عنصر لارنسیم (Lawrencium) با نماد شیمیایی Lr، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۰۳ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و سومین عنصر از جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه IIIB و تناوب هفتم جدول تناوبی قرار گرفته است. عنصر لارنسیم یک فلز واسطه (Transition Metals) رادیواکتیو، احتمالا به رنگ سفید، نقره اي و یا خاکستری (رنگ آن ناشناخته است) و کم عمر است. هچنین از عناصر مصنوعی گروه اکتینید ها محسوب می شود. این فلز با عناصر اسکاندیم (Sc)، ایتریم (Y) و لانتان (La)، در گروه سه واسطه جدول تناوبی عناصر قرار دارد. لارنسیم در واقع عنصری است ترانزورانیک (یعنی عدد اتمی بالاتری نسبت به اورانیوم دارد). در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر لارنسیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر لارنسیم
کشف عنصر لارنسیم بحث برانگیز بوده است. زیرا کشف این عنصر توسط گروه های مختلفی از ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی ادعا شده بود. عنصر لارنسیم برای اولین بار در سال ۱۹۶۱ میلادی، توسط گروه دانشمندان آمریکایی یعنی آلبرت غیورسو (Albert Ghiorso)، آلمون لارش (Almon Larsh)، توربجون سیکلند (Torbjorn Sikkeland) و رابرت لاتیمر (Robert M. Latimer) به وسیله سیکلوترون و در دانشگاه کالیفرنیا برکلی ایالات متحده آمریکا کشف شد.
در واقع، اولین اتم های لارنسیم با بمباران یک هدف سه میلی گرمی متشکل از سه ایزوتوپ عنصر کالیفرنیم با هسته های بور-۱۰ و بور-۱۱ از شتاب دهنده خطی یون سنگین (HILAC) سنتز شد. علاوه بر آن، در سال ۱۹۶۵ میلادی، محققانی در دوبنا روسیه گزارش کردند که ایزوتوپ ۲۵۶ عنصر شماره ۱۰۳ جدول تناوبی را از طریق بمباران عنصر امریسیم (۲۴۳Am) با اکسیژن (۱۸O) ایجاد کردند.
نامگذاری عنصر لارنسیم
همانطور که بیان شد، در دهه های ۱۹۵۰، ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ میلادی، ادعا های زیادی مبنی بر سنتز عنصر لارنسیم از آزمایشگاه های اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده آمریکا مطرح شده بود. بنابراین اولویت اکتشاف و نامگذاری این عنصر در میان دانشمندان شوروی و آمریکایی مورد بحث بود. در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، امتیاز کشف عنصر لارنسیوم را به تیم آمریکایی واگذار کرد. بدین شکل واژه لارنسیوم را به عنوان نام رسمی عنصر تعیین کرد. این کشف، در سال ۱۹۹۷ میلادی مورد ارزیابی مجدد قرار گرفت. بدین صورت آیوپاک به هر دو تیم اعتبار مشترک برای کشف عنصر لارنسیوم را داد، اما نام عنصر را تغییر نداد.
