عنصر مندلیفیم (Mendelevium) با نماد شیمیایی md، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۰۱ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و یکمین عنصر از جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه IIIB و تناوب هفتم جدول تناوبی قرار گرفته است. عنصر مندلیفیم یک فلز واسطه (Transition Metals) رادیواکتیو، احتمالا به رنگ سفید، نقره ای و یا خاکستری (رنگ آن ناشناخته است) و از عناصر مصنوعی گروه اکتینید ها است. این فلز با عناصر اسکاندیم (Sc)، ایتریم (Y) و لانتان (La)، در گروه سه واسطه جدول تناوبی عناصر قرار دارد. مندلیفیم در واقع عنصری است ترانزورانیک (عدد اتمی بیشتری نسبت به اورانیوم دارد). در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر مندلیفیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر مندلیفیم
عنصر مندلیفیم برای اولین بار در سال ۱۹۵۵ میلادی، توسط گروه دانشمندان آمریکایی یعنی گلن سیبورگ (Glenn T. Seaborg)، استنلی تامسون (Stanley Gerald Thompson)، جورج چاپین (Gregory Robert Choppin)، برنارد هاروی (Bernard G. Harvey) و آلبرت غیورسو (Albert Ghiorso) به وسیله سیکلوترون ۶۰ اینچی و در دانشگاه کالیفرنیا برکلی آمریکا سنتز شد. در واقع، از طریق بمباران شدید عنصر اینشتینیوم (ایزوتوپ ۱۵۳ آن) با ذرات آلفا (هسته هلیم) تهیه شده است. لازم به ذکر است که با وجود استفاده از تمام اینشتینیم موجود، تنها چند اتم از عنصر جدید سنتز شد. در آزمایشات بعدی چیزی در حدود ۱۰۰ اتم تهیه شده است.
رادیوایزوتوپ تولید شده در حقیقت مندلیفیم- ۲۵۶ با نیمه عمر ۷۷ دقیقه بود. اولین شناسایی از آن جهت اهمیت دارد که در طی آن، ایزوتوپ ۲۵۶Md به روش یک اتم در یک لحظه تولید شده است. نام این عنصر به افتخار شیمیدان بزرگ روسی یعنی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف (Dmitri Ivanovich Mendeleev) روی آن گذاشته شده است. نماد عنصر در ابتدا Mv پیشنهاد شده بود. اما انجمن بين المللی شيمی محض و كاربردی یا آيوپاك (IUPAC) در مجمع خود در سال ۱۹۵۷ میلادی در پاریس، این نماد را به Md تغییر داد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۰۱ جدول تناوبی
عنصر مندلیفیم به طور طبیعی وجود ندارد و در پوسته زمین یافت نشده است. در واقع، به دلیل نیمه عمر بسیار کوتاه تمام ایزوتوپ های آن، هر مندلیفیم اولیه که می تواند در طول شکل گیری آن بر روی زمین وجود داشته باشد، تا به امروز از بین رفته است. این عنصر به وسیله بمباران عنصر بیسموت با یون های آرگون، عنصر پلوتونیوم یا عنصر امریسیوم با یون های كربن، نیتروژن و یا ذرات آلفا تولید می شود. عنصر مندلیفیوم در حقیقت نهمین عنصر فرا اورانیومی گروه آکتینید ها بود که سنتز شد. لازم به ذکر است که مندلیفیم اولین عنصری است که نمی تواند در مقادیر زیاد و به وسیله بمباران نوترون تولید شود. بنابراین، نمونه های ماکروسکوپی آن تولید و مشاهده نشده است.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر مندلیفیم
همانطور که بیان شد، عنصر مندلیفیم تاکنون تنها به مقدار بسیار کم توليد شده است. از این جهت، اطلاعات اندكي درباره شكل ظاهری و یا خواص شیمیایی آن وجود دارد. با این وجود، تعدادی پیش بینی و همچنین نتایج تجربی اولیه در مورد خواص آن انجام شده است. این عنصر، فلزی پرتوزا و رادیواکتیو است. عنصر مندلیفیم از لحاظ شیمیایی شبیه عنصر تولیوم می باشد.
خصوصیات مندلیفیم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۳۷s۲) آن ناشی می شود. همان طور که مشخص است، زیر لایه f در این عنصر در حال پر شدن است. این عنصر نیز مانند سایر عناصر سری لانتانید ها و اکتینید ها و به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته فلزات واسطه داخلی (Inner Transition Metals) قرار می گیرد. در این دسته از عناصر، الکترون های متمایز کننده در زیر لایه های F(n-2) لایه والانس که در حقیقت تراز هایی درونی تر محسوب می شوند، قرار دارند. از این رو به آنها، عناصر واسطه داخلی می گویند. عناصر واسطه داخلی خود زیر مجموعه عناصر واسطه می باشند. فلزات واسطه در حقیقت بین فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود.
با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که تعداد زیادی الکترون در دورترین لایه الکترونی مندلیفیم وجود دارد. پس می تواند در ترکیبات به صورت کاتیون های مختلف ظاهر شود. لازم به ذکر است که شیمی مندلیفیم فقط در محلول شناخته شده است که می تواند حالت های اکسیداسیون +۳ یا +۲ را به خود بگیرد. حالت اکسایش +۱ نیز گزارش شده، اما هنوز تایید نشده است. به عبارت دیگر، بیشتر ترکیبات مندلیفیم بیشتر سه ظرفیتی می باشند. بنابراین می تواند در سه پیوند کووالانسی شرکت کند.
خواص ویژه مندلیفیوم
عنصر مندلیفیم در واکنش های شیمیایی، بسیار شبیه سایر فلزات پرتوزا و رادیواکتیو است، در حالیکه در بعضی موارد همچون فلزات قلیایی زمین رفتار می کند. 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، ۸۲۷ درجه سانتی گراد پیش بینی می شود. در حالیکه دمای جوش آن نا شناخته است.
- خاصت مغناطیسی عنصر مندلیفیم نیز 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.
- جرم اتمی مندلیفیم برابر با ۲۵۸ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۰.۳ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز تخمین زده نشده است.
- یون های مندلیفیم معمولا اعدد اکسایش برابر با اعداد ۰، +۲ و +۳ دارند. اعداد اکسایش ۰ و +۳ متداول تر می باشند.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۶۳۶ kJ/mol است.
اکتینید ها
عنصر مندلیفیوم سیزدهمین عضو از عناصر سری اکتینید ها (بلوک- f) محسوب می شود كه به صورت مصنوعي سنتز شده است. کلمه اکتینید (Actinide) به معنای شبیه اکتینیوم است که با نماد شیمیایی An نمایش داده می شود. همانطور که واضح است، نام این سری از عناصر، از عنصر آکتینیوم گرفته شده است. این گروه شامل ۱۵ عنصر شيميايي (عدد های اتمی ۸۹ تا ۱۰۳) است که خواص شيميايي مشابه اي (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، 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 به ترتیب ۵f و بعد ۶d می باشد. لازم به ذکر است که تمامی اکتینید ها به جز فلز اکتینیم جز بلوک f جدول تناوبی هستند. عنصر اکتینیم 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 اورانیوم 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 نرم، متراکم، انعطاف پذیر، با چگالی بالا و الکتروپوزیتیو هستند. برخی از آنها با چاقو به راحتی برش می خورند. اغلب خاصیت پارامغناطیسی نشان می دهند و ممکن است که آلوتروپ های زیادی داشته باشند. این فلزات در دمای اتاق جامد هستند و در هوا، خود به خودی آتش می گیرند. با عناصر گروه هالوژن ها، کالکوژن ها و یا کربن (تشکیل ترکیبات اورگانو اکتینید) درگیر واکنش می شوند. به علاوه، با آب جوش و اسید های رقیق، گاز هیدروژن آزاد می 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 آکتنيد ها نسبت به عناصر سری لانتانيد ها، شباهت رفتاری کمتری را نشان می دهند. اما شیمی آنها در مقایسه با شیمی لانتانید ها بسیار پیچیده تر است. زیرا عناصر سری 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.
ایزوتوپ های عنصر مندلیفیم
همانطور که می دانید ایزوتوپ های یک عنصر، در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. عنصر مندلیفیوم ایزوتوپ های زیادی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۵۶Md است که در سال ۱۹۵۵ میلادی کشف و ردیابی شد. از آنجاییکه عنصر مندلیفیوم، 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. ۱۷ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر مندلیفیم شناسایی شده است. رادیو ایزوتوپ ۲۵۸Md پایدار ترین ایزوتوپ مندلیفیوم با نیمه عمر ۵۱.۳ روز است.
بعد از رادیوایزوتوپ ۲۵۸Md، رادیو ایزوتوپ ۲۶۰Md با نیمه عمر ۳۱.۸ روز، رادیو ایزوتوپ ۲۵۷Md با نیمه عمر ۵.۵۲ ساعت، رادیو ایزوتوپ ۲۵۹Md با نیمه عمر ۱.۶۰ ساعت و رادیو ایزوتوپ ۲۵۶Md با نیمه عمر ۱.۱۷ ساعت از جمله ایزوتوپ های پایدار مندلیفیوم می باشند. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از یک ساعت دارند. لازم به ذکر است که بیشتر آنها حتی نیمه عمری کمتر از ۵ دقیقه دارند. علاوه بر آن، مندلیفیوم دارای پنج حالت متا (m) نیز می باشد. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۴۴ تا ۲۶۰ amu می باشند. لازم به ذکر است که ایزوتوپ رادیو اکتیو ۲۵۶Md، بیشتر در شیمی استفاده می شود. زیرا این ایزوتوپ را می توان در مقیاس بزرگتر تولید کرد.
کاربرد های عنصر مندلیفیم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۰۱ جدول تناوبی به میزان بسیار ناچیز سنتز شده است، بنابراین خیلی کم کاربردی خارج از پژوهش های علمی و تحقیقاتی دارد. یکی از کاربرد های مضر این عنصر اینست که با عنصر تکنسیوم واکنش می دهد. در این صورت، باعث تشکیل انواع مواد مخدر می شود که بسیار قوی و توهم زا می باشد. لازم به ذکر است که احتمال مرگ بعد از مصرف این مواد مخدر بسیار بالا است.
ترکیبات عنصر مندلیفیم
پیش بینی می شود که عنصر مندلیفیم بتواند به راحتی با عناصر اکسیژن، گوگرد و هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید، سولفید و هالید ها را تولید نماید.
خطرات مندلیفیوم بر روی سلامتی انسان
از آنجاییکه عنصر مندلیفیوم به صورت طبیعی وجود ندارد، پس در پوسته زمین یافت نشده است. بنابراین می توان گفت که دلیلی برای در نظر گرفتن خطرات سلامتی آن نیز وجود ندارد. به بیان دیگر، عنصر شماره ۱۰۱ 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.
