ali ne i u vodenim rastvorima.^[2]

Fizičke

Očekuje se da majtnerij bude u čvrstom stanju pod normalnim uslovima te se prepostavlja da ima plošno-centričnu kubičnu kristalnu strukturu, slično kao i njegov lakši srodnik iz grupe, iridij.^[17] Majtnerij bi mogao biti veoma teški metal sa gustoćom od oko 37,4 g/cm³, što bi bilo druga najveća od svih poznatih 118 elemenata, manja samo od pretpostavljene gustoće svog komšije iz periodnog sistema, elementa hasija (41 g/cm³).

U usporedbi, najgušći poznati element čija je gustoća naučno utvrđena, osmij ima gustoću od samo 22,61 g/cm³. Gustoća majtnerija je rezultat velike atomske težine njegovih atoma, kontrakcije lantanoida i aktinoida i relativističkih efekata, mada bi proizvodnja dovoljnih količina majtnerija radi mjerenja ovih količina bila nepraktična, a uzorak bi se vrlo brzo raspao.^[2] Također, pretpostavlja se da bi majtnerij mogao biti paramagnetičan.^[3]

Teoretičari predviđaju da bi kovalentni radijus majtnerija mogao biti od 6 do 10 pm veći od onog kod iridija.^[18] Naprimjer, dužina veze Mt–O se očekuje da bude oko 1,9 Å.^[19] Atomski radijus majtnerija se predviđa da bi mogao biti oko 128 pm.^[1]

Izotopi

Majtnerij nema ni stabilnih ni prirodnih izotopa. U laboratorijama je sintetizirano nekoliko radioaktivnih izotopa, bilo fuzijom dva atoma bilo raspadom izotopa nekih težih elemenata. Do 2014. otkriveno je osam različitih izotopa majtnerija, sa atomskim masama od 266, 268, 270 i 274–278, od kojih dva, ²⁶⁸Mt i ²⁷⁰Mt, imaju poznata ali nepotvrđena metastabilna stanja. Većina od ovih izotopa raspada se putem alfa raspada, mada neki od njih iskazuju i spontanu fisiju.^[20]

Stabilnost

Svi izotopi majtnerija su ekstremno nestabilni i radioaktivni, općenito, teži izotopi su stabilnijih od lakših. Najstabilniji poznati izotop majtnerija, ²⁷⁸Mt, je također i njegov najteži poznati izotop. Njegovo vrijeme poluraspada iznosi 7,6 sekundi. Postoji i metastabilni nuklearni izomer, ^270mMt, čije vrijeme poluraspada iznosi preko jedne sekunde. Izotopi ²⁷⁶Mt i ²⁷⁴Mt imaju vremena poluraspada od 0,72 i 0,44 sekunde, respektivno. Ostala četiri izotopa imaju vremena poluraspada između 1 i 20 milisekundi.^[20]

Za još uvijek neotkriveni izotop ²⁸¹Mt predviđa se da bi mogao biti najstabilniji u odnosu na beta-raspad;^[21] međutim nijedan do sada poznati izotop majtnerija ne raspada se putem ovog raspada.^[20] Za neke od još nepoznatih izotopa, kao što bi mogli biti ²⁶⁵Mt, ²⁷²Mt, ²⁷³Mt, i ²⁷⁹Mt, pretpostavlja se da bi imali vremena poluraspada duža od poznatih izotopa.^[20][22] Prije nego što su otkriveni, za izotope ²⁷⁴Mt i ²⁷⁷Mt se također predviđalo da bi mogli imati duga vremena poluraspada od 20 sekundi i 1 minute, respektivno, međutim kasnije je otkriveno da imaju mnogo kraća vremena poluraspada od samo 0,44 sekunde i 5 milisekundi, respektivno.^[20]

Eksperimentalna hemija

Nedvosmisleno određivanje hemijskih osobina majtnerija još uvijek nije okončano^[23][24] zbog njegovih kratkoživućih izotopa^[2] i ograničenog broja hlapljivih (isparljivih) spojeva koji bi se mogli proučavati u vrlom malim količinama. Jedan od malobrojnih spojeva ovog elementa za koji se smatra da bi mogao biti dovoljno isparljiv jeste majtnerij-heksafluorid (MtF₆), kao i njegov lakši homolog iridij-heksafluorid (IrF₆) koji je isparljiv iznad 60 °C, tako bi i analogni spoj majtnerija također mogao biti dovoljno isparljiv.^[11] Isparljivi oktafluorid (MtF₈) bi također mogao postojati.^[2]