نام این عنصر به پاس قدردانی از ارنست لورنس (Ernest Lawrence) مخترع سیکلوترون، بر روی آن گذاشته شده است. لازم به ذکر است که در ابتدا تیم آمریکایی برکلی، نماد شیمیایی Lw، را پیشنهاد کرده بودند. اما در نهایت و در سال ۱۹۹۷ میلادی، کمیسیون IUPAC در نشستی در ژنو نام لارنسیم و سمبل Lr را به تصویب رساند.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۰۳ جدول تناوبی
عنصر لارنسیم به طور طبیعی وجود ندارد و در پوسته زمین یافت نشده است. این عنصر در حقیقت به دست بشر ساخته شده است. به طور کلی می توان گفت که این عنصر از طریق بمباران يك هدف کالیفرنیومی با هسته هاي بور سنتز می شود. توجه داشته باشید که بمباران ذرات در دستگاهي به نام برخورد دهنده یا شتاب دهنده ذرات انجام می شود. اين دستگاه در حقیقت یک محفظه مارپيچ هواگيري شده است. در اين دستگاه می توان ميدان هاي الكتريكي متناوب توليد گردد. ذرات (بسته به اينكه مثبت اند يا منفي)، زمانیکه ميدان الكتريكي در حال كاهش يا افزايش يافتن است وارد محفظه مارپيچ مي شوند. در این صورت، سرعت و در نتیجه انرژي آنها افزايش پیدا می کند. در حاليكه انرژي كافي و لازم براي ايجاد عناصر جديد را دارند با دیگر ذرات برخورد مي كنند.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر لارنسیم
همانطور که بیان شد، عنصر لارنسیم تاکنون تنها به مقدار بسیار ناچیزی توليد شده است. از این جهت، اطلاعات کمی درباره شكل ظاهري و یا خواص شیمیایی آن وجود دارد. با این وجود، تعدادی پیش بینی و نتایج تجربی اولیه در مورد خواص آن انجام شده است. لارنسیم در حقیقت عنصر خاكي كمياب و فلزی پرتوزا و رادیواکتیو است. آزمایشات تایید کرده اند که عنصر لارنسیوم به عنوان همولوگ سنگین تری نسبت به عنصر لوتتیم در جدول تناوبی رفتار می کند. این عنصر در واقع یازدهمین عنصر فرا اورانیومی است. همانطور که گلن تی. سیبورگ (Glenn T. Seaborg) در سال ۱۹۴۹ میلادی پیش بینی کرده بود، عضو نهایی سری اکتینید ها محسوب می شود. با این وجود، لارنسیم مثل عنصر لوتتیم می تواند عضوی از گروه ۳ جدول تناوبی نیز به حساب آید.
خصوصیات لارنسیم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۷s۲۷p۱) آن ناشی می شود. همان طور که آرایش الکترونی نشان می دهد، سه الکترون در دورترین لایه الکترونی لارنسیم وجود دارد. بنابراین در بیشتر ترکیبات به صورت کاتیون سه بار مثبت (+Lr۳) ظاهر می شود. از این رو می تواند در سه پیوند کووالانسی شرکت کند. این عنصر نیز به واسطه آرایش الکترونی که دارد مانند سایر عناصر سری لانتانید ها و اکتینید ها در دسته فلزات واسطه داخلی (Inner Transition Metals) قرار گرفته است. عناصر واسطه داخلی خود زیر مجموعه فلزات واسطه می باشند. فلزات واسطه در جدول تناوبی میان فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور قرار گرفته اند. عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز نامیده می شوند.
خواص ویژه لارنسیوم
عنصر لارنسیوم پانزدهمین و در حقیقت آخرین عضو از عناصر سری اکتینید ها (بلوک- f) محسوب می شود كه به صورت مصنوعي سنتز شده است. با این وجود، آرایش الکترونی آن به دلیل موقعیتش در جدول تناوبی کمی غیر عادی به نظر می رسد. در واقع به جای آرایش s۲d عنصر لوتتیوم همولوگ خود، دارای آرایش الکترونی s۲p است. به عبارت دیگر می توان گفت که عنصر شماره ۱۰۳ جدول تناوبی عناصر بر خلاف سایر عناصر خاکی کمیاب، یک عنصر بلوک- d است. بنابراین می توان این عنصر را به عنوان اولین فلز واسطه دوره هفتم طبقه بندی کرد. به بیان دیگر، مثل عنصر لوتتیم، عضوی از گروه سوم جدول تناوبی نیز به حساب آید. از دیگر ویژگی های آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر احتمالا به صورت جامد است.
- دمای ذوب این عنصر، ۱۶۲۷ درجه سانتی گراد پیش بینی می شود. در حالیکه دمای جوش آن نا شناخته است.
- خاصت مغناطیسی عنصر لارنسیم نیز نا مشخص است.
- انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل شش ضلعی یا هگزاگونال (hcp) باشد.
- این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی لارنسیم برابر با ۲۶۶ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۴.۴ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۷۱ pm تخمین زده شده است.
- یون های لارنسیم معمولا اعدد اکسایش برابر با اعداد ۰ و +۳ دارند. اعداد اکسایش ۰ و +۳ متداول تر می باشند.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۴۷۸.۶ kJ/mol است.
اکتینید ها
کلمه اکتینید (Actinide) به معنای شبیه اکتینیوم است که این گروه از عناصر با نماد شیمیایی An نمایش داده می شوند. همانطور که واضح است، نام این سری از عناصر، از عنصر اکتینیوم گرفته شده است. این گروه شامل ۱۵ عنصر شيميايي (عدد های اتمی ۸۹ تا ۱۰۳) است که خواص شيميايي مشابه و در واقع شبیه به عنصر اکتینیوم دارند. این گروه از عناصر با فلز اکتینیوم آغاز و به فلز لارنسیوم ختم می شود. به دلیل کمبود جا در جدول تناوبی عناصر و از آن جهت که نظم و ترتیب جدول بهم نخورد و همچنین از آنجاییکه قرار دادن اکتینید ها در خانه پلاک ۸۹ میسر نبود، این گروه از عناصر در یک ردیف ۱۴ تایی در پایین جدول و زیر سری لانتانید ها قرار گرفته است.
در این دسته از عناصر، پوسته ۵f آنها در حال پر شدن است. تراز های انرژی ۵f و ۶d بسیار به هم نزدیک می باشند. پس نمی توان با قطعیت گفت که اول کدامیک از این تراز ها در هنگام وارد شدن الکترون های والانس در عناصر مختلف این سری، پر می شود. اما به طور کلی، پر شدن تراز ها در این ردیف از عناصر ابتدا زیر لایه ۵f و بعد زیر لایه ۶d می باشد. لازم به ذکر است که تمامی اکتینید ها به جز فلز لارنسیم جز بلوک f جدول تناوبی هستند. عنصر اکتینیم نیز جز عناصر بلوک d جدول تناوبی محسوب می شود، اما خواص آن شبیه به چهارده اکتینید دیگر است.
خواص ویژه اکتینید ها
از عنصر چهارم این سری به بعد که به عناصر ترانس، فرا یا ترا اورانیوم مشهورند، اغلب در طبیعت وجود ندارند. تمامی اکتینید ها هسته ناپایدار دارند، بنابراین جز عناصر پرتوزا محسوب می شوند. این عناصر، معمولا فلزاتی با چگالی بالا، متراکم، نرم، انعطاف پذیر و الکتروپوزیتیو اند. بعضی از آنها با چاقو به راحتی برش می خورند. اکثر خاصیت پارامغناطیسی نشان می دهند. این فلزات در دمای اتاق بیشتر به شکل جامد هستند. در هوا، اغلب خود به خود آتش می گیرند. معمولا با عناصر گروه هالوژن ها، کالکوژن ها و یا کربن (تشکیل ترکیبات اورگانو اکتینید) واکنش می دهند. به علاوه، با آب جوش و اسید های رقیق می توانند گاز هیدروژن آزاد کنند. توجه داشته باشید که به منظور مطالعه اکتینید ها، ساختار هسته عناصر نسبت به آرایش الکترونی آنها، اهمیت بیشتری دارد.
لازم به ذکر است که عناصر گروه آکتنيد ها نسبت به عناصر گروه لانتانيد ها، شباهت رفتاري کمتري را نشان می دهند. اما در مقایسه با شیمی لانتانید ها، شیمی اکتنيد ها بسیار پیچیده تر است. زیرا عناصر گروه اکتینید ها اغلب چندین حالت اکسایش مختلف نشان می دهند. بعد از عنصر امرسیوم در این ردیف از عناصر، حالت اکسایش عمده برای آنها، حالت اکسایش سه است. از این رو، این دسته از عناصر رفتاری شبیه عناصر گروه لانتانید ها نشان می دهند.
