Faktet e elementit Lawrencium – Lr ose numri atomik 103

Lawrencium (simboli Lr, numri atomik 103) është një element sintetik, shumë radioaktiv që nuk ndodh natyrshëm dhe mund të bëhet vetëm në sasi të vogla përmes reaksioneve bërthamore. Vetëm disa atome të ndonjë izotopi janë prodhuar ndonjëherë.

Nga: SCIENCE NOTES [Lawrencium Element Facts – Lr or Atomic Number 103]¹

Zakonisht vendoset në fund të serisë së aktinideve² dhe shpesh konsiderohet aktinidi më i rëndë ose një metal tranzicioni³ i periudhës së 7-të në varësi të klasifikimit. Vetëm disa atome të ndonjë izotopi⁴ të caktuar janë prodhuar ndonjëherë. Kimia e tij studiohet pak për shkak të sasive jashtëzakonisht të vogla të prodhuara dhe gjysmëjetës⁵ së saj të shkurtër. Elementi e merr emrin e tij për nder të Ernest O. Lawrence⁶, shpikësi i ciklotronit.

Pikat kryesore: Faktet e elementit Lawrencium

• Lr është elementi numër 103 dhe ka simbolin Lr.
• Është plotësisht sintetike; nuk ekzistojnë izotope të qëndrueshme ose natyrale.
• Ajo u prodhua për herë të parë në vitin 1961 (SHBA) dhe më vonë në mënyrë të pavarur në Bashkimin Sovjetik (1965).
• Vendoset në periudhën 7 të tabelës periodike, shpesh në grupin 3 ose si aktinidi i fundit.
• Kimia e tij është shumë e kufizuar në përdorim praktik; kryesisht me interes kërkimor.
• Gjendja më e zakonshme e oksidimit është +3.
• Pamja e tij, shkrirja / pika e vlimit, dendësia dhe shumica e komponimeve janë vetëm vlerësime për shkak të prodhimit të tij jashtëzakonisht të kufizuar.
• Nuk ka asnjë rol biologjik të njohur për lawrencium.

Historia e zbulimit dhe emërtimit

Historia e zbulimit të lawrencium përfshin një konkurrencë komplekse midis ekipeve kërkimore dhe aftësive matëse në zhvillim. Në shkurt 1961, një ekip në Laboratorin Kombëtar Lawrence Berkeley (LBL) i udhëhequr nga Albert Ghiorso, Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh dhe Robert Latimer raportoi prodhimin e asaj që ata besonin se ishte elementi 103. Ata bombarduan një objektiv kurium/kalifornium me jone bor-10 dhe bor-11 duke përdorur përshpejtuesin linear të joneve të rënda (HILAC). Ata identifikuan gjurmët e prishjes me energji rreth 8.6 MeV dhe i caktuan ato fillimisht në izotop ²⁵⁷Lr.

Vende të jetës reale direkt nga universi ACOTAR

Puna e mëvonshme zbuloi se caktimi i tyre ishte pak i gabuar: izotopi i prodhuar kishte më shumë gjasa ²⁵⁸Lr në vend të ²⁵⁷Lr. Ndërsa puna e ekipit të Berkeley shërbeu si një moment historik, mbetën pyetje në lidhje me rendimentin dhe kanalet e emetimit të neutroneve.

Ndërkohë, në vitin 1965 ekipi sovjetik në Institutin e Përbashkët për Kërkime Bërthamore (JINR, Dubna) pretendoi sintezën e elementit 103 duke bombarduar americium-243 me jonet oksigjen-18, duke prodhuar ²⁵⁶Lr (nëpërmjet prishjes alfa), duke sfiduar kështu pretendimin e Berkeley.

Në vitin 1971 puna e mëtejshme në Berkeley rafinoi të dhënat e kalbjes dhe konfirmoi gjetjet e mëparshme, duke ndihmuar në zgjidhjen e debatit. Në vitin 1992 Grupi i Punës IUPAC Transfermium njohu zyrtarisht ekipet Berkeley dhe Dubna si bashkë-zbulues të elementit 103, por emri “lawrencium” (simboli Lr) (fillimisht i propozuar nga ekipi i Berkeley për nder të Ernest Lawrence) u mbajt.