Da bi se provela hemijska istraživanja na nekom od tranaktinidnih elemenata, moraju se dobiti najmanje četiri njegova atoma, vrijeme poluraspada izotopa koji se ispituje mora bit najmanje 1 sekundu, a brzina proizvodnje mora biti najmanje jedan atom sedmično.^[11] Čak i što je vrijeme poluraspada ²⁷⁸Mt, najstabilnijeg poznatog izotopa majtnerija, iznosi 7,6 sekundi što je dovoljno dugo da se izvedu hemijska ispitivanja, naredna prepreka je potreba da se poveća brzina proizvodnje izotopa majtnerija kako bi se omogućilo odvijanje eksperimenata tokom sedmica ili mjeseci, čime bi se dobili statistički značajni rezultati. Izdvajanje i detekcija se mora obavljati neprestano da bi se odvojili izotopi majtnerija a automatizirani sistemi zatim mogu vršiti eksperiment o hemiji majtnerija u gasnoj fazi i rastvorima pošto se procjenjuje da su prinosi kod težih elemenata znatno manji nego kod lakših; mogle bi se iskoristiti neke tehnike izdvajanja (separacije) korištene u istraživanju borija i hasija. Međutim, za eksperimentalnu hemiju majtnerija ne postoji dovoljno zainteresiranosti kao što postoji za teže elemente od kopernicija do livermorija.^[2][23][25]

Nacionalna laboratorija Lawrence Berkeley pokušala je sintetizirati izotop ²⁷¹Mt tokom 2002. i 2003. u svrhu mogućeg hemijskog istraživanja majtnerija, pošto se očekivalo da bi on mogao biti stabilniji od izotopa oko njega jer ima 162 neutrona, tj. magični broj neutrona za deformisana jegra. Njegovo vrijeme poluraspada se predviđalo da iznosi nekoliko sekundi, što je dovoljno dugo za hemijska istraživanja.^[2][26] Međutim, tokom eksperimenta nije dobijen niti jedan atom ²⁷¹Mt,^[27] pa do danas ovaj izotop majtnerija ostaje neotkriven.^[20]

Eksperiment kojim se odredile hemijske osobine tranaktinida bi bio neophodan za usporedbu spoja ovog transaktinida sa analognim spojevima nekih od njegovih lakših homologa:^[2] naprimjer, u hemijskoj karakterizaciji hasija, hasij-tetroksid (HsO₄) je uspoređen sa analognim spojem osmija, osmij-tetroksidom (OsO₄).^[28] U preliminarnom koraku prema određivanju hemijskih osobina majtnerija, GSI je pokušala sublimaciju spojeva rodija, rodij(III)-oksida (Rh₂O₃) i rodij(III)-hlorida (RhCl₃). Međutim, makroskopske količine ovog oksida nisu sublimirane sve do 1000 °C, a hlorid sve do 780 °C, a i tada tek u prisustvu aerosolnih čestica ugljika: ove temperature su daleko previsoke za takve procedure da bi se koristile na majtneriju, jer većina najmodernijih metoda koje se koriste za ispitivanje hemije superteških elemenata nisu efikasne iznad 500 °C.^[24]