اکتینید ها
ایزوتوپ های عنصر لارنسیم
همانگونه که می دانید، ایزوتوپ های یک عنصر تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. عنصر لارنسیوم ایزوتوپ های زیادی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۵۸Lr است که در سال ۱۹۶۱ میلادی کشف و ردیابی شد. از آنجاییکه عنصر لارنسیوم، عنصری مصنوعی می باشد، بنابراین ایزوتوپ پایدار ندارد. این عنصر در حقیقت به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ای تولید شده است. در نتیجه نمی توان برای آن جرم اتمی استاندارد تعریف کرد.
۱۴ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر لارنسیم شناسایی شده است. رادیو ایزوتوپ ۲۶۶Lr پایدار ترین ایزوتوپ لارنسیوم با نیمه عمر ۱۱ ساعت است. دقت داشته باشید که ایزوتوپ هایی با نیمه عمر کمتر، بیشتر در شیمی استفاده می شوند. زیرا این ایزوتوپ ها را می توان در مقیاس بزرگتر تولید کرد. بعد از رادیوایزوتوپ ۲۶۶Lr، رادیو ایزوتوپ ۲۶۲Lr با نیمه عمر ۳.۶ ساعت، رادیو ایزوتوپ ۲۶۴Lr با نیمه عمر حدود ۳ ساعت، رادیو ایزوتوپ ۲۶۱Lr با نیمه عمر ۴۴ دقیقه، رادیو ایزوتوپ ۲۶۰Lr با نیمه عمر ۲.۷ دقیقه، رادیو ایزوتوپ ۲۵۶Lr با نیمه عمر ۲۷ ثانیه و رادیو ایزوتوپ ۲۵۵Lr با نیمه عمر ۲۲ ثانیه از جمله ایزوتوپ های پایدار لارنسیوم می باشند. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از ۲۰ ثانیه دارند. لازم به ذکر است که بیشتر آنها حتی نیمه عمری کمتر از میلی ثانیه دارند.
علاوه بر آن، لارنسیوم دارای یک حالت متا (m) نیز می باشد. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۵۱ تا ۲۶۶ amu می باشند. لازم به ذکر است که ایزوتوپ های عنصر لارنسیوم از طریق راه های مختلفی مانند ارسال آلفا، شکافت خود به خودی و جذب الکترون متلاشی می شوند.
کاربرد های عنصر لارنسیم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۰۳ جدول تناوبی به میزان بسیار ناچیز سنتز شده است، بنابراین خیلی کم کاربردی خارج از پژوهش های علمی و تحقیقاتی دارد. به عبارت دیگر، این عنصر شیمیایی هیچ کاربرد مشخصی ندارد.
ترکیبات عنصر لارنسیم
پیش بینی می شود که عنصر لارنسیم بتواند به راحتی با عناصر اکسیژن، گوگرد و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید، سولفید و هالید ها را تولید نماید. از جمله ترکیبات آن می توان به هیدروکسید لارنسیم (Lr(OH)۳)، تری کلرید لارنسیم (LrCl۳)، تری فلورید لارنسیم (LrF۳) و دی هیدرید لارنسیم (LrH۲) اشاره کرد.
خطرات لارنسیوم بر روی سلامتی انسان
از آنجاییکه عنصر لارنسیوم به صورت طبیعی وجود ندارد، پس در پوسته زمین نیز یافت نمی شود. بنابراین می توان گفت که دلیلی برای در نظر گرفتن خطرات سلامتی آن نیز وجود ندارد. به بیان دیگر، عنصر شماره ۱۰۳ جدول تناوبی نقش زیست شناختی مشخصی ندارد، اما به دلیل پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، باید مراقب بود.
