عنصر بوهریم (Bohrium) با نماد شیمیایی Bh، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۰۷ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و هفتمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه VIIB و تناوب هفتم جدول تناوبی عناصر قرار دارد. در واقع عنصر بوهریوم یک فلز واسطه (Transition Metals) فوق سنگین، مصنوعی و از عناصر با خاصيت راديواكتيو بالای جدول تناوبی است. این فلز با عناصر منگنز (Mn)، تکنسیم (Tc) و رنیوم (Re) در گروه هفت واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است. توجه داشته باشید که عنصر بوهریوم سنگین ترین عضو گروه ۷ می باشد. لازم به ذکر است که این عنصر با نام های بوریم و بوریوم نیز نامیده شده است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر بوهریم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر بوهریم
کشف عنصر بوهریم نیز بحث برانگیز و جالب است. زیرا کشف این عنصر به طور همزمان توسط دو گروه مختلف از آلمان و اتحاد جماهیر شوروی سابق ادعا شده بود. کشف عنصر بوهریم برای اولین بار در سال ۱۹۷۶ میلادی، به صورت مصنوعی در موسسه تحقیقات هسته ای دوبنا (Dunba) شوروی سابق گزارش شده است. در این سنتز، دانشمندان روسی به سرپرستي یوری اوگانسیان (Yuri Tsolakovich Oganessian)، اهداف بیسموت (ایزوتوپ ۲۰۹Bi) و سرب (ایزوتوپ ۲۰۸Pb) را به ترتیب با هسته های پر شتاب کروم (ایزوتوپ ۵۴Cr) و منگنز (ایزوتوپ ۵۵Mn) بمباران کردند. بدین شکل، دو فعالیت، یکی با نیمه عمر یک تا دو میلی ثانیه، و دیگری با نیمه عمر تقریبا پنج ثانیه، مشاهده شد. از آنجاییکه نسبت شدت این دو فعالیت در طول آزمایش ثابت بود، پیشنهاد شد که اولی از ایزوتوپ بوریم- ۲۶۱ و دومی از دخترش یعنی دوبنیوم– ۲۵۷ باشد.
اين ادعا مورد قبول واقع نشد تا اينكه در سال ۱۹۸۱ میلادی، يك گروه آلماني به سرپرستی پیتر آرمبروستر (Peter Armbruster) و گاتفرید مونسنبرگ (Gottfried Münzenberg) در موسسه تحقیقات هسته ای یون های سنگین آلمان (GSI) دارمستات، درستي اين موضوع را به اثبات رساندند. این محققان عنصر بیسموت (۲۰۹Bi) را با یون های کروم (۵۴Cr) بمباران کردند. بدین شکل موفق به تولید ایزوتوپ بادوام تر آن یعنی Bh-262 از عنصر شماره ۱۰۷ شدند.
نامگذاری عنصر بوهریم
همانطور که بیان شد، ادعا های مبنی بر سنتز عنصر بوهریوم از آزمایشگاه های اتحاد جماهیر شوروی و آلمان غربی مطرح شده بود. بنابراین اولویت اکتشاف و نامگذاری این عنصر در میان دانشمندان شوروی و آلمانی مورد بحث بود. در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردی یا همان آیوپاک (IUPAC)، با بررسی نتایج دو آزمایشگاه روسی و آلمانی، تیم آلمانی را به عنوان کاشفان رسمی بوریوم به رسمیت شناخت. زیرا نتایج آنها معتبر تر بود. درحالیکه احتمالا گروه روسی زودتر این عنصر را ساخته بودند.
گروه آلمانی نام نیلزبوهریوم (nielsbohrium) با نماد شیمیایی Ns را به افتخار فیزیکدان آلمانی و برنده جایزه نوبل یعنی نیلز بور پیشنهاد دادند. روس ها نیز این نام را قبلا برای عنصر ۱۰۵ پیشنهاد کرده بودند. در نهایت، عنصر شماره ۱۰۵ به نام دوبنیم (dubnium) نامگذاری شد، بنابراین تیم روسی با نام پیشنهاد شده گروه آلمانی برای عنصر ۱۰۷ جدول تناوبی موافقت کردند. آیوپاک توصیه کرد که عنصر شماره ۱۰۷ جدول را بوریوم نامگذاری کنند، نه نیلزبوریم. زیرا هیچ سابقه ای برای استفاده از نام کامل (اسم و فامیل) یک دانشمند در نامگذاری یک عنصر وجود نداشت. این پیشنهاد با مخالفت کاشفان مواجه شد. زیرا نگرانی هایی وجود داشت که ممکن است این نام با نام عنصر بور اشتباه گرفته شود.
برای مدت زمان زیادی، بحث و جدل نامگذاری عناصر ۱۰۱ تا ۱۰۹ جدول تناوبی عناصر وجود داشت. بنابراین، انجمن آیوپاک در ابتدا نام موقت آننيلسپتيم (unnilseptium) و نماد Uns را برای این عنصر تا زمانیکه یک تصمیم نهایی برای نامگذاری آن گرفته شود، انتخاب کرد. در نهایت در سال ۱۹۹۷ میلادی، آیوپاک به این مباحث نامگذاری و اختلافات خاتمه داد و واژه بوهریم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۰۷ جدول تناوبی
عنصر بوهریم به دلیل ناپایداری بسیار بالا در طبیعت وجود ندارد. از این رو، این عنصر در پوسته زمین یافت نشده است. در واقع بوریوم به دست بشر و در آزمایشگاه تهیه شده است. به طور کلی می توان گفت که این عنصر از طریق سیلندری که با سرعت بالا می چرخد و با لایه نازکی از فلز بیسموت پوشیده شده است (به عنوان هدف) تولید می شود. این هدف با جریانی از یون های سنگین و پر شتاب کروم- ۵۴ بمباران می شود. لازم به ذکر است که تاکنون تنها تعداد کمی از اتم های بوهریم ساخته شده است. به احتمال زیاد در آینده نیز هرگز نمی تواند به مقداری ساخته شود که با چشم قابل مشاهده باشد.