Reference

1. 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.
2. Haire Richard G. (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.
3. Saito Shiro L. (2009). "Hartree–Fock–Roothaan energies and expectation values for the neutral atoms He to Uuo: The B-spline expansion method". Atomic Data and Nuclear Data Tables. 95 (6): 836. doi:10.1016/j.adt.2009.06.001.
4. 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.
5. G. Münzenberg; P. Armbruster; F. P. Heßberger; S. Hofmann; K. Poppensieker; et al. (1982). "Observation of one correlated α-decay in the reaction ⁵⁸Fe on ²⁰⁹Bi → ²⁶⁷109". Zeitschrift für Physik A Atoms and Nuclei. 309 (1): 89–90. doi:10.1007/BF01420157. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
6. "Names and symbols of transfermium elements (IUPAC Recommendations 1994)". Pure and Applied Chemistry. 66 (12): 2419. 1994. doi:10.1351/pac199466122419.
7. Rayner-Canham Geoff; Zheng, Zheng (2007). "Naming elements after scientists: An account of a controversy". Foundations of Chemistry. 10: 13. doi:10.1007/s10698-007-9042-1.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
8. Bentzen SM. (2000). "Lise Meitner and Niels Bohr--a historical note". Acta Oncol. 39 (8): 1002–3. PMID 11206992.
9. Kyle RA, Shampo MA. (22. 5. 1981). "Lise Meitner". JAMA. 245 (20): 2021. PMID 7014939.
10. Frisch OR. (1. 6. 1973). "Distinguished Nuclear Pioneer--1973. Lise Meitner". J Nucl Med. 14 (6): 365–71. PMID 4573793.
11. Griffith W. P. (2008). "The Periodic Table and the Platinum Group Metals". Platinum Metals Review. 52 (2): 114. doi:10.1595/147106708X297486.
12. Rife Patricia (2003). "Meitnerium". Chemical & Engineering News. 81 (36): 186. doi:10.1021/cen-v081n036.p186.
13. Wiesner Emilie; Settle, Frank A. (2001). "Politics, Chemistry, and the Discovery of Nuclear Fission". Journal of Chemical Education. 78 (7): 889. doi:10.1021/ed078p889.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
14. "Royal Society of Chemistry – Visual Element Periodic Table". Pristupljeno 24. 10. 2017.
15. Himmel, Daniel; Knapp, Carsten; Patzschke, Michael; Riedel, Sebastian (2010). "How Far Can We Go? Quantum-Chemical Investigations of Oxidation State +IX". ChemPhysChem. 11 (4): 865–9. doi:10.1002/cphc.200900910. PMID 20127784.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
16. Ionova, G. V.; Ionova, I. S.; Mikhalko, V. K.; Gerasimova, G. A.; Kostrubov, Yu. N.; Suraeva, N. I. (2004). "Halides of Tetravalent Transactinides (Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, 110th Element): Physicochemical Properties". Russian Journal of Coordination Chemistry. 30 (5): 352. doi:10.1023/B:RUCO.0000026006.39497.82.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
17. 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)
18. Pyykkö Pekka; Atsumi, Michiko (2009). "Molecular Double-Bond Covalent Radii for Elements Li—E112". Chemistry – A European Journal. 15 (46): 12770. doi:10.1002/chem.200901472.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
19. Van Lenthe E.; Baerends, E. J. (2003). "Optimized Slater-type basis sets for the elements 1–118". Journal of Computational Chemistry. 24 (9): 1142–56. doi:10.1002/jcc.10255. PMID 12759913.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
20. Sonzogni, Alejandro. "Interactive Chart of Nuclides". Brookhaven National Laboratory. Arhivirano s originala, 7. 3. 2018. Pristupljeno 6. 6. 2008.
21. Nie G. K. (2005). "Charge radii of β-stable nuclei". Modern Physics Letters A. 21 (24): 1889. doi:10.1142/S0217732306020226.
22. Gray, Theodore (2002–2010). "The Photographic Periodic Table of the Elements". Pristupljeno 16. 11. 2012.
23. Düllmann Christoph E. (2012). "Superheavy elements at GSI: a broad research program with element 114 in the focus of physics and chemistry". Radiochimica Acta. 100 (2): 67–74. doi:10.1524/ract.2011.1842.
24. Haenssler, F. L.; Düllmann, Ch. E.; Gäggeler, H. W.; Eichler, B. "Thermatographic investigation of Rh and ¹⁰⁷Rh with different carrier gases" (PDF). Pristupljeno 15. 10. 2012.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)^{[mrtav link]}
25. Eichler Robert (2013). "First foot prints of chemistry on the shore of the Island of Superheavy Elements" (PDF). Journal of Physics: Conference Series. IOP Science. 420 (1). doi:10.1088/1742-6596/420/1/012003. Pristupljeno 11. 9. 2014.
26. Smolańczuk R. (1997). "Properties of the hypothetical spherical superheavy nuclei". Phys. Rev. C. 56 (2): 812–24. Bibcode:1997PhRvC..56..812S. doi:10.1103/PhysRevC.56.812.
27. Zielinski P. M.; et al. (2003). "The search for ²⁷¹Mt via the reaction ²³⁸U + ³⁷Cl" (PDF). Godišnji izvještaj GSI. Arhivirano s originala (PDF), 6. 2. 2012. Pristupljeno 2. 10. 2015. Eksplicitna upotreba et al. u: |author= (pomoć)
28. Düllmann, Ch. E za Univ. Bern - PSI - GSI - JINR - LBNL - Univ. Mainz - FZR - IMP - saradnja. "Chemical investigation of hassium (Hs, Z=108)" (PDF). Arhivirano s originala (PDF), 18. 11. 2012. Pristupljeno 2. 10. 2015.