عنصر فلروویم (Flerovium) با نماد شیمیایی Fl، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۱۴ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و چهاردهمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه XIV و دوره هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. در واقع عنصر فلروویم یک عنصر ترانس اکتینیدی (Transactinide) فوق العاده سنگین، مصنوعی و از عناصر به شدت راديواكتيو جدول تناوبی است. این فلز با عناصر کربن (C)، سیلیسیوم (Si)، ژرمانیوم (Ge)، قلع (Sn) و سرب (Pb)، در گروه چهارده یا گروه چهار اصلی (گروه کربن) جدول تناوبی قرار گرفته است. توجه داشته باشید که عنصر فلروویوم سنگین ترین عضو گروه ۱۴ محسوب می شود. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر فلروویوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر فلروویم
عنصر فلروویم برای اولین بار در سال ۱۹۹۸ 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 پلوتونیم (ایزوتوپ ۲۴۴Pu) را با هسته های کلسیم (ایزوتوپ ۴۸Ca) بمباران کردند. بدین شکل ایزوتوپ ۲۸۹ را بدست آوردند. این آزمایش بعدا دوباره توسط همین تیم تکرار شد، اما ایزوتوپی با این ویژگی های فروپاشی دیگر هرگز یافت نشد. از این جهت، هویت دقیق این فعالیت نا شناخته است.
وجود عنصر جديد توسط گروه های تحقیقاتی مختلف از جمله، گروه دانشمندان آمریکایی در لابراتوار لارنس برکلی کالیفرنیا، آمریکا، دانشمندان ژاپنی در موسسه تحقیقاتی و اکتشاف ژاپنی ریکن (RIKEN) واقع در واکو، ژاپن و محققان موسسه تحقیقات هسته ای یون های سنگین (GSI) هلمهولتز واقع در دارمشتات، آلمان تایید و تصويب شد. لازم به ذکر است که دانشمندان آزمايشگاه ملي لارنس بركلي آمریکا، با استفاده از دستگاه جدا كننده گازي بركلي، در سيلكوترون ۸۸ اينچي اين آزمايشگاه، توانستند دو هسته جداگانه و منفرد از عنصر فلروویوم را توليد كنند. دقت داشته باشید که هر یک از این دو هسته، يك ايزوتوپ جداگانه از فلروویم هستند که عدد پروتوني ۱۱۴ دارند.
در نهایت انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، در سال ۲۰۱۱ میلادی، وجود عنصر فلروویم را تایید کرد. البته آیوپاک، آزمایشات تیم دوبنای روسیه را در سال های ۱۹۹۹ تا ۲۰۰۷ به دلیل غیر قطعی بودن داده های اولیه، رد کرد. اما در نهایت نتایج آزمایش های سال های ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۷ را به عنوان کشف عنصر فلروویوم پذیرفت. از این جهت، تیم روسی دوبنا را رسما به عنوان کاشف عنصر ۱۱۴ به رسمیت شناخت.
نامگذاری عنصر فلروویم
با استفاده از سیستم عناصر پیش بینی شده توسط مندلیف، عنصر فلروویم با نام اکا- سرب 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 آن‌ان‌کادیوم (ununquadium) و نماد Uuq 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 ۱۱۴، E114 و یا حتی ۱۱۴ می شناختند.
تیم تحقیقات هسته ای دوبنای روسیه، در سال ۲۰۱۱ میلادی، نام فلروویم را به پاس قدردانی از آزمایشگاه واکنش های هسته ای فلرو (Flerov) روسیه (FLNR) پیشنهاد دادند. این آزمایشگاه به نام دانشمند مشهور روسی یعنی گئورگی فلروف (Georgiy N. Flerov) که شکافت خود به خودی اورانیوم را کشف کرده بود، نام گذاری شده است. در نهایت و در همان سال ۲۰۱۲ میلادی، آیوپاک واژه فلروویوم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۱۴ جدول تناوبی
عنصر فلروویم به دلیل سنگینی و ناپایداری بسیار زیاد در طبیعت وجود ندارد و در پوسته زمین نیز پیدا نمی شود. به عبارت دیگر، این عنصر تنها به دست انسان و در آزمایشگاه ساخته شده است. لازم به ذکر است که تاکنون تنها تعداد کمی از اتم های فلروویم ساخته شده است.
