ה לורנטיוס הוא היסוד הכימי של מספר אטומי 113 של הטבלה המחזורית. מכיוון שהוא די לא יציב, לא ניתן להשיג אותו ממקורות טבעיים, יש צורך לסנתז אותו במעבדה. ייצורו מתרחש באמצעות תגובות היתוך בין יון מואץ לאטום אחר כבד יותר. מה שמדהים בתכונות של לורניום הם מצב החמצון שלו שווה ל-+3 בתמיסות מימיות והעובדה שהוא מסיים את הפצה אלקטרונית בעוד 7 שניות2 5ו14 7 עמ'1, במקום 7s2 5ו14 6ד1.
לורניום הופק לראשונה בשנת 1961 במעבדות ברקלי בקליפורניה, ארצות הברית. לאחר מכן, מבנהו ואיזוטופים נוספים הובהרו בשיתוף המכון המשותף למחקר גרעיני, בעיר דובנה, רוסיה.
שמו מתייחס למדען ארנסט אורלנדו לורנס, יוצר מאיץ החלקיקים הציקלוטרון. פולמוס על לורנטיוס הוא על עמדתו ב טבלה מחזורית. יש הטוענים שזה צריך להיות בקבוצה 3, בעוד מדענים אחרים טוענים שזה לא צריך להיות.
ראה גם: דובניום - היסוד הסינטטי הקרוי על שם העיר הרוסית דובנה
תקציר על לורנטיוס
לורניום הוא האקטיניד האחרון בטבלה המחזורית.
זהו יסוד כימי שאינו נמצא בטבע, יש לייצרו במעבדה, כלומר, זהו יסוד כימי סינטטי.
האיזוטופ היציב ביותר של לורניום הוא 262אדוני, עם הזמן חצי חיים של 3.6 שעות.
למרות היותו א מַתֶכֶת, צורתו המתכתית מעולם לא הושגה במעבדה.
הוא מיוצר באמצעות תגובות היתוך, באמצעות א מאיץ חלקיקים.
הוא התגלה בשנת 1961 במעבדות ברקלי, קליפורניה, ארה"ב.
שמו מתייחס למדען ארנסט אורלנדו לורנס, יוצר מאיץ החלקיקים הציקלוטרון.
הנכסים של לורנס
סֵמֶל: lr
מספר אטומי: 103
מסה אטומית: 262 C.u.
תצורה אלקטרונית: [Rn] 7 שניות2 5ו14 7 עמ'1
איזוטופ הכי יציב: 262Lr (זמן מחצית חיים של 3.6 שעות)
סדרת כימיקלים: קבוצה 3, אלמנטים בלוק f, אקטינידים, מתכת, אלמנטים סופר-כבדים
תכונות של לורנטיוס
לורניום, סמל Lr ומספר אטומי 103, הוא א מתכת השייכת לקבוצת האקטינידים. יסודות כמו לורניום, בשל ריבוי הפרוטונים והנייטרונים בגרעין, אינם יציבים, מה שאומר שכוחות הדחייה של הגרעין מתגברים על כוחות המשיכה.
בגלל זה, אף אחד מ-12 האיזוטופים הידועים של לורנס אינו יציב, כאשר למסה 262 יש את מחצית החיים הארוכה ביותר: 3.6 שעות. אי יציבות כזו אינה מאפשרת השגת לורנס ממקורות טבעיים, כך ש יש צורך לסנתז אותו במעבדה להילמד וליישם.
למרות היותה מתכת, מעולם לא הושגה דגימה מתכתית של לורנס. אבל, בפתרון, מחקרים עם אלמנט זה התקדמו, וכבר הוכח שמצבו של חִמצוּן יציב יותר הוא +3, כמו שאר האקטינידים. נתונים אלה אפילו מתאימים לתחזיות שנעשו על ידי גלן סיבורג, בשנת 1949, על אלמנט 103.
הכימיה של לורנטיוס, לעומת זאת, די מוזרה. לדוגמה, ההפצה האלקטרונית שלו הייתה צפויה להסתיים בעוד 7 שניות2 5ו14 6ד1, עם זאת, נצפה כי התצורה שלו מסתיימת ב-7 שניות2 5ו14 7 עמ'1.
זו תוצאה של מה שאנחנו מכירים אפקט רלטיביסטי, הבדל ממה שנצפה למה שהיה צפוי בגלל תורת היחסות. כאשר מעריכים הפצה אלקטרונית כזו, ניתן לראות שתת-רמת ה-7p של Laurentium יציבה יותר מרמת ה-6d.
כל זה מסבך ומעצים מאוד את חוסר קונצנזוס עַל ה אזור איזה ה אֵלֵמֶנט שייך לטבלה המחזורית. הסיבה לכך היא שכמה חוקרים מגינים על כך שהוא בקבוצה 3, למטה סקנדיום, איטריום ולוטטיום, בגלל הדמיון הכימי איתם, בהתבסס על נתונים על Lr3+.
אחרים טוענים שלורניום ולוטטיום, מכיוון שיש להם תת-רמה f מלאה, לא צריכים להיות מתחת ל- איטריום, אלא לנתנום (תקופה שישית) ואקטיניום (תקופה שביעית), מכיוון שאין להם תת-רמה f עם אלקטרונים.
כדי לפתור בעיה זו, Iupac יצר, בדצמבר 2015, קבוצת מחקר כדי לקבוע את מבנה קבוצה 3 של הטבלה המחזורית. לטענת המוסד, העבודה הסתיימה ביום האחרון של 2021, והעדכון האחרון הוא באפריל 2021. קבוצת המחקר הגיעה בו למסקנה שאין דרך אובייקטיבית לשפוט את הנושא, וחשוב לאיפאק להתבטא ולקבוע כלל או מוסכמה.
עבור המחברים, הצבת לוטטיום ולורנס בקבוצה 3, משמחת יותר, מיקום היסודות בסדר עולה של מספר אטומי, בנוסף על הימנעות מחלוקת ה-d-blokk אם הוא מיוצג עם 32 עמודות (גרסה שבה סדרת הלנתנידים והאקטינידים היא כלול).
השגת לורנטיוס
כאלמנט סינטטי, ה השגת של לורנטיוס מתרחש במעבדה עם מאיצי חלקיקים. יסודות סופר-כבדים מתקבלים בדרך כלל בשתי דרכים: באמצעות תגובות היתוך או באמצעות ריקבון רדיואקטיבי של יסוד אחר כבד עוד יותר. במקרה של האיזוטופים הנפוצים ביותר של לורנס, 256 ו-260, הדרכים להשיג אותו הן על ידי היתוך גרעיני, כלומר, שני גרעינים קלים יותר מתמזגים לתוך לורנס.
במקרה של Laurentium-256, יונים של 11B מתנגש עם אטומים של 249Cf, יוצר את לורנס ועוד ארבעה נויטרונים, לפי התגובה:
\(\frac{249}{48}Cf+\frac{11}{5}B\rightarrow \frac{256}{103}Lr+4{_0^1}n\)
באופן דומה, ה 260ניתן לייצר Lr על ידי היתוך של יונים 18הו, מואץ לעבר יעד של 249Bk, בעל כתוצרי לוואי חלקיק אלפא ועוד שלושה נויטרונים:
\(\frac{249}{97}Cf+{\frac{18}{8}}O\frac{260}{103}Lr+{_2^4}\alpha+3{_0^1}n\)
בדוק את הפודקאסט שלנו: מאיץ חלקיקים: מה זה ואיך זה עובד?
אמצעי זהירות עם לורנס
התקופה שבה סונתזה הכמות הגדולה ביותר של לורנס הייתה בשנות ה-70, כאשר 1500 אטומים ממנה הופקו למחקר. זה אומר שהאלמנט, למרות היותו רדיואקטיבי, יש סיכון מינימלי עבור לא מיוצרים בקנה מידה גדול. יתרה מזאת, במעבדה מבוקרת, הסיכונים הללו צפויים ובכך נשלטים למעשה.
הסיפור של לורנס
אלמנט 103 הוא הופק לראשונה בשנת 1961, על ידי מדענים אמריקאים בראשות אלברט גיורסו מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי. באותה הזדמנות, כמה איזוטופים של קליפורניום, Cf, הופצצו ביונים של בּוֹר, גם של מסה 10 וגם של מסה 11. גלאי חלקיקי אלפא הצביעו על פעילות חדשה של מחצית חיים של שמונה שניות, אותה ייחסו המדענים ליסוד 103.
למרות פליטת אלפא, זמן מחצית החיים הקצר הקשה על זיהוי האלמנט. יתרה מזאת, מכיוון שהמטרה הייתה מורכבת מתערובת של איזוטופים של קליפורניום, שהמסות שלהם נעות בין 249 ל-252, זיהוי המסה של יסוד 103 שנוצר גם הפך להיות מעורפל. השערה הייתה כי נוצרו איזוטופים של יסוד 103 עם מסה בין 255 ל-259, כאשר 257 הוא התשואה הגבוהה ביותר.
ב-1965 הגיבו מדענים במכון המשותף למחקר גרעיני בדובנה, רוסיה. 18או עם אטומים של 243Am, גם מייצר שלושה איזוטופים של יסוד 103, אבל עם כמה התנגשויות והבדלים מאלה שהושגו בברקלי בעבר.
עם זאת, ניסויים חדשים של מעבדות ברקלי הגיבו עם יונים של 14הא 15לא עם 248ס"מ ויונים 11ב ו 10ב' עם 249Cf, כך ש, ב-1971, הצליח להוכיח חלק ניכר מהתוצאות שהושגו בשנות ה-60 והם גם הגיעו למסקנה שהאיזוטופ הראשון שסונתז של יסוד 103 היה זה של מסה 258.
שמו של יסוד 103, לורנטיוס, הופך את א התייחסות למדען ארנסט אורלנדו לורנס, ממציא מאיץ החלקיקים הציקלוטרון, וניתן על ידי חוקרי ברקלי. הם עדיין הציעו בתחילה את הסמל Lw, אך בשנת 1971, Iupac, למרות שהפך את השם laurêncio לרשמי, שינה את הסמל ל-Lr.
אולם ב-1992, עבודתה של קבוצת העבודה של Iupac Transfers העריכה מחדש את עבודתן של קבוצות דובנה וברקלי על אלמנט 103. כתוצאה מכך, ב-1997 הם קבעו שאת הקרדיט לגילוי יסוד 103 יש לחלק בין האמריקאים לרוסים. עם זאת, השם התקבל בסופו של דבר על ידי שני הצדדים, נותר ללא שינוי.
תרגילים שנפתרו על לורנטיוס
שאלה 1
לורניום, סמל Lr ומספר אטומי 103, לא ניתן למצוא בטבע ולכן יש לייצרו במעבדה. לאיזוטופ היציב ביותר שלו יש מסה של 262. כמה נויטרונים קיימים באיזוטופ Lr 262?
א) 103
ב) 262
ג) 159
ד) 365
ה) 161
פתרון הבעיה:
חלופה C
ניתן לחשב את מספר הנייטרונים לפי הנוסחה הבאה:
A = Z + n
כאשר A הוא מספר המסה, Z הוא המספר האטומי (שווה מספרית למספר הפרוטונים) ו-n הוא מספר הנייטרונים.
בהחלפת הערכים, יש לנו:
262 = 103 + n
n = 262 - 103
n = 159
שאלה 2
זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד הכימי לורנטיום (Lr, Z = 103) הוא 3.6 שעות. כמה זמן, בשעות, לוקח למסה של איזוטופ זה להיות 1/8 מהמסה הראשונית שלו?
א) 3.6 שעות
ב) 7.2 שעות
ג) 10.8 שעות
ד) 14.4 שעות
ה) 18.0 שעות
פתרון הבעיה:
חלופה C
בכל זמן מחצית חיים, כמות Lr יורדת בחצי. לפיכך, אנו מניחים שהמסה הראשונית שווה ל-m. לאחר זמן מחצית חיים (3.6 שעות), מסת ה-Lr שנשארת היא חצי, כלומר, m/2. לאחר 3.6 שעות נוספות (בסך הכל 7.2 שעות), המסה הופכת ל-m/4. כעת, עם עוד 3.6 שעות (סה"כ 10.8 שעות), המסה (שהיא ב-m/4) נחלצת שוב, מה שהופך אותה ל-m/8, כלומר 1/8 מהמסה ההתחלתית.
קרדיט תמונה
[1] DJSinop / shutterstock
מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה