عنصر نیهونیم (Nihonium) با نماد شیمیایی Nh، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۱۳ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و سیزدهمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه XIII و دوره هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. در واقع عنصر نیهونیم یک عنصر ترانس اکتینیدی (Transactinide) فوق سنگین، مصنوعی و از عناصر به شدت راديواكتيو جدول تناوبی است. این فلز با عناصر بور (B)، آلومینیم (Al)، گالیم (Ga)، ایندیم (In) و تالیم (Tl)، در گروه سیزده یا گروه سه اصلی (گروه بور) جدول تناوبی قرار گرفته است. توجه داشته باشید که عنصر نیهونیوم سنگین ترین عضو گروه ۱۳ می باشد. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر نیهونیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر نیهونیم
گروه محققان موسسه تحقیقات هسته ای یون های سنگین (GSI) هلمهولتز واقع در دارمشتات، آلمان، در سال های ۱۹۸۱ تا ۱۹۹۶ میلادی، موفق به کشف عناصر ۱۰۷ (بوهریم)، ۱۰۸ (هاسیم)، ۱۰۹ (مایتنریوم)، ۱۱۰ (دارمشتادیم)، ۱۱۱ (رونتگنیم) و عنصر ۱۱۲ (کوپرنیسیم) شده بود. تیم GSI تلاش کرد تا عنصر ۱۱۳ را نیز از طریق همجوشی سرد در سال های ۱۹۹۸ و ۲۰۰۳ میلادی سنتز کند. این محققان عنصر بیسموت (ایزوتوپ ۲۰۹Bi) را با هسته های شتاب دار شده روی (ایزوتوپ ۷۰Zn) بمباران کردند. هر دو تلاش این تیم نا موفق بود.
در واقع، کشف عنصر نیهونیم برای اولین بار در سال ۲۰۰۳ میلادی، توسط همکاری مشترک دانشمندان روسیه و آمریکا در موسسه مشترک تحقیقات هسته ای (JINR) دوبنای روسیه و همچنین در سال ۲۰۰۴ میلادی توسط تیمی از دانشمندان ژاپنی در موسسه تحقیقاتی و اکتشاف ژاپنی ریکن (RIKEN) در واکو، ژاپن گزارش شده است. تایید ادعا های آنها در سال های بعد توسط تیم های مستقلی از دانشمندانی که در ایالات متحده آمریکا، آلمان، سوئد، چین و همچنین مدعیان اصلی در روسیه و ژاپن کار شد.
در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، در سال ۲۰۱۵ میلادی، وجود عنصر نیهونیم را تایید کرد. از این جهت، تیم ژاپنی ریکن را رسما به عنوان کاشف عنصر ۱۱۳ به رسمیت شناخت. این تیم تحقیقاتی به سرپرستی کوسوکه موریتا (Kōsuke Morita) عنصر بیسموت (ایزوتوپ ۲۰۹Bi) را با هسته های شتاب دار شده روی (ایزوتوپ ۷۰Zn) بمباران کردند. بدین شکل موفق به سنتز ایزوتوپ ۲۷۸ از عنصر شماره ۱۱۳ (۲۷۸۱۱۳) شدند.
نامگذاری عنصر نیهونیم
با استفاده از سیستم عناصر پیش بینی شده توسط مندلیف، عنصر نیهونیم با نام اکا- تالیم شناخته می شد. در نهایت در سال ۱۹۷۱ میلادی، آیوپاک تصمیم گرفت که تا زمانیکه عنصر فوق کشف و تایید نشده است (در این صورت نامی نیز برایش تعیین نشده)، عنصر را در جدول تناوبی عناصر با نام سیستماتیک معرفی کند. بنابراین، انجمن آیوپاک نام موقت آن‌ان‌تریوم یا یونونتریوم (ununtrium) و نماد Uut را برای این عنصر تا زمانیکه یک تصمیم نهایی برای نامگذاری آن گرفته شود، انتخاب کرد. جالب است بدانید که اغلب دانشمندان، عنصر فوق را با نام های عنصر ۱۱۳، E113 و یا حتی ۱۱۳ می شناختند.
تیم تحقیقات هسته ای ریکن ژاپن، به طور غیر رسمی نام های مختلفی را برای عنصر جدید پیشنهاد کرده بود. از جمله این اسامی می توان به ژاپنیوم (Japonium)، به خاطر نام کشور خود، نیشینانیوم (nishinanium)، به افتخار فیزیکدان ژاپنی و پدر بنیانگذار تحقیقات فیزیک مدرن در ژاپن یعنی یوشیو نیشینا (Yoshio Nishina)، و همچنین ریکنیوم (rikenium)، به افتخار نام موسسه اشاره کرد. در نهایت و در سال ۲۰۱۶ میلادی، نام نیهونیم که برگرفته از واژه نیهون (nihon)، که یکی از دو تلفظ ژاپنی برای نام ژاپن است انتخاب شد. در نهایت و در همان سال ۲۰۱۶ میلادی، آیوپاک واژه نیهونیوم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۱۳ جدول تناوبی
عنصر نیهونیم به دلیل سنگینی و ناپایداری بسیار بالا در طبیعت وجود ندارد. از این رو، این عنصر در پوسته زمین پیدا نمی شود و تنها به دست انسان و در آزمایشگاه ساخته شده است. لازم به ذکر است که تاکنون تنها تعداد کمی از اتم های نیهونیم ساخته شده است. به احتمال زیاد در آینده نیز هرگز نمی تواند به مقداری ساخته شود که با چشم قابل مشاهده باشد.