به عبارت دیگر، برای تولید اتم های بوریوم، عنصر بیسموت طی فرآیند هم جوشی سرد با اتم های کروم بمباران می شود. این کار با شتاب دادن یون های کروم انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات شتاب دار کروم به سوی هدف بیسموتی، جهت سنتز عنصر بوریوم، بمباران شده اند. هسته های کروم (با عدد اتمی ۲۴) و بیسموت (با عدد اتمی ۸۳) 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 (۱۰۷) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر کروم و بیسموت 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 برابر 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 شود. 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 بوهریم
همانطور که بیان شد، عنصر بوهریم تاکنون تنها به مقدار بسیار کمی (چند اتم) تهیه شده است. از آنجاییکه هرگز رويت نشده، پس اطلاعات کمی درباره شكل ظاهري و یا حتی 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. بوهریوم در چهارمین و در واقع آخرین دوره بلوک- d جدول قرار گرفته است. توجه داشته باشید که در این بلوک، پنجمین عنصر است. از طرفی دیگر چهارمین عنصر سری فرا اکتینیدی (Transactinide) نیز محسوب می شود. آزمایشات شیمی تاکید کرده اند که عنصر بوهریوم مانند همولوگ سنگین تر عنصر رنیوم در گروه هفت رفتار می کند. عنصر رنیوم به طور مستقیم در خانه بالای آن در جدول تناوبی واقع شده است.
خصوصیات ویژه بوهریم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۶d۵۷s۲) آن ناشی می شود. همانطور که از آرایش الکترونی بوهریم مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر آن در حال پر شدن است. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته عناصر واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در میان عناصر 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 هفت الکترون در دورترین لایه الکترونی آن وجود دارد. پس احتمالا در بیشتر ترکیبات شیمیایی به صورت کاتیون هفت بار مثبت (Bh۷+) ظاهر مي شود. از این رو می تواند در هفت پیوند کووالانسی شرکت کند. لازم به ذکر است که انتظار می رود بوهریوم بتواند حالت اکسیداسیون پایین تر مانند ۳+، ۴+ و ۵+ را نیز تشکیل دهد.
خواص ویژه بوهریم
از دیگر ویژگی های عنصر بوهریوم 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 بوهریم نیز نا مشخص است.
- انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل شش ضلعی یا هگزاگونال (hcp) باشد.
- این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد. در واقع ناشناخته هستند.
- جرم اتمی بوهریم برابر با ۲۷۰ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۲۶–۲۷ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۲۸ pm تخمین زده شده است.
- یون های بوهریم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۳، +۴، +۵ و +۷ را دارند. اعداد اکسایش ۰ و +۷ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۷۴۰ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر بوهریم
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 بوهریم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۶۲Bh است که در سال ۱۹۸۱ میلادی کشف شد. از آنجاییکه عنصر بوهریوم، 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 ۱۱ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر بوهریم شناسایی شده است.
رادیو ایزوتوپ ۲۷۰Bh پایدار ترین ایزوتوپ بوهریم با نیمه عمر ۱ دقیقه است. بعد از رادیوایزوتوپ ۲۷۰Bh، ایزوتوپ رادیواکتیو ۲۷۴Bh با نیمه عمر ۴۰ ثانیه، ایزوتوپ پایدار بعدی عنصر بوهریم می باشد. لازم به ذکر است که ایزوتوپ سنگین تر تایید نشده بوهریم یعنی ۲۷۸Bh نیمه عمر طولانی تری در حدود ۶۹۰ ثانیه دارد. دقت داشته باشید که ایزوتوپ های سبک تر معمولا نیمه عمر کوتاه تری نیز دارند. بنابراین بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از چند ثانیه دارند. لازم به ذکر است که بیشتر آنها حتی نیمه عمری کمتر از میلی ثانیه را نشان می دهند. علاوه بر آن، بوهریوم دارای ۱ حالت متا (m) نیز می باشد (۲۶۲mBh). ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۶۰ تا ۲۷۴ amu می باشند.
کاربرد های عنصر بوهریم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۰۷ جدول تناوبی به میزان بسیار ناچیز (فقط تعداد کمی از اتم های آن) تولید شده است، بنابراین کاربرد خاصی خارج از پژوهش های علمی، هسته ای و تحقیقاتی ندارد. به بیان دیگر، به دلیل نیمه عمر پایین بوهریم، این عنصر کاربرد تجاری ندارد.
ترکیبات عنصر بوهریوم
پیش بینی می شود که عنصر بوهریوم بتواند به راحتی با عناصر اکسیژن و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید، هالید ها و یا حتی اکسی هالید را تولید نماید. از جمله ترکیبات مهم آن می توان به اکسید بوهریم (Bh۲O۷)، اکسی کلرید بوهریم (BhO۳Cl) و اسید پربوریک (HBhO۴) اشاره کرد.
خطرات بوهریم بر روی سلامتی انسان
همانطور که بیان شد، عنصر بوهریم در طبیعت وجود ندارد. بنابراین در پوسته زمین نیز یافت نمی شود. به علاوه، بوهریم 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 ۱۰۷ 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.