Kështu emërtimi i lawrencium pasqyron trashëgiminë e ciklotronit dhe sintezës së hershme të elementeve të bazuara në akselerator, ndërsa narrativa e tij e zbulimit demonstron konkurrencën intensive në kërkimet e elementeve të rënda në vitet 1960 dhe 70.

Prodhimi dhe zbulimi

Lawrencium vjen nga laboratorët e fizikës bërthamore përmes bombardimeve me jone të rënda të objektivave të rënda aktinide. Metodat tipike përfshijnë bombardimin e objektivave të kalifornium-249 ose berkelium-249 me jone të tilla si bori-11 ose oksigjen-18, duke krijuar kështu bërthama të përbëra që lëshojnë neutrone dhe prishen në izotopet Lr.

Për shkak se rendimentet janë jashtëzakonisht të ulëta (ndonjëherë vetëm një pjesë e vogël e atomeve) dhe izotopet kanë gjysmë jetë të shkurtër (sekonda deri në orë), kërkohet ndarje e shpejtë kimike dhe zbulimi i nënshkrimeve të prishjes (emetimi i grimcave alfa, ndarje spontane). Për shembull, eksperimentet e hershme përdorën metoda të shpejta të nxjerrjes së tretësit (thenoyltrifluoroacetone në metil-izobutilketon) për të ndarë jonet Lr për identifikimin e grimcave alfa të tij.

Zbulimi zakonisht përfshin matjen e energjive të emetuara të grimcave alfa dhe lidhjen e zinxhirëve të prishjes dhe emetimeve të rrezeve X. Një moment historik ishte matja e rrezeve X karakteristike nga ²⁵⁸Lr, i cili ndihmoi në konfirmimin e prodhimit të elementit.

Për shkak të sasive shumë të vogla, veti të tilla si pika e shkrirjes, dendësia, struktura kristalore dhe kimia e plotë janë konkluduar ose vlerësuar kryesisht në vend që të maten drejtpërdrejt.

Vendndodhja dhe klasifikimi i tabelës periodike

Pozicioni i Lawrencium në tabelën periodike është objekt i debatit të konsiderueshëm midis kimistëve dhe fizikanëve. Tradicionalisht, është në fund të serisë së aktinideve për shkak të numrit të tij atomik (103) dhe pozicionit në bllokun f. Megjithatë, vetitë e tij kimike dhe konfigurimi i elektroneve sugjerojnë se ai i përket grupit 3 të tabelës periodike, direkt nën lutetium.

Ky klasifikim ka rëndësi sepse ndikon në mënyrën se si ne kuptojmë tendencat periodike në rrezet atomike dhe jonike, energjitë e jonizimit dhe konfigurimet e elektroneve. Ndërsa aktinidet e hershme ndjekin një mbushje graduale të orbitalit 5f, efektet relativiste bëhen më të theksuara në elementë më të rëndë si lawrencium, duke prishur modelet e pritshme.

Dy skemat kryesore të klasifikimit janë:

• Grupimi Sc-Y-La-Ac: La dhe Ac trajtohen si elementë të grupit 3, dhe elementët 4f dhe 5f formojnë serinë e lantanideve dhe aktinideve.
• Grupimi Sc-Y-Lu-Lr: Lu dhe Lr vendosen në grupin 3, duke përfunduar serinë e lantanideve dhe aktinideve në elementin 102 (nobelium) dhe duke e pozicionuar Lr si një metal d-bllok të periudhës së 7-të.

Mbështetësit e kësaj të fundit argumentojnë se lutetiumi dhe lawrencium kanë përfunduar f-orbitalet dhe sillen më shumë si metale tranzicioni në kiminë e tyre trevalente. Kjo pikëpamje mbështetet gjithashtu nga disa të dhëna kristalografike dhe llogaritje relativiste të strukturës elektronike.

Deri më tani, të dyja vendosjet shihen në literaturën arsimore dhe shkencore, dhe IUPAC nuk e ka zgjidhur zyrtarisht çështjen, megjithëse shumë tabela periodike moderne e vendosin lawrencium në grupin 3.

Efektet relativiste në Lawrencium

Efektet relativiste që vijnë nga shpejtësitë jashtëzakonisht të larta të elektroneve të brendshme në atomet e rënda luajnë një rol të rëndësishëm në sjelljen kimike dhe strukturën e elektroneve të lawrencium. Ndërsa numri atomik rritet, elektronet e brendshme lëvizin më shpejt, duke iu afruar një pjese të konsiderueshme të shpejtësisë së dritës. Kjo rrit masën e tyre efektive dhe tkurr orbitalet s dhe p, ndërsa zgjeron dhe destabilizon orbitalet d dhe f.

Në lawrencium, këto efekte relativiste janë aq të forta sa ndryshojnë konfigurimin e pritshëm të elektroneve. Në vend të [Rn]5f¹⁴6d¹7s² të parashikuar, studimet spektroskopike dhe teorike sugjerojnë një konfigurim prej [Rn]5f¹⁴7s²7p¹. Kjo mbushje e pazakontë e orbitalit 7p shihet rrallë në elementë më të lehtë dhe pasqyron një thyerje të madhe nga sjellja tipike e bllokut f.

Pavarësisht këtij konfigurimi të papritur, studimet kimike tregojnë se lawrencium ende formon jone të qëndrueshme +3 në tretësirë, në përputhje me aktinidet e tjera dhe metalet e grupit 3. Stabilizimi relativist i orbitalit 7p nuk parandalon formimin e Lr³⁺, por ngre pyetje të rëndësishme në lidhje me natyrën e hibridizimit orbital dhe lidhjes në elementët super të rëndë.

Kuptimi i efekteve relativiste në elementë si lawrencium është jetik për zgjerimin e tabelës periodike dhe parashikimin e vetive të elementeve të pazbuluara përtej saj.

Krahasimi me lutetium dhe aktinide

Lawrencium krahasohet me lutetium (Lu), i fundit i lantanidet, sepse të dy elementët shënojnë fundin e serisë së tyre përkatëse të bllokut f dhe zakonisht shfaqin një gjendje oksidimi +3. Pavarësisht këtyre ngjashmërive, ka dallime të dukshme të rrënjosura në efektet relativiste dhe ndryshimet delikate në sjelljen orbitale.

Prona	Lawrencium (Lr)	Lutetium (Lu)	Aktinidet e hershme (p.sh., U, Pu)
Numri atomik	103	71	92–94
Konfigurimi i elektroneve	[Rn] 5f¹⁴7s²7p¹ (parashikuar)	[Xe] 4f¹⁴5d¹6s²	5fⁿ6d¹7s²
Gjendja e zakonshme e oksidimit	+3	+3	+3, +4, +5, +6
Rrezja jonike (Lr³⁺ vs Lu³⁺)	~88 pm (vlerësohet)	~86 pm	Më i madh, ndryshon me gjendjen fⁿ
Kimia	Ngjashëm me metalet e grupit 3	Grupi 3 metalik	E ndryshueshme, redoks-aktive
Klasifikimi i metaleve	Actinide ose d-bllok	Lantanid/bllok d	Aktinidi

Ndërsa lutetiumi klasifikohet fort si një metal tranzicioni i bllokut d me një guaskë të mbushur 4f, klasifikimi i lawrencium mbetet i pasigurt. Të dy elementët, megjithatë, shfaqin kimi të ngjashme ujore trevalente dhe madhësi të krahasueshme jonike, duke forcuar argumentin për vendosjen e lawrencium në grupin 3.

Në të kundërt, aktinidet e hershme (si uraniumi dhe plutoniumi) shfaqin kimi redoks më komplekse, gjendje oksidimi të shumëfishtë dhe një shkallë më të madhe kovalence në lidhje. Mungesa e gjendjeve të ndryshueshme të oksidimit të Lawrencium dhe thjeshtësia e tij kimike e dallojnë më tej atë nga fqinjët e tij aktinid.

Pamja e parashikuar, vetitë kimike dhe vetitë fizike

Për shkak se janë bërë ndonjëherë vetëm sasi të vogla, pamja e madhe e metalit lawrencium nuk është vërejtur drejtpërdrejt. Parashikohet të jetë një trup i ngurtë i bardhë argjendi ose gri metalik në kushte standarde, analoge me lutetiumin e tij më të lehtë.

Vetitë fizike të vlerësuara: pika e shkrirjes parashikohet rreth 1600 °C deri në 1900 K (~1600-1900 °C) bazuar në ekstrapolimin nga elementët fqinj.

Dendësia është vlerësuar në rreth 14.4 g/cm³ bazuar në ekstrapolim.

Struktura kristalore ka të ngjarë të jetë gjashtëkëndore e paketuar ngushtë (hcp), përsëri për analogji me lutetiumin. Asnjë matje direkte nuk është bërë.

Kimikisht, lawrencium ndoshta sillet shumë si një metal trevalent (Lr³⁺) në kiminë ujore, duke formuar komponime të tilla si LrCl₃, LrF₃ dhe hidroksidi Lr(OH)₃.

Për shkak të efekteve relativiste (bashkimi i fortë spin-orbitë dhe tkurrja e madhe relativiste e orbitaleve), konfigurimi i tij elektronik është disi anormal: në vend të [Rn]5f¹⁴6d¹7s² të pritshëm, llogaritjet moderne sugjerojnë [Rn]5f¹⁴7s²7p¹.

Ky konfigurim anomal nuk duket se ndryshon në mënyrë dramatike kiminë e tij të pritshme +3 në krahasim me aktinidet e tjera ose metalet e grupit 3. Sjellja e tij kimike dhe fizike konkludohet kryesisht nga ekstrapolimi.

Gjendjet e oksidimit, kimia dhe komponimet

Gjendja dominuese dhe e konfirmuar eksperimentalisht e oksidimit të lawrencium është +3 (Lr³⁺) në tretësirën ujore dhe studimet kimike.

Në eksperimentet e hershme mbi ²⁵⁶Lr dhe ²⁶⁰Lr, joni Lr³⁺ u tregua se bashkë-ekstraktohet me jonet e tjera aktinide trevalente në kushte të shpejta të nxjerrjes së tretësit.

Komponimet binare që njihen ose parashikohen përfshijnë LrCl₃ (një klorur trevalent), LrF₃ (trifluorid), Lr(OH)₃ (hidroksid).

Pak dihet për gjendjet më të larta të oksidimit; Në mënyrë spekulative monovalente Lr⁺ ose Lr²⁺ divalente janë diskutuar në veprat teorike, por asnjë provë e fortë eksperimentale nuk mbështet jonet e qëndrueshme të këtyre gjendjeve.

Për shkak të sasive të vogla dhe gjysmëjetës së shkurtër, kimia e detajuar (komplekse, organometale) mbetet jashtëzakonisht e kufizuar. Megjithatë, kimia që njihet konfirmon se Lr sillet në mënyrë të ngjashme me analogun më të rëndë të lutetiumit dhe përshtatet me vendin e tij në grupin 3.

Izotopet dhe mënyrat e prishjes

Ekzistojnë katërmbëdhjetë izotope të njohura të lawrencium (numrat e masës 251-262, 264 dhe 266) plus izomerë të shumtë bërthamorë.

Izotopi më jetëgjatë i njohur është 266Lr, me një gjysmë jetë prej rreth 11 orësh.

Izotope të tjera përfshijnë ²⁶²Lr (≈3.6 orë), ²⁶¹Lr (≈44 min), ²⁶⁰Lr (≈2.7 min). Dy të fundit janë të dobishme për studime kimike për shkak të gjysmëjetës së tyre relativisht më të gjatë.

Shumica e izotopeve prishen përmes emetimit të grimcave alfa, me disa që i nënshtrohen ndarjes spontane ose kapjes beta-plus/elektrone.

Për shkak se izotopet prishen shpejt, izolimi dhe studimi kërkojnë teknika të shpejta ndarjeje dhe zbulimi. Të dhënat e prishjes lejojnë caktimin e numrit atomik dhe degëzimin e dobishëm për studimet e strukturës bërthamore të elementëve të rëndë.

Aplikimet

Për shkak se vetëm disa atome të lawrencium mund të prodhohen ndonjëherë dhe izotopet e tij prishen me shpejtësi, nuk ekzistojnë aplikime komerciale ose industriale.

Përdorimi i tij është rreptësisht në kërkimet shkencore bazë:

• Hetimi i strukturës bërthamore dhe sjellja e bërthamave shumë të rënda (mënyrat e prishjes, seksionet tërthore, ishulli i stabilitetit).
• Studimi i sjelljes kimike në skajin ekstrem të tabelës periodike, testimi i parashikimeve teorike (efektet relativiste, konfigurimet elektronike, tendencat periodike).
• Kalibrimi i detektorëve dhe instrumenteve në laboratorët e joneve të rënda (të rralla, por të mundshme).

Për shkak të rrallësisë dhe shpenzimeve të tij ekstreme, asnjë përdorim në shkallë të gjerë nuk është i mundur.

Roli biologjik, efektet shëndetësore dhe toksiciteti

Nuk ka asnjë rol biologjik të njohur për lawrencium.

Çdo efekt shëndetësor rrjedh nga radioaktiviteti, në vend të toksicitetit kimik, pasi vetëm sasi të vogla janë të pranishme në mjediset laboratorike. Zbërthimi radioaktiv (grimcat alfa, neutronet e ndarjes spontane) paraqet rreziqe të mëdha.

Për shkak se janë prodhuar vetëm sasi jashtëzakonisht të vogla, nuk ekzistojnë studime të hollësishme toksikologjike. Megjithatë, radioaktiviteti i lartë nënkupton që ekspozimi dëmton qelizat, indet dhe materialin gjenetik. Trajtimi i sigurt kërkon ambiente të mbrojtura, izolim dhe trajtim në distancë.

Kështu lawrencium është një element radioaktiv shumë i rrezikshëm që kërkon trajtim në objekte të specializuara kërkimore bërthamore.

Faktet kryesore të Lawrencium (Tabela shkencore)

Prona	Vlera
Emri	Lawrencium
Simbol	Lr
Numri atomik	103
Pesha atomike	[262] (izotopi më i qëndrueshëm)
Grupi	Grupi 3 (i diskutueshëm)
Periudha	7
Bllok	f-bllok (ndonjëherë d-bllok)
Konfigurimi i elektroneve	[Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹ (llogaritur)
Elektronet për guaskë	2, 8, 18, 32, 32, 17, 6 (nënkuptohet)
Gjendja në temperaturën e dhomës	E ngurtë (e parashikuar)
Pika e shkrirjes	~1600–1900 °C (vlerësohet)
Dendësia	~14.4 g/cm³ (vlerësohet)
Shtetet e oksidimit	+3 (dominues)
Elektronegativiteti	1.3 Shkalla Pauling (e parashikuar)
Energjia e parë e jonizimit	479 kJ/mol
Struktura kristalore	Gjashtëkëndore e mbushur ngushtë (parashikuar)

Pyetjet e bëra më shpesh (FAQ)

Pyetje: A është lawrencium një metal, jometal apo metaloid?
Përgjigje: Lawrencium është një metal. Është një element metalik sintetik, radioaktiv që parashikohet të jetë argjendi ose metalik në pamje, i ngjashëm me aktinidet e tjera të vona ose metalet e tranzicionit.

Pyetje: Ku ndodhet lawrencium në tabelën periodike?
Përgjigje: Lawrencium zakonisht gjendet në periudhën 7 dhe shpesh vendoset në fund të serisë së aktinideve. Disa tabela e klasifikojnë atë si pjesë të grupit 3 me skandium, ittrium dhe lutetium.

Pyetje: Cila është gjendja më e zakonshme e oksidimit të lawrencium?
Përgjigje: Gjendja e oksidimit +3 është më e qëndrueshme dhe më e konfirmuara eksperimentalisht për lawrencium, duke formuar komponime të tilla si LrCl₃ dhe LrF₃.

Pyetje: Pse lawrencium është radioaktiv?
Përgjigje: Bërthama e Lawrencium është shumë e madhe dhe e pasur me neutrone për të qenë e qëndrueshme. Forcat e zmbrapsura midis 103 protoneve të tij nuk mund të balancohen nga asnjë konfigurim neutron, kështu që çdo izotop pëson prishje (zakonisht prishje alfa ose ndarje spontane) për të arritur një gjendje më të qëndrueshme.

Pyetje: A ndodh lawrencium në natyrë?
Përgjigje: Jo, lawrencium nuk ndodh natyrshëm. Është tërësisht sintetik dhe mund të prodhohet vetëm në përshpejtuesit e grimcave duke bombarduar elementë të rëndë me jone më të lehta.

Pyetje: Si duket lawrencium?
Përgjigje: Shfaqja e lawrencium është e panjohur sepse vetëm disa atome janë bërë ndonjëherë. Megjithatë, parashikohet të jetë një metal i bardhë argjendi.

Pyetje: Si përdoret lawrencium?
Përgjigje: Lawrencium nuk ka përdorime komerciale për shkak të mungesës dhe radioaktivitetit të tij. Përdoret vetëm në kërkime shkencore, veçanërisht në studimet e elementeve të rënda dhe kimisë bërthamore.Pyetje: Çfarë e bën lawrencium unik midis aktinideve?
Përgjigje: Lawrencium është aktinidi i fundit dhe ka një konfigurim anomalik elektronik që përfshin orbitalin 7p, i cili është shumë i pazakontë dhe i ndikuar nga efektet relativiste.

Referencat e science notes:

• Berber, RC; Greenwood, N. N.; Hrynkiewicz, AZ; Jeannin, Y. P.; Lefort, M.; Sakai, M.; Ulehla, I.; Wapstra, AP; Wilkinson, DH (1993). “Zbulimi i elementeve të transfermiumit. Pjesa II: Hyrje në profilet e zbulimit. Pjesa III: Profilet e zbulimit të elementeve të transfermiumit”. Kimia e pastër dhe e aplikuar. 65 (8): 1757. doi:10.1351/pac199365081757
• Emsley, John (2011). Blloqet e ndërtimit të natyrës: Një udhëzues AZ për elementet (redimi i ri). Nju Jork, NY: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
• Ghiorso, Albert; Sikkeland, T.; Larsh, AE; Latimer, RM (1961). “Elementi i ri, Lawrencium, numri atomik 103”. Phys. Rev. Lett. 6 (9): 473. doi:10.1103/PhysRevLett.6.473
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Kimia e elementeve (botimi i 2-të). Butterworth-Heinemann. doi:10.1016/C2009-0-30414-6. ISBN 978-0-08-037941-8.
• Gyanchandani, Jyoti; Sikka, SK (2011). “Vetitë fizike të elementeve të serisë 6 d nga teoria funksionale e densitetit: Ngjashmëri e ngushtë me metalet e tranzicionit më të lehtë”. Rishikimi fizik B. 83 (17) 172101. doi:

–

Referencat

1. Lawrencium Element Facts – Lr or Atomic Number 103 ↩︎
2. Actinides on the Periodic Table (Actinide Series or Actinoids) ↩︎
3. Transition Metals Definition, List and Properties ↩︎
4. What Is an Isotope? Definition and Examples ↩︎
5. Half-Life Definition and Examples in Chemistry, Biology, Physics ↩︎
6. https://sciencenotes.org/today-science-history-august-27-ernest-lawrence/ ↩︎