Laurentius (Lr): การได้มา ข้อควรระวัง ประวัติศาสตร์

เธ ลอเรนติอุส เป็นองค์ประกอบทางเคมีของ เลขอะตอม 113 ของตารางธาตุ เนื่องจากค่อนข้างไม่เสถียร จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะได้มาจากแหล่งธรรมชาติ จึงจำเป็นต้องสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ การผลิตเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชันระหว่างไอออนเร่งความเร็วกับอะตอมที่หนักกว่าอีกอะตอม สิ่งที่โดดเด่นในคุณสมบัติของลอเรนเทียมคือสถานะออกซิเดชันของมันเท่ากับ +3 ในสารละลายที่เป็นน้ำและความจริงที่ว่ามันเสร็จสิ้น การกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์ ใน 7 วินาที² 5f¹⁴ 7p¹, แทนที่จะเป็น 7s² 5f¹⁴ 6 วัน¹.

Laurentium ผลิตขึ้นครั้งแรกในปี 2504 ที่ห้องปฏิบัติการเบิร์กลีย์ในแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา หลังจากนั้น โครงสร้างและไอโซโทปอื่นๆ ได้รับการอธิบายโดยความร่วมมือของสถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ในเมือง Dubna ประเทศรัสเซีย

ชื่อของมันคือนักวิทยาศาสตร์เออร์เนสต์ ออร์ลันโด ลอว์เรนซ์ ผู้สร้างเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน การโต้เถียงเกี่ยวกับลอเรนติอุสเป็นเรื่องเกี่ยวกับตำแหน่งของเขาใน ตารางธาตุ. บางคนโต้แย้งว่าควรอยู่ในกลุ่มที่ 3 ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ โต้แย้งว่าไม่ควรอยู่กลุ่มที่ 3

ดูด้วย: Dubnium — องค์ประกอบสังเคราะห์ที่ตั้งชื่อตามเมือง Dubna. ของรัสเซีย

สรุปเกี่ยวกับลอเรนติอุส

• Laurentium เป็นแอคติไนด์สุดท้ายในตารางธาตุ

• เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่พบในธรรมชาติ ต้องผลิตในห้องปฏิบัติการ กล่าวคือ เป็นองค์ประกอบทางเคมีสังเคราะห์

• ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของลอเรนเทียมคือ ²⁶²lr กับเวลา ครึ่งชีวิต 3.6 ชม.

• ทั้งๆที่เป็นเ โลหะ, ไม่เคยได้รับรูปแบบโลหะในห้องปฏิบัติการ

• ผลิตโดยปฏิกิริยาฟิวชันโดยใช้ a เครื่องเร่งอนุภาค.

• มันถูกค้นพบในปี 2504 ในห้องทดลองของเบิร์กลีย์ แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา

• ชื่อของมันคือนักวิทยาศาสตร์เออร์เนสต์ ออร์ลันโด ลอว์เรนซ์ ผู้สร้างเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน

คุณสมบัติของลอเรนซ์

• สัญลักษณ์: lr

• เลขอะตอม: 103

• มวลอะตอม: 262 คิว

• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Rn] 7s² 5f¹⁴ 7p¹

• ไอโซโทปที่เสถียรที่สุด: ²⁶²Lr (ครึ่งชีวิต 3.6 ชั่วโมง)

• ชุดเคมี: กลุ่มที่ 3, องค์ประกอบ f-block, แอคติไนด์, โลหะ, องค์ประกอบหนักมาก

คุณสมบัติของ Laurentius

Laurentium สัญลักษณ์ Lr และเลขอะตอม 103 คือ a โลหะที่อยู่ในกลุ่มแอกทิไนด์. องค์ประกอบต่างๆ เช่น ลอเรนเทียม เนื่องจากมีโปรตอนและนิวตรอนจำนวนมากในนิวเคลียส จึงไม่เสถียร ซึ่งหมายความว่าแรงผลักของนิวเคลียสจะเอาชนะแรงดึงดูด

ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีไอโซโทปของลอเรนซ์ที่รู้จักทั้ง 12 ตัวที่เสถียร โดยมวล 262 มีค่าครึ่งชีวิตที่ยาวที่สุด: 3.6 ชั่วโมง ความไม่เสถียรดังกล่าวไม่อนุญาตให้มีลอเรนซ์จากแหล่งธรรมชาติ ดังนั้น จำเป็นต้องสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ ที่จะศึกษาและนำไปใช้

แม้ว่าจะเป็นโลหะ แต่ก็ไม่เคยได้รับตัวอย่างโลหะของลอเรนซ์ แต่ในการแก้ปัญหา การศึกษากับองค์ประกอบนี้มีความก้าวหน้า และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสถานะของ ออกซิเดชัน เสถียรกว่าคือ +3 เช่นเดียวกับแอกทิไนด์อื่นๆ ข้อมูลนี้ยังเห็นด้วยกับการคาดการณ์ของ Glenn Seaborgในปี 1949 เกี่ยวกับองค์ประกอบ 103

เคมีของลอเรนติอุสค่อนข้างแปลก ตัวอย่างเช่น การกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์คาดว่าจะสิ้นสุดใน 7s² 5f¹⁴ 6 วัน¹อย่างไรก็ตาม สังเกตว่าการกำหนดค่าสิ้นสุดใน 7s² 5f¹⁴ 7p¹.

นี้เป็นผลสืบเนื่องมาจากสิ่งที่เรารู้จักในฐานะ ผลสัมพัทธภาพความแตกต่างจากสิ่งที่สังเกตได้กับสิ่งที่คาดไว้เนื่องจากสัมพัทธภาพ เมื่อประเมินการกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์ จะเห็นได้ว่าระดับย่อย 7p ของ Laurentium นั้นเสถียรกว่าระดับ 6d

ทั้งหมดนี้ทำให้ซับซ้อนและเข้มข้นขึ้นอย่างมาก ขาดฉันทามติ บน ดิ ภูมิภาค ที่ ดิ องค์ประกอบ อยู่ในตารางธาตุ. ทั้งนี้เป็นเพราะนักวิจัยบางคนปกป้องว่าเขาอยู่ในกลุ่มที่ 3 ด้านล่าง สแกนเดียม, อิตเทรียม และลูทีเซียม เนื่องจากมีความคล้ายคลึงทางเคมีกับพวกมัน โดยอ้างอิงจากข้อมูลของ Lr³⁺.

คนอื่นโต้แย้งว่า Laurentium และ Lutetium เพราะมีระดับย่อยที่สมบูรณ์ ไม่ควรต่ำกว่า อิตเทรียม แต่แลนทานัม (ช่วงที่หก) และแอกทิเนียม (ช่วงที่เจ็ด) เนื่องจากไม่มีชั้น f ย่อยด้วย อิเล็กตรอน

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ Iupac ได้สร้างกลุ่มศึกษาเพื่อพิจารณารัฐธรรมนูญของกลุ่มที่ 3 ของตารางธาตุในเดือนธันวาคม 2558 ตามข้อมูลของสถาบัน งานสิ้นสุดในวันสุดท้ายของปี 2021 และการอัปเดตล่าสุดคือในเดือนเมษายน 2021 ในนั้น กลุ่มศึกษาสรุปว่าไม่มีวิธีการที่เป็นกลางในการตัดสินปัญหา และเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ Iupac ที่จะพูดออกมาและกำหนดกฎเกณฑ์หรือแบบแผน

สำหรับผู้เขียน การวางลูทีเซียมและลอเรนซ์ไว้ในกลุ่มที่ 3 จะทำให้พอใจมากขึ้น โดยจัดองค์ประกอบตามลำดับเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น นอกเหนือจากการหลีกเลี่ยงการแบ่งตัวของ d-block หากแสดงเป็น 32 คอลัมน์ (รุ่นที่ชุดของ lanthanides และ actinides คือ รวมอยู่ด้วย).

การได้มาซึ่งลอเรนทีอุส

เป็นองค์ประกอบสังเคราะห์ ดิ ได้รับ ของลอเรนทีอุสเกิดขึ้นในห้องทดลอง ด้วยเครื่องเร่งอนุภาค. โดยทั่วไปจะได้รับธาตุหนักมากในสองวิธี: ผ่านปฏิกิริยาฟิวชันหรือผ่านการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของธาตุอื่นที่หนักกว่า ในกรณีของไอโซโทปของลอเรนซ์ที่ใช้มากที่สุดคือ 256 และ 260 วิธีการได้มาคือ นิวเคลียร์ฟิวชั่นนั่นคือ นิวเคลียสที่เบากว่าสองตัวผสานเข้ากับลอเรนซ์

ในกรณีของลอเรนเทียม-256 ไอออนของ ¹¹B ชนกับอะตอมของ ²⁴⁹Cf สร้างลอเรนซ์และนิวตรอนอีกสี่ตัวตามปฏิกิริยา:

\(\frac{249}{48}Cf+\frac{11}{5}B\rightarrow \frac{256}{103}Lr+4{_0^1}n\)

ในทำนองเดียวกัน ²⁶⁰Lr สามารถผลิตได้โดยการรวมตัวของไอออน ¹⁸O เร่งไปสู่เป้าหมายของ ²⁴⁹Bk โดยเป็นผลพลอยได้ของอนุภาคอัลฟาและนิวตรอนอีกสามตัว:

\(\frac{249}{97}Cf+{\frac{18}{8}}O\frac{260}{103}Lr+{_2^4}\alpha+3{_0^1}n\)

ตรวจสอบพอดคาสต์ของเรา: เครื่องเร่งอนุภาค: มันคืออะไรและทำงานอย่างไร?

ข้อควรระวังกับลอเรนซ์

ช่วงเวลาที่สังเคราะห์ลอเรนซ์มากที่สุดคือในปี 1970 เมื่ออะตอม 1,500 อะตอมถูกผลิตขึ้นเพื่อการศึกษา ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบ แม้จะเป็นสารกัมมันตภาพรังสี มีความเสี่ยงน้อยที่สุดสำหรับ ไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก. นอกจากนี้ ในห้องปฏิบัติการควบคุม ความเสี่ยงเหล่านี้คาดการณ์ได้และควบคุมได้เสมือนจริง

เรื่องของลอเรนซ์

ทางเข้า Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory ห้องปฏิบัติการที่ผลิต Laurentium เป็นครั้งแรก [1]

องค์ประกอบ 103 ผลิตครั้งแรกในปี พ.ศ. 2504โดยนักวิทยาศาสตร์สหรัฐ นำโดย Albert Ghiorso จาก Lawrence Berkeley National Laboratory ในโอกาสนั้น ไอโซโทปของแคลิฟอเนียมหลายตัว Cf ถูกทิ้งระเบิดด้วยไอออนของ โบรอนทั้งมวล 10 และมวล 11 เครื่องตรวจจับอนุภาคอัลฟ่าชี้ไปที่กิจกรรมครึ่งชีวิตใหม่แปดวินาที ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ระบุว่าเป็นองค์ประกอบ 103

แม้จะมีการปล่อยแอลฟา ครึ่งชีวิตสั้นทำให้ยากต่อการระบุองค์ประกอบ. นอกจากนี้ เนื่องจากเป้าหมายประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซโทปของแคลิฟอร์เนียซึ่งมีมวลอยู่ในช่วง 249 ถึง 252 การระบุมวลขององค์ประกอบ 103 ที่ผลิตขึ้นก็มีความคลุมเครือเช่นกัน มีการสันนิษฐานว่าไอโซโทปของธาตุ 103 ที่มีมวลระหว่าง 255 ถึง 259 ถูกผลิตขึ้น โดย 257 เป็นผลผลิตสูงสุด

ในปี 1965 นักวิทยาศาสตร์จาก Joint Institute for Nuclear Research ในเมือง Dubna ประเทศรัสเซีย ได้ตอบโต้ ¹⁸หรือด้วยอะตอมของ ²⁴³Am ยังผลิตไอโซโทปสามไอโซโทปของธาตุ 103 แต่มีข้อขัดแย้งและความแตกต่างบางอย่างจากที่ได้รับจาก Berkeley ก่อนหน้านี้

อย่างไรก็ตาม การทดลองใหม่โดยห้องปฏิบัติการ Berkeley ทำปฏิกิริยากับไอออนของ ¹⁴ฮะ ¹⁵ไม่มีกับ ²⁴⁸ซม.และไอออน ¹¹วงดนตรี ¹⁰ขกับ ²⁴⁹Cf เพื่อที่ ในปี พ.ศ. 2514 ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่ดีในช่วงทศวรรษ 1960 และพวกเขายังสรุปด้วยว่าไอโซโทปแรกที่สังเคราะห์ขึ้นของธาตุ 103 คือไอโซโทปที่มีมวล 258

ชื่อของธาตุ 103 ลอเรนทีอุสทำให้ อ้างอิงถึงนักวิทยาศาสตร์ Ernest Orlando Lawrenceผู้ประดิษฐ์เครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน และมอบให้โดยนักวิจัยของเบิร์กลีย์ พวกเขายังคงเสนอสัญลักษณ์ Lw ในขั้นต้น แต่ในปี 1971 Iupac แม้จะตั้งชื่อให้ laurêncio เป็นทางการแล้วก็ตาม ก็ได้เปลี่ยนสัญลักษณ์เป็น Lr.

อย่างไรก็ตาม ในปี 1992 งานของคณะทำงานการโอน Iupac ได้ประเมินงานของกลุ่ม Dubna และ Berkeley อีกครั้งในองค์ประกอบ 103 เป็นผลให้ในปี 1997 พวกเขาตัดสินใจว่าควรแบ่งเครดิตสำหรับการค้นพบองค์ประกอบ 103 ระหว่างชาวอเมริกันและรัสเซีย อย่างไรก็ตาม ทั้งสองฝ่ายยอมรับชื่อดังกล่าวในที่สุด โดยยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

แบบฝึกหัดแก้ไขบน Laurentius

คำถามที่ 1

Laurentium สัญลักษณ์ Lr และเลขอะตอม 103 ไม่สามารถพบได้ในธรรมชาติ จึงต้องผลิตในห้องปฏิบัติการ ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดมีเลขมวล 262 มีกี่นิวตรอนในไอโซโทป 262 ของ Lr?

ก) 103

ข) 262

ค) 159

ง) 365

จ) 161

ปณิธาน:

ทางเลือก C

จำนวนนิวตรอนสามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

A = Z + n

โดยที่ A คือเลขมวล Z คือเลขอะตอม (ตัวเลขเท่ากับจำนวนโปรตอน) และ n คือจำนวนนิวตรอน

แทนค่า เราได้:

262 = 103 + n

n = 262 - 103

n = 159

คำถาม2

ครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของธาตุเคมีลอเรนเทียม (Lr, Z = 103) คือ 3.6 ชั่วโมง มวลของไอโซโทปนี้ใช้เวลานานเท่าใดในหน่วยชั่วโมงถึง 1/8 ของมวลเริ่มต้น?

ก) 3.6 ชั่วโมง

ข) 7.2 ชั่วโมง

ค) 10.8 ชั่วโมง

ง) 14.4 ชั่วโมง

จ) 18.0 ชั่วโมง

ปณิธาน:

ทางเลือก C

ในแต่ละครึ่งชีวิต ปริมาณ Lr จะลดลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้น เราถือว่ามวลเริ่มต้นเท่ากับ m หลังจากครึ่งชีวิต (3.6 ชั่วโมง) มวลของ Lr ที่เหลือจะเป็นครึ่งหนึ่ง นั่นคือ m/2 หลังจากนั้นอีก 3.6 ชั่วโมง (รวม 7.2 ชั่วโมง) มวลจะกลายเป็น m/4 ตอนนี้ เมื่อเพิ่มขึ้น 3.6 ชั่วโมง (รวมทั้งหมด 10.8 ชั่วโมง) มวล (ซึ่งอยู่ในหน่วย m/4) จะลดลงครึ่งหนึ่งอีกครั้ง ทำให้ได้ m/8 ซึ่งก็คือ 1/8 ของมวลเริ่มต้น

เครดิตภาพ

[1] DJSinop / shutterstock

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี