عنصر رونتگنیم (Roentgenium) با نماد شیمیایی Rg، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۱۱۱ می باشد. این عنصر در حقیقت صد و یازدهمین عنصر جدول تناوبی عناصر بوده که در گروه XIB و تناوب هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. در واقع عنصر رونتگنیوم یک فلز واسطه (Transition Metals) فوق سنگین یا ابر سنگین، مصنوعی و از عناصر با خاصيت به شدت راديواكتيو جدول تناوبی است.
این فلز با عناصر مس (Cu)، نقره (Ag) و طلا (Au)، در گروه یازده واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است. توجه داشته باشید که عنصر رونتگنیوم سنگین ترین عضو گروه ۱۱ می باشد. این عنصر همچنین با نام های آن‌ان‌انیوم و اکا-طلا نیز شناخته می شود. لازم به ذکر است که گروه ۱۱ جدول تناوبی عناصر به نام فلزات مسکوک (coinage metals) نیز شناخته می شود. علت این نامگذاری اینست که، سه فلز مس، نقره و طلا در سکه زنی مورد استفاده قرار می گیرند. البته دقت داشته باشید که این نامگذاری توسط آیوپاک تایید نشده است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر رونتگنیم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر رونتگنیم
عنصر رونتگنیم برای اولین بار در سال ۱۹۹۴ میلادی توسط يك گروه بین المللی و به سرپرستی سیگورد هافمن (Sigurd Hofmann) در موسسه تحقیقات هسته ای یون های سنگین (GSI) هلمهولتز واقع در دارمشتات، آلمان سنتز شد. این محققان عنصر بیسموت (ایزوتوپ ۲۰۹Bi) را با هسته های شتاب دار شده نیکل (ایزوتوپ ۶۴Ni) بمباران کردند. بدین شکل موفق به سنتز ایزوتوپ ۲۷۲ از عنصر شماره ۱۱۱ شدند.
لازم به ذکر است که قبل از این، تلاش هایی برای سنتز عنصر شماره ۱۱۱ جدول تناوبی در سال ۱۹۸۶ میلادی در موسسه مشترک تحقیقات هسته ای در دوبنا (در آن زمان در اتحاد جماهیر شوروی) انجام شده بود. این تلاش ها در حقیقت شکست خورده بود، زیرا آنها نتوانستند اتم رونتگنیم را شناسایی کنند. در نهایت در سال ۲۰۰۱ میلادی، انجمن بين المللي شيمي محض و كاربردي یا همان آیوپاک (IUPAC)، کشف عنصر جدید را به دلیل کمبود شواهد مبنی بر وجود آن، رد کرد. اما تیم تحقیقاتی هافمن، آزمایش خود را دوباره در سال ۲۰۰۲ میلادی تکرار کرد. این دفعه وجود سه اتم رونتگنیم (۲۷۲Rg) را گزارش کردند. در نتیجه آیوپاک نیز در سال ۲۰۰۳ میلادی وجود عنصر رونتگنیوم را تایید کرد.
توجه داشته باشید که این عنصر در حقیقت پنجمین عنصری می باشد که توسط گروه محققان GSI کشف شده است. در واقع در بین سال های ۱۹۸۱ تا ۱۹۹۴ میلادی، عناصر ۱۰۷ (بوریم)، ۱۰۸ (هاسیم)، ۱۰۹ (مایتنریوم)، ۱۱۰ (دارمشتادیم) و عنصر ۱۱۱ یعنی رونتگنیم ساخته و شناسایی شده اند. علاوه بر، عنصر ۱۱۲ نیز در همین موسسه تحقیقات هسته ای یون های سنگین آلمان کشف شده است.
نامگذاری عنصر رونتگنیم
با استفاده از سیستم عناصر پیش بینی شده توسط مندلیف، عنصر رونتگنیم با نام اکا-طلا 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 آن‌ان‌انیوم یا یونونیونیوم (Unununium) و نماد Uuu 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 ۱۱۱، E111 و یا حتی ۱۱۱ می شناختند.
