عنصر دوبنیم (Dubnium) با نماد شیمیایی Db، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۰۵ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و پنجمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه VB و تناوب هفتم جدول تناوبی عناصر قرار دارد. در واقع عنصر دوبنیوم یک فلز واسطه (Transition Metals) فوق سنگین، مصنوعی و از عناصر به شدت رادیواکتیو جدول است. این فلز با عناصر وانادیم (V)، نیوبیم (Nb) و تانتالم (Ta) در گروه پنج واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر دوبنیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر دوبنیم
کشف عنصر دوبنیم نیز بحث برانگیز بوده است. زیرا کشف این عنصر توسط گروه های مختلفی از ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی ادعا شده بود. کشف عنصر دوبنیم برای اولین بار در سال ۱۹۶۸ میلادی، به صورت مصنوعی در موسسه تحقیقات هسته ای دوبنا (Dunba)، شوروی سابق گزارش شده است. در این سنتز، دانشمندان روسی به سرپرستي گئورگی نیکولاویچ فلروف (Georgy Nikolayevich Flyorov) ابتدا عنصر امریسیم (۲۴۳Am) را با یون های نئون (۲۲Ne) بمباران کردند. شواهد کشف عنصر جدید بر مبنای اندازه گیری انرژی آلفا می باشد. گروه روسی در ابتدا نامی برای عنصر ۱۰۵ تعیین نکردند.
این گروه آزمایش دیگری را برای ایجاد عنصر ۱۰۵ انجام دادند که در گزارشی در سال ۱۹۷۰ میلادی منتشر شد. آنها ادعا کردند که توانسته اند هسته های بیشتری از عنصر ۱۰۵ را سنتز کنند. این آزمایش در واقع کار قبلی آنها را تایید کرد. این گروه تا انتهای آوریل ۱۹۷۰ میلادی، کلیه انواع تجزیه عنصر جدید را بررسی نموده و در حقیقت ویژگی های شیمیایی آن را تعیین کرده بودند.
در همان سال، یعنی ۱۹۷۰ میلادی، اعلام شد که گروه دانشمندان آمریکایی دانشگاه برکلی کالیفرنیا یعنی آلبرت غیورسو (Albert Ghiorso)، ماتی نورمیا (Matti Nurmia)، پیرکو اسکولا (Pirkko Eskola)، کری اسکولا (Kari Eskola) و جیمز اندرو هریس (James Andrew Harris) به وسیله شتاب دهنده خطی یون سنگین (HILAC) در ایالات متحده آمریکا توانستند عنصر ۱۰۵ را کشف کنند. این گروه عنصر كاليفورنيم (۲۴۹Cf) را با یون های نیتروژن (۱۵N) بمباران کردند. لازم است بدانید که دانشمندان برکلی بعد ها روش های پیچیده تری را جهت تایید یافته های روسیه به کار بردند که هیچ کدام موفق نبود.
نامگذاری عنصر دوبنیم
همانطور که بیان شد، ادعا های زیادی مبنی بر سنتز عنصر دوبنیوم 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. دانشمندان روسی نام نیلزبوریوم (nielsbohrium) و نماد Ns را به افتخار فیزیکدان دانمارکی نیلز بور (Niels Henrik David Bohr)، پیشنهاد کردند. در حالیکه دانشمندان آمریکایی نام هانیم (Hahnium) و نماد Ha را به افتخار شیمیدان آلمانی نامی و برنده جایزه نوبل شیمی یعنی اتو هان (Otto Hahn) انتخاب کرده بودند. به همین علت است که اغلب دانشمندان آمریکایی و حتی اروپای غربی از نام هانیم استفاده می کنند. این نام با مخالفت دانشمندان روسی مواجه شد.
در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، با بررسی نتایج دو آزمایشگاه روسی و آمریکایی، اعتبار کشف عنصر جدید را به طور رسمی بین دو تیم به اشتراک گذاشت. این انجمن در ابتدا نام موقت اونیلپنتیوم (unnilpentium) و نماد Unp را برای این عنصر تا وقتیکه یک تصمیم برای نامگذاری آن گرفته شود، انتخاب کرد. البته در سال ۱۹۹۷ میلادی، آیوپاک به این مباحث نامگذاری و اختلافات خاتمه داد و واژه دوبنیم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد. این نام در واقع برگرفته از نام شهری می باشد که موسسه تحقیقات مشترک اتمی روسیه در آنجا قرار دارد (محلی که عنصر دوبنیم در ابتدا سنتز شده بود).