اتم های عنصر فلروویم از طریق هم جوشی میان اتم های پلوتونیم و کلسیم بدست آمده است. این کار با شتاب دادن یون های کلسیم در دستگاه شتاب دهنده، جهت دستیابی به سطوح انرژی بالاتر، انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، ذرات کلسیم به سوی هدف پلوتونیمی، جهت سنتز عنصر فلروویوم، بمباران شده اند. هسته های کلسیم (با عدد اتمی ۲۰) و پلوتونیم (با عدد اتمی۹۴) در یک واکنش هم جوشی هسته ای با یکدیگر ترکیب شدند. بدین شکل، هسته های عنصر جدید را تشکیل دادند که عدد اتمی آن (۱۱۴) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر کلسیم و پلوتونیم است.
سنتز هسته های سنگین
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 لحاظ جرم، نا مساوی تر باشند، احتمال واکنش میان آن دو بیشتر خواهد بود. ماده شیمیایی ساخته شده از هسته های سنگین تر به عنوان هدفی انتخاب می شود که می تواند توسط پرتو های هسته های سبک تر بمباران گردد. دو هسته فقط در صورتی می توانند با یکدیگر ترکیب شوند که به اندازه کافی به هم نزدیک شوند. به طور معمول، هسته ها که دارای بار مثبت هستند، به دلیل دافعه الکترواستاتیکی، یکدیگر را دفع می کنند. حال آنکه بر هم کنش های قوی می تواند بر این دافعه غلبه کند.
زمانیکه دو هسته به یکدیگر 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 رخ دهد، ادغام موقت (که هسته مرکب نامیده می شود) یک حالت برانگیخته است. برای از دست دادن انرژی برانگیختگی خود و رسیدن به حالت پایدار تر، یک هسته مرکب یا شکافته می شود یا یک یا چند نوترون را بیرون می اندازد. در صورتیکه انرژی ترکیبی دو هسته نا برابر زیاد نباشد، نیرو های دافعه بین هسته ها بر آن غلبه کرده و واکنش شکست خواهد خورد.
بنابراین جهت تولید یک هسته منفرد، هدف بایستی به مدت زمان 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 مشخص می گردد. هسته پس از ثبت فروپاشی مجددا ثبت می شود و مکان، انرژی و زمان فروپاشی اندازه گیری می شود.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر فلروویم
همانطور که بیان شد، عنصر فلروویم 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، هسته عنصر فلروویوم پس از حدود نیم ثانیه به کوپرنیسیوم وا پاشیده می شود. می توان گفت که به اندازه ای پایدار نیست 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 بسیار فرار باشد که حتی ممکن است در دما و فشار استاندارد حالت گازی داشته باشد.
فلز فلروویوم در بلوک- p جدول تناوبی عناصر واقع شده است. از طرفی دیگر، یازدهمین عنصر سری فرا اکتینیدی نیز محسوب می شود. خواص فلروویم تا حدودی شبیه همولوگ های سبکترش در گروه چهارده است. تعدادی از عناصر گروه کربن به فلزات شبیه هستند (قلع و سرب)، در حالیکه تعدادی از آنها کاملا با فلزات متفاوت می باشند. این سؤال که آیا عنصر فلرویوم بیشتر شبیه یک فلز است یا یک گاز نجیب، هنوز تاکنون حل نشده است. پیش بینی می شود که این عنصر مطابق با همولوگ خود یعنی سرب، خواص فلزی را نشان می دهد.
همانطور که بیان شد، این عنصر جدید در دسته عناصر ابر سنگین قرار دارد، عناصر فوق سنگین به عنصر هایی با اعداد اتمی بیشتر از ۱۰۳ گفته می شود. توجه داشته باشید که عنصر جدید فلروویوم، واکنش پذیرترین فلز در گروه ۱۴ خواهد بود. از طرفی دیگر، این عنصر ممکن است که به دسته فلزات پس واسطه تعلق داشته باشد.
آرایش الکترونی فلروویم
خصوصیات ویژه فلروویم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۶d۱۰۷s۲۷p۲) 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 چهار الکترون در دورترین لایه الکترونی فلروویوم وجود دارد. اوربیتال های ۷s در فلز فلروویوم بسیار پایدارند، بنابراین این عنصر بیشتر دوست دارد که دو الکترون اوربیتال p را از دست بدهد و به کاتیون دو بار مثبت (+Fl۲) تبدیل شود. دقت داشته باشید که در بعضی حالت ها نیز می تواند هر جهار الکترون از دست دهد و در نتیجه به فلروویم (+Fl۴) تبدیل گردد. لازم به ذکر است که عنصر فلروویوم، در حالت اکسیداسیون ۲+ نسبت به حالت ۴+ پایدار تر است.
خواص ویژه فلروویم
از دیگر ویژگی های عنصر فلروویوم می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر احتمالا به صورت مایع است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب برابر با ۷۳− و ۱۰۷ درجه سانتی گراد پیش بینی شده است.
- خاصت مغناطیسی عنصر فلروویم نا مشخص است.
- انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل مکعبی وجوه پر یا ساختار مکعبی مرکز سطحی (fcc) باشد.
- این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد. در واقع آلوتروپ های آن ناشناخته هستند.
- جرم اتمی فلروویم برابر با ۲۸۹ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۹۲۸ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۸۰ pm تخمین زده شده است.
- یون های فلروویم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۱، +۲، +۴ و +۶ را دارند. اعداد اکسایش ۰ و +۲ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۸۳۲.۲ kJ/mol است.
فلزات پس واسطه
در شیمی، فلزات پس واسطه به عنصر هایی 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 با توجه به اینکه عناصر واسطه در کجا به اتمام رسیده اند و غیر فلزات شروع شده اند، تغییر می کند. دلیل نام فلزات پس واسطه اینست که هیچ نام پذیرفته شده ای توسط آیوپاک برای این دسته فلزات وجود ندارد. عناصر ۱۱۲ تا ۱۱۷ جدول تناوبی احتمالا پس واسطه باشند. از آنجاییکه مقدار خیلی کمی از این عناصر فوق سنگین تولید شده است، بنابراین این میزان جهت پژوهش و بررسی بر روی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آنها کافی نبوده است.
ایزوتوپ های عنصر فلروویم
همانطور که در مقالات پیشین نشریه جهان شیمی فیزیک بیان شده است، ایزوتوپ های یک عنصر تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر متفاوت هستند. عنصر فلروویم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۸۹Fl است که در سال ۱۹۹۸ یا ۱۹۹۹ میلادی کشف و ردیابی شد. از آنجاییکه عنصر فلروویوم، عنصری مصنوعی است، بنابراین هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد. این عنصر در حقیقت به صورت سنتزی و در رآکتور های هسته ای سنتز شده است. در نتیجه نمی توان برای آن جرم اتمی استاندارد تعریف کرد. تاکنون ۷ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر فلروویم شناسایی شده است. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده۲۸۴ تا ۲۹۰ amu می باشند.
لازم به ذکر است که ایزوتوپ های سنگین تر فلروویم از ایزوتوپ های سبک تر آن پایدارتر هستند. رادیو ایزوتوپ ۲۸۹Fl پایدار ترین ایزوتوپ فلروویم با نیمه عمر ۱.۹ ثانیه است. بعد از رادیوایزوتوپ ۲۸۹Fl، رادیو ایزوتوپ تایید نشده ۲۹۰Fl با نیمه عمر ۱۹ ثانیه، از جمله ایزوتوپ های پایدار آن می باشند. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از یک ثانیه دارند. لازم به ذکر است که بیشتر آنها حتی نیمه عمری در حدود میلی ثانیه دارند. علاوه بر آن، فلروویوم دارای دو حالت متا (m) یا ایزومر هسته ای نیز می باشد.
کاربرد های عنصر فلروویم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۱۴ جدول تناوبی به میزان بسیار نا چیز 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 فلروویم، این عنصر عملا کاربرد تجاری ندارد.
ترکیبات عنصر فلروویوم
پیش بینی می شود که عنصر فلروویوم بتواند با عناصر اکسیژن، گوگرد و هالوژن ها واکنش دهد. در این صورت اکسید، سولفید و هالید ها را ایجاد نماید. از جمله ترکیبات احتمالی آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- دی هیدرید فلروویوم (FlH۲)
- دی اکسید فلروویوم (FlO۲)
- اکسانیون فلروویت (۲−FlO۲)
- دی کلرید فلروویوم (FlCl۲)
- تترا کلرید فلروویوم (FlCl۴)
- دی فلوئورید فلروویوم (FlF۲)
- تترا فلوئورید فلروویوم (FlF۴)
- سولفات فلروویوم (FlSO۴)
- سولفید فلروویوم (FlS)
- استات فلروویوم (FlC۲H۳O۲)
- نیترات فلروویوم (Fl(NO۳)۲)
خطرات فلروویم بر روی سلامتی انسان
همانطور که بیان شد، عنصر فلروویم در طبیعت وجود خارجی ندارد. علاوه بر آن، فلروویم 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 ۱۱۴ جدول تناوبی حتی 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.