در سال ۲۰۰۴ میلادی، تیم تحقیقات هسته ای یون های سنگین (GSI) هلمهولتز، نام رونتگنیم را به افتخار فیزیکدان، کاشف پرتو ایکس و برنده جایزه نوبل فیزیک یعنی ویلهلم کنراد رونتگن (Wilhelm Conrad Röntgen) برای این عنصر پیشنهاد دادند. در نهایت و در همان سال، آیوپاک واژه رونتگنیوم را به عنوان نام رسمی این عنصر تایید کرد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۱۱۱ جدول تناوبی
عنصر رونتگنیم به دلیل سنگینی و ناپایداری بسیار بالا در طبیعت وجود ندارد. از این رو، این عنصر در پوسته زمین نیز یافت نشده و تنها به دست بشر و در آزمایشگاه تهیه شده است. این عنصر را می توان با سرعتی بالا به سایر عناصر تجزیه نمود. به طور کلی می توان گفت که این عنصر جدید از طریق بمباران اهداف بیسموت با اتم های نیکل سنتز شده است. لازم به ذکر است که تاکنون تنها تعداد کمی از اتم های رونتگنیوم ساخته شده است. به احتمال زیاد در آینده نیز هرگز نمی تواند به مقداری ساخته شود که با چشم قابل مشاهده باشد.
به بیان دیگر، عنصر رونتگنیم از طریق هم جوشی میان اتم های نیکل و بیسموت بدست آمده است. این کار با شتاب دادن ذرات نیکل در دستگاه شتاب دهنده (UNILAC) به منظور دستیابی به سطوح انرژی بالاتر، انجام شده است. در نهایت و بعد از چند روز، بیلیون ها اتم نیکل به هدف بیسموتی انتخاب شده، جهت تولید و شناسایی عنصر رونتگنیوم، شلیک شدند. هسته های نیکل (با عدد اتمی ۲۸) 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 (۱۱۱) حاصل جمع عدد اتمی دو عنصر نیکل 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 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 رونتگنیم
همانطور که بیان شد، عنصر رونتگنیم تاکنون تنها به مقدار بسیار ناچیزی (در حد چند اتم) ساخته شده است. در واقع، این عنصر هنوز آنقدر شناخته شده نیست. زیرا 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 در مورد خواص آن انجام شده است. به عنوان مثال، انتظار می رود که واکنش پذیری رونتگنیم بسیار کم باشد، پس می توان رونتگنیم را به عنوان یک فلز بسیار نجیب در نظر گرفت.
فلز رونتگنیوم در چهارمین و در واقع آخرین دوره بلوک- d جدول تناوبی عناصر واقع شده است. توجه داشته باشید که در این بلوک، نهمین عنصر است. از طرفی دیگر هشتمین عنصر سری فرا اکتینیدی (Transactinide) نیز محسوب می شود. آزمایشات شیمی تاکید کرده اند که عنصر رونتگنیوم مانند همولوگ سبکترش یعنی عنصر طلا در گروه یازده رفتار می کند. عنصر طلا در خانه بالای رونتگنیم در جدول تناوبی قرار دارد.
خصوصیات ویژه رونتگنیم از ساختار اتمی ([۸۶Rn] 5f۱۴۶d۹۷s۲) آن ناشی می شود. همانطور که از آرایش الکترونی رونتگنیم مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر آن در حال پر شدن است. عنصر رونتگنیم به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته عناصر واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در میان دو گروه عناصر قلیایی خاکی و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار دارند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود. با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که یازده الکترون در دورترین لایه الکترونی آن وجود دارد. بنابراین این عنصر می تواند در ترکیبات به صورت کاتیون های مختلف ظاهر شود.
خواص ویژه رونتگنیم
همانطور که بیان شد، خواص شیمیایی عنصر رونتگنیم به دیگر عناصر گروه یازده تا حدی شبیه است، هر چند که در بعضی موارد اختلافات زیادی با این عناصر نشان می دهد. در واقع انتظار می رود که رونتگنیوم نیز همانند سایر هم گروهان خود، بتواند حالت اکسیداسیون پایدار پایین تری مثل ۳+ و ۵+ را نیز تشکیل دهد. توجه داشته باشید که حالت اکسایش ۱+ نسبت به دو عدد اکسایش قبلی کمتر پایدار است. پیش بینی می شود که حالت اکسیداسیون ۳+، پایدارترین حالت عنصر جدید باشد. از این رو، در بیشتر ترکیبات به صورت کاتیون سه بار مثبت (+Rg۳) ظاهر می شود. از این رو می تواند در سه پیوند کووالانسی شرکت کند. دیگر ویژگی های عنصر رونتگنیوم عبارتند از:
- 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 رونتگنیم نیز نا مشخص است.
- انتظار می رود که ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز پر یا ساختار مکعبی مرکز حجمی (bcc) باشد.
- این عنصر احتمالا آلوتروپ ندارد. در واقع آلوتروپ های آن ناشناخته هستند.