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۰۵ جدول تناوبی
عنصر دوبنیم در طبیعت وجود ندارد، پس در پوسته زمین یافت نشده است. این عنصر در حقیقت به دست بشر و در آزمایشگاه ساخته شده است. به طور کلی می توان گفت که این عنصر از طریق بمباران يك هدف کالیفرنیومی با یون های نیتروژن سنتز می شود. توجه داشته باشید که بمباران ذرات در دستگاهي به نام شتاب دهنده های خطی انجام می شود. در این شتاب دهنده ها، یون هایی که با سرعت بسیار بالا حرکت می کنند، به هدف هایی از عناصر سنگین برخورد می کنند. در این صورت، عناصر تازه ای بوجود می آورند.
به عبارت دیگر، اتم های عنصر دوبنیم از طریق هم جوشی میان اتم های کالیفرنیم و نیتروژن بدست آمده است. این کار با شتاب دادن یون های نیتروژن در دستگاه های شتاب دهنده ها انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات شتاب دار نیتروژن به سوی هدف کالیفرنیمی، جهت سنتز عنصر دوبنیم، بمباران شده اند. هسته های نیتروژن (با عدد اتمی ۷) و کالیفرنیم (با عدد اتمی ۹۸) در یک واکنش هم جوشی هسته ای با یکدیگر ادغام می گردند. بدین شکل، هسته های عنصر جدید را تشکیل دادند که عدد اتمی آن (۱۰۵) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر کلسیم و کالیفرنیم خواهد بود.
سنتز هسته های سنگین
هسته های اتم های سنگین در واکنش های هسته ای تولید می شوند که در طی آن، دو هسته با اندازه غیر یکسان در یک هسته ادغام می گردند. هرچقدر دو هسته از لحاظ جرم، نا برابرتر باشند، احتمال واکنش میان آن دو نیز بیشتر خواهد بود. ترکیب شیمیایی ساخته شده از هسته های سنگین تر به هدفی تبدیل می شود که می تواند به وسیله پرتو های هسته های سبک تر بمباران گردد. دو هسته تنها وقتی می توانند با یکدیگر ادغام شوند که به اندازه کافی به هم نزدیک شده باشند. می دانید که هسته ها دارای بار مثبت اند، پس به خاطر دافعه الکترواستاتیکی، یکدیگر را دفع می کنند. در حالیکه بر همکنش های قوی می تواند بر این دافعه غلبه کند.
وقتیکه دو هسته به هم نزدیک می شوند، معمولا به مدت ۱۰ تا ۲۰ ثانیه در کنار هم باقی می مانند، سپس از هم جدا می شوند. اگر همجوشی میان آنها اتفاق افتد، ادغام موقت (که هسته مرکب نام دارد) یک حالت برانگیخته خواهد بود. برای از دست دادن انرژی برانگیختگی و رسیدن به حالت پایدار تر، یک هسته مرکب می شکافد و یا یک یا چند نوترون را بیرون می اندازد. حال اگر انرژی ترکیبی دو هسته نا برابر زیاد نباشد، نیرو های دافعه بین هسته ها بر آن غلبه کرده و واکنش شکست خواهد خورد.
جهت تولید یک هسته منفرد، هدف بایستی در مدت زمان نسبتا زیادی بمباران شود. هسته تازه تولید شده به یک آشکار ساز منتقل می شود که هسته را متوقف می کند. محل دقیق ضربه آتی بر روی آشکار ساز، انرژی آن و زمان ورود ثبت می گردد. مشخصات هسته پس از ثبت فروپاشی، مجددا ثبت می شود و مکان، انرژی و زمان فروپاشی اندازه گیری می گردد.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر دوبنیم
همانطور که بیان شد، عنصر دوبنیم تاکنون تنها به مقدار بسیار ناچیزی تهیه شده است. از این جهت، اطلاعات کمی درباره شكل ظاهری و یا خواص شیمیایی آن وجود دارد. با این وجود، تعدادی پیش بینی و نتایج تجربی اولیه در مورد خواص فیزیکی و شیمیایی آن انجام شده است. دوبنیوم در چهارمین و در واقع آخرین دوره بلوک- d قرار گرفته است. توجه داشته باشید که در این بلوک، سومین عنصر است. از طرفی دیگر دومین عنصر سری ترانس آکتینیدی (Transactinide) نیز محسوب می شود. اگر مقدار کافی از آن تولید می شد، انتظار می رفت که خواص شیمیایی آن مشابه فلزات واسطه باشد. آزمایشات شیمی محلول ها نشان داده است که عنصر دوبنیوم بیشتر شبیه عنصر نیوبیم است تا عنصر تانتالم. در این صورت ممکن است که روند های دوره ای را بشکند.