لازم به ذکر است که هسته های اتمی سنگین در واکنش های هسته ای ساخته می شوند که در طی آن، دو هسته با اندازه نا برابر در یک هسته ادغام شوند. هر چقدر دو هسته از نظر جرم نا مساوی تر باشند، احتمال واکنش میان آن دو بیشتر خواهد بود. ماده شیمیایی ساخته شده از هسته های سنگین تر به هدفی تبدیل می شود که می تواند توسط پرتو های هسته های سبک تر بمباران گردد. حال اگر انرژی ترکیبی دو هسته غیر یکسان زیاد باشد، نیرو های دافعه بین هسته ها بر آن غلبه می کند و واکنش شکست خواهد خورد. پس در این آزمایش به منظور تولید یک هسته منفرد، هدف بایستی به مدت یک هفته یا بیشتر بمباران شود.
تهیه عنصر نیهونیم
اتم های عنصر نیهونیم از طریق هم جوشی میان اتم های روی و بیسموت بدست آمده است. این کار با شتاب دادن یون های روی در دستگاه شتاب دهنده خطی، جهت دستیابی به سطوح انرژی بالاتر، انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات روی به سوی هدف بیسموتی، جهت سنتز عنصر نیهونیوم، بمباران شدند. هسته های روی (با عدد اتمی ۳۰) و بیسموت (با عدد اتمی ۸۳) در یک واکنش هم جوشی هسته ای با یکدیگر ترکیب شدند. بدین شکل، هسته های عنصر جدید را تشکیل دادند که عدد اتمی آن (۱۱۳) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر روی و بیسموت است.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر نیهونیم
همانطور که بیان شد، عنصر نیهونیم تاکنون تنها به مقدار بسیار کم و در حد چند اتم تهیه شده است. این اتم ها در عرض چند ثانیه تجزیه می شوند، بنابراین، این عنصر هنوز خیلی شناخته شده نیست. به عبارت دیگر، به اندازه ای پایدار نمی باشد که بتوان بر روی آن آزمایش انجام داد. از این جهت، اطلاعات کمی درباره شكل ظاهری و یا خواص فیزیکی و شیمیایی آن وجود دارد. با این وجود، تعدادی پیش بینی و نتایج تجربی اولیه درباره خواص آن انجام شده است. به عنوان مثال، انتظار می رود که این عنصر زیاد فرار نباشد.
فلز نیهونیوم در بلوک- p جدول تناوبی عناصر واقع شده است. از طرفی دیگر، دهمین عنصر سری فرا اکتینیدی نیز محسوب می شود. خواص نیهونیم شبیه همولوگ های سبکترش در گروه سیزده است. همانطور که بیان شد، این عنصر جدید در دسته عناصر ابر سنگین قرار دارد، عناصر فوق سنگین عنصر هایی با اعداد اتمی بیشتر از ۱۰۳ هستند. به علاوه، این عنصر به احتمال زیاد به دسته فلزات پس واسطه تعلق دارد.
آرایش الکترونی نیهونیم
خصوصیات ویژه نیهونیم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۶d۱۰۷s۲۷p۱) آن ناشی می شود. همانطور که مشخص است، اوربیتال p لایه آخر در این عنصر در حال پر شدن است. با توجه به آرایش الکترونی آن مشخص است که سه الکترون در دورترین لایه الکترونی نیهونیوم وجود دارد. بنابراین این عنصر دوست دارد که هر سه الکترون را از دست بدهد و به کاتیون سه بار مثبت (+Nh۳) تبدیل شود. دقت داشته باشید که در بعضی حالت ها نیز می تواند فقط یک الکترون از دست دهد و در نتیجه به نیهونیم (+Nh) تبدیل گردد.
علاوه بر آن، آزمایشات شیمی تاکید کرده اند که عنصر نیهونیم دارای چندین ویژگی مختلف است که با همولوگ های سبک تر آن در گروه ۱۳، یعنی عناصر بور، آلومینیم، گالیم، ایندیم و تالیم، متفاوت می باشد. به عنوان مثال، عنصر نیهونیوم همچون عنصر تالیم، باید در حالت اکسیداسیون ۱+ نسبت به حالت ۳+ پایدار تر باشد، در حالیکه در حالت اکسیداسیون ۱+ این عنصر به جای تالیم، بیشتر شبیه عناصر نقره و استاتین رفتار می کند. از طرفی، انتظار می رود که عنصر جدید کمتر از تالیم واکنش پذیر باشد. واکنش پذیری کمتر نیهونیوم به دلیل تثبیت بیشتر و عدم فعالیت شیمیایی ناشی از زیر شاخه ۷s در آن در مقایسه با زیر پوسته ۶s در تالیم است.
خواص ویژه نیهونیم
از دیگر ویژگی های عنصر نیهونیوم 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 به ترتیب برابر با ۴۳۰ و ۱۱۳۰ درجه سانتی گراد پیش بینی شده است.
- خاصت مغناطیسی عنصر نیهونیم 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 آلوتروپ های آن ناشناخته هستند.
- جرم اتمی نیهونیم برابر با ۲۸۶ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۶ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۷۰ pm تخمین زده شده است.
- یون های نیهونیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰،-۱ ، +۱، +۳ و+۵ را دارند. اعداد اکسایش ۰، +۱ و +۳ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۷۰۴.۹ kJ/mol است.
فلزات پس واسطه
در علم شیمی، فلزات پس واسطه به عناصری گفته می شود که در جدول تناوبی عناصر در میان گروه عناصر واسطه (سمت چپ) و شبه فلزات (سمت راست) واقع شده اند. لازم به ذکر است که شمار فلزات پس واسطه بسته به اینکه عناصر واسطه در کجا به اتمام رسیده اند و نافلزات شروع شده اند، تغییر می کند. دلیل این نام، این است که هیچ نام پذیرفته شده ای تویط آیوپاک برای این فلزات وجود ندارد. عناصر ۱۱۲ تا ۱۱۷ جدول تناوبی ممکن است پس واسطه باشند. از آنجاییکه مقدار خیلی کمی از آنها تولید شده است، بنابراین برای پژوهش و بررسی بر روی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آنها کافی نبوده است.
ایزوتوپ های عنصر نیهونیم
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 نیهونیم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۸۴Nh است که در سال ۲۰۰۳ میلادی کشف شد. از آنجاییکه عنصر نیهونیوم، 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 ۸ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر نیهونیم شناسایی شده است. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۷۸ تا ۲۸۶ amu می باشند. دقت داشته باشید که دو ایزوتوپ ۲۸۷Nh و ۲۹۰Nh هم احتمالا وجود دارند که تایید نشده اند.
لازم به ذکر است که ایزوتوپ های سنگین تر نیهونیم از ایزوتوپ های سبک تر آن پایدارتر هستند. رادیو ایزوتوپ ۲۸۶Nh پایدار ترین ایزوتوپ نیهونیم با نیمه عمر ۸ ثانیه است. بعد از رادیوایزوتوپ ۲۸۶Nh، رادیو ایزوتوپ های ۲۸۵Nh، رادیو ایزوتوپ تایید نشده ۲۷۸Nh و رادیو ایزوتوپ ۲۹۰Nh با نیمه عمر های بیشتر از یک ثانیه، از جمله ایزوتوپ های پایدار آن می باشند. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از میلی ثانیه دارند.
کاربرد های عنصر نیهونیم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۱۳ 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 یا تحقیقاتی ندارد. به بیان دیگر، به دلیل نیمه عمر بسیار پایین نیهونیم، این عنصر عملا کاربرد تجاری ندارد.
ترکیبات عنصر نیهونیوم
پیش بینی می شود که عنصر نیهونیوم بتواند با عناصر اکسیژن و هالوژن ها واکنش دهد و در نتیجه اکسید و هالید ها را ایجاد نماید. از جمله ترکیبات احتمالی آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- منو هیدرید نیهونیوم (NhH)
- تری هیدرید نیهونیوم (NhH۳)
- منو کلرید نیهونیوم (NhCl)
- تری کلرید نیهونیوم (NhCl۳)
- منو فلوئورید نیهونیوم (NhF)
- تری فلوئورید نیهونیوم (NhF۳)
- اکسید نیهونیوم (Nh۲O)
- تری برمید نیهونیوم (NhBr۳)
- تری یدید نیهونیوم (NhI۳)
خطرات نیهونیم بر روی سلامتی انسان
همانطور که بیان شد، عنصر نیهونیم در طبیعت وجود خارجی ندارد، پس در پوسته زمین نیز یافت نشده است. علاوه بر آن، نیهونیم آنقدر نا پایدار است و نیمه عمری کوتاهی دارد، که هر مقداری از آن ایجاد شود، به سرعت به سایر عناصر تبدیل می شود. بنابراین دلیلی برای در نظر گرفتن اثرات و خطرات سلامتی آن وجود نخواهد داشت. به عبارت دیگر، عنصر شماره ۱۱۳ جدول تناوبی نقش زیست شناختی مشخصی نیز ندارد، اما با توجه به پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، بایستی حتما مراقب بود.