- جرم اتمی رونتگنیم برابر با ۲۸۲ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۲۲–۲۴ g/cm۳ پیش بینی می شود.
- شعاع اتمی آن نیز ۱۳۸ pm تخمین زده شده است.
- یون های رونتگنیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰، −۱، +۱، +۳، +۵ و +۷ را دارند. اعداد اکسایش ۰ و +۳ متداول تر می باشند.
- انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۱۰۲۰ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر رونتگنیم
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 رونتگنیم ایزوتوپ های فراوانی دارد. نخستین ایزوتوپ شناسایی شده آن، رادیو ایزوتوپ ۲۷۲Rg است که در سال ۱۹۹۴ میلادی کشف و ردیابی شد. از آنجاییکه عنصر رونتگنیوم، 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 ۷ ایزوتوپ پرتوزا از عنصر رونتگنیم شناسایی شده است. هر چند که شواهدی مبنی بر وجود پانزده ایزوتوپ رونتگنیوم وجود دارد. اما همانطور که گفته شد فقط هفت تای آن توسط آیوپاک تایید شده است.
لازم به ذکر است که ایزوتوپ های سنگین تر رونتگنیم از ایزوتوپ های سبک تر آن پایدار تر می باشند. رادیو ایزوتوپ ۲۸۲Rg پایدار ترین ایزوتوپ رونتگنیم شناخته شده با نیمه عمر ۱۰۰ ثانیه (۱.۷ دقیقه) است. به نظر می رسد که ایزوتوپ های رادیواکتیو تایید نشده ۲۸۳Rg و ۲۸۶Rg نیمه عمر طولانی تری داشته باشند، یعنی به ترتیب در حدود ۵.۱ و ۱۰.۷ دقیقه. بقیه ایزوتوپ های پرتوزای آن، نیمه عمری کمتر از چند میلی ثانیه دارند. ایزوتوپ های رادیواکتیو این عنصر دارای جرم های اتمی در محدوده ۲۷۲ تا ۲۸۲ amu می باشند.
کاربرد های عنصر رونتگنیم
از آنجاییکه عنصر شماره ۱۱۱ 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 کم رونتگنیم، این عنصر هیچ کاربرد تجاری ندارد.
ترکیبات عنصر رونتگنیوم
پیش بینی می شود که عنصر رونتگنیوم بتواند به راحتی با عناصر اکسیژن و همچنین هالوژن ها واکنش دهد. در نتیجه اکسید، هالید ها و یا حتی اکسی هالید را تشکیل دهد. از جمله ترکیبات آن می توان به دی کلرید رونتگنیم (−RgCl۲)، تترا کلرید رونتگنیم (−RgCl۴) و هگزا کلرید رونتگنیم (−RgF۶) اشاره کرد. لازم به ذکر است که ترتیب پایداری این سه ترکیب به صورت −RgCl۲− < RgCl۴− < RgF۶ است. همچنین امکان تشکیل ترکیب دکا فلوئورید دی رونتگنیم (Rg۲F۱۰) نیز وجود دارد که انتظار می رود در برابر تجزیه پایدار باشد.
از طرفی دیگر، عنصر طلا به راحتی یک کمپلکس سیانید (۲−Au(CN)۲) تشکیل می دهد. انتظار می رود که عنصر رونتگنیم نیز بتواند کمپلکس سیانید (−Rg(CN)۲) را تشکیل دهد. علاوه بر آن پیش بینی می شود که عنصر رونتگنیم بتواند با مولکول های آمونیاک، سولفید هیدروژن و فسفین نیز کمپلکس تشکیل دهد. همچنین محاسبات بر روی ترکیب مولکولی RgH نشان داده است که پیوند میان رونتگنیم و هیدروژن بسیار قوی است.
خطرات رونتگنیم بر روی سلامتی انسان
همانطور که بیان شد، عنصر رونتگنیم در طبیعت وجود خارجی ندارد. از این جهت، در پوسته زمین هم یافت نشده است. در حقیقت رونتگنیم آنقدر ناپایدار است و نیمه عمری کوتاهی دارد، که هر مقداری از آن تولید شود، به سرعت به عناصر دیگر تبدیل می گردد. بنابراین دلیلی برای در نظر گرفتن اثرات و خطرات سلامتی آن وجود ندارد. به عبارت دیگر، عنصر شماره ۱۱۱ جدول تناوبی نقش زیست شناختی مشخصی ندارد، اما با توجه به پرتوزا بودن، سمی محسوب می شود. بنابراین در هنگام کار با آن، بایستی حتما مراقب بود.