خصوصیات ویژه دوبنیم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۶d۳۷s۲) آن ناشی می شود. همانطور که از آرایش الکترونی مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر در آن در حال پر شدن است. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته عناصر واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در حقیقت در بین فلزات قلیایی خاکی یا همان گروه دوم و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز نامیده می شوند. با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که پنج الکترون در دورترین لایه الکترونی آن وجود دارد. پس در بیشتر ترکیبات شیمیایی به صورت کاتیون پنج بار مثبت (+Rf۵) ظاهر مي شود. از این رو می تواند در پنج پیوند کووالانسی شرکت کند. لازم به ذکر است که انتظار می رود دوبنیوم بتواند حالت اکسیداسیون ۳+ و ۴+ (ثبات کمتر) را نیز تشکیل دهد.
خواص ویژه دوبنیم
از دیگر ویژگی های عنصر دوبنیوم 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 و دمای جوش این عنصر تعیین نشده است.
- خاصت مغناطیسی عنصر دوبنیم نیز نا مشخص است.
- انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز پر یا مرکز حجمی (bcc) باشد.
- این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی دوبنیم برابر با ۲۶۲ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۲۱.۶ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۳۹ pm تخمین زده شده است.
- یون های دوبنیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۳، +۴ و +۵ را دارند. اعداد اکسایش ۰ و +۵ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۶۶۵ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر دوبنیم
همانطور که در مقالات پیشین نشریه جهان شیمی فیزیک بیان شده است، ایزوتوپ های یک عنصر تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. عنصر دوبنیم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۶۱Db است که در سال ۱۹۶۸ میلادی کشف شد. از آنجاییکه عنصر دوبنیوم، عنصری مصنوعی است، بنابراین ایزوتوپ پایدار ندارد. این عنصر در حقیقت به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ای تهیه شده است. در نتیجه نمی توان برای آن جرم اتمی استاندارد تعریف کرد. تاکنون ۱۳ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر دوبنیم شناسایی شده است. رادیو ایزوتوپ ۲۶۸Db پایدار ترین ایزوتوپ دوبنیم با نیمه عمر ۳۰ ساعت است.
بعد از رادیوایزوتوپ ۲۶۸Db، ایزوتوپ رادیواکتیو ۲۷۰Db با نیمه عمر ۲۳.۱۵ ساعت، ایزوتوپ پایدار بعدی عنصر دوبنیم می باشد. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از چند ساعت دارند. لازم به ذکر است که بیشتر آنها حتی نیمه عمری کمتر از یک دقیقه دارند. علاوه بر آن، دوبنیوم دارای ۱-۳ حالت متا (m) نیز می باشد. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۵۵ تا ۲۷۰ amu می باشند.
کاربرد های عنصر دوبنیم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۰۵ جدول تناوبی به میزان بسیار ناچیز تولید شده است، بنابراین کاربرد خاصی خارج از پژوهش های علمی، هسته ای و تحقیقاتی ندارد. به بیان دیگر، به دلیل نیمه عمر پایین دوبنیم، این عنصر کاربرد تجاری ندارد.
ترکیبات عنصر دوبنیوم
پیش بینی می شود که عنصر دوبنیوم بتواند به راحتی با عناصر اکسیژن و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید و هالید ها و یا حتی اکسی هالید را تولید نماید. از جمله ترکیبات آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
خطرات دوبنیم بر روی سلامتی انسان
از آنجاییکه عنصر دوبنیم در طبیعت وجود ندارد، پس در پوسته زمین نیز یافت نمی شود. به علاوه، دوبنیم آن قدر ناپایدار است (دارای نیمه عمری کوتاه)، که هر مقداری از آن تشکیل شود، به سرعت به سایر عناصر تبدیل می گردد. بنابراین می توان گفت که دلیلی برای در نظر گرفتن اثرات و خطرات سلامتی آن وجود ندارد. به بیان دیگر، عنصر شماره ۱۰۵ جدول تناوبی نقش زیست شناختی مشخصی ندارد، اما با توجه به پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، باید حتما مراقب بود.
