Резерфордий

Не путать с Рутением .

Резерфордий, ₁₀₄ Rf

Резерфордий
Произношение	/ ˌ r ʌ ð ər ˈ f ɔːr d i ə m / ( РУД -эр- ФОР -ди-ам )
Массовое число	[267]
Резерфордий в таблице Менделеева
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор сера хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Полагать Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометей Самарий европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Париж Гафний Тантал вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (стихия) Таллий Вести Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий актиний Торий Протактиний Уран Нептун Плутоний Америций Суд Берклиум Калифорния Эйнштейний Фермий Менделеев Благородный Лоуренс Резерфордий Дубниум Сиборгий борий Хассиус Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперник нихоний Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганессон хф ↑ РФ ↓ — лоуренсий ← резерфордий → дубний
Атомный номер ( Z )	104
Группа	группа 4
Период	период 7
Блокировать	d-блок
Электронная конфигурация	[ Рн ] 5f 14 6д 2 7 с 2
Электроны на оболочку	2, 8, 18, 32, 32, 10, 2
Физические свойства
Фаза в СТП	твердый (прогнозируемый)
Температура плавления	2400 К (2100 °C, 3800 °F) (прогнозируется)
Точка кипения	5800 К (5500 °C, 9900 °F) (прогнозируется)
Плотность (около комнатной температуры )	17 г/см 3 (прогнозировано)
Атомные свойства
Стадии окисления	(+2), ( +3 ), +4 (в скобках: прогноз )
Энергии ионизации	1-й: 580 кДж/моль 2-й: 1390 кДж/моль 3-й: 2300 кДж/моль ( подробнее ) (все, кроме первой оценки)
Атомный радиус	эмпирически: 150 часов (оценка)
Ковалентный радиус	157 часов (приблизительно)
Другие объекты недвижимости
Естественное явление	синтетический
Кристаллическая структура	шестиугольный плотноупакованный (ГПУ) (прогнозировано)
Номер CAS	53850-36-5
История
Мы	после Эрнеста Резерфорда
Открытие	Объединенный институт ядерных исследований и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (1969)
Изотопы резерфордия
Основные изотопы Разлагаться abun­dance период полураспада ( т 1/2 ) режим pro­duct 261 РФ синтезатор 2,1 с Сан-Франциско 82% – 18 % 257 Нет 263 РФ синтезатор 15 мин. СФ <100%? – ~ 30%; 259 Нет 265 РФ синтезатор 1,1 мин. Сан-Франциско – 267 РФ синтезатор 48 мин. Сан-Франциско –

Резерфордий — синтетический химический элемент ; он имеет символ Rf и атомный номер 104. Он назван в честь физика Эрнеста Резерфорда . Как синтетический элемент, он не встречается в природе и может быть получен только в ускорителе частиц . Он радиоактивный ; самый стабильный из известных изотопов , ²⁶⁷ Rf, имеет период полураспада около 48 минут.

В периодической таблице это элемент d-блока четвертой строки и второй из переходных элементов . Он находится в периоде 7 и является элементом группы 4 . Химические эксперименты подтвердили, что резерфордий ведет себя как более тяжелый гомолог гафния 4 - й группы. Химические свойства резерфордия охарактеризованы лишь частично. Они хорошо сравниваются с другими элементами группы 4, хотя некоторые расчеты показали, что этот элемент может демонстрировать существенно отличающиеся свойства из-за релятивистских эффектов .

В 1960-х годах небольшие количества резерфордия производились в Объединенном институте ядерных исследований в Советском Союзе и в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии . Приоритет открытия и, следовательно, название элемента оспаривались между советскими и американскими учеными, и только в 1997 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) установил резерфордий в качестве официального названия элемента.

Введение

Этот раздел представляет собой отрывок из § Введение «Сверхтяжелый элемент» . [ редактировать ]

Синтез сверхтяжелых ядер

Графическое изображение реакции ядерного синтеза . Два ядра сливаются в одно, испуская нейтрон . Реакции, приводившие к созданию новых элементов, к этому моменту были схожими, с той лишь разницей, что иногда выделялось несколько единичных нейтронов, или вообще не выделялось ни одного.

Сверхтяжелый атомное ядро ​​создается в результате ядерной реакции, в которой объединяются два других ядра неравного размера. в один; грубо говоря, чем более неравны два ядра с точки зрения массы , тем больше вероятность того, что они вступят в реакцию. Материал, состоящий из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которую затем бомбардируют пучком более легких ядер. Два ядра могут слиться в одно только в том случае, если они приблизятся друг к другу достаточно близко; Обычно ядра (все положительно заряженные) отталкивают друг друга из-за электростатического отталкивания . Сильное взаимодействие может преодолеть это отталкивание, но только на очень небольшом расстоянии от ядра; Таким образом, ядра пучка сильно ускоряются , чтобы сделать такое отталкивание незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка. Энергия, приложенная к пучковым ядрам для их ускорения, может заставить их достичь скорости, составляющей одну десятую скорости света . Однако если приложить слишком много энергии, ядро ​​пучка может развалиться.

Одного сближения недостаточно для слияния двух ядер: когда два ядра сближаются друг с другом, они обычно остаются вместе около 10 ⁻²⁰ секунды, а затем расходятся (не обязательно в том же составе, что и до реакции), а не образуют одно ядро. Это происходит потому, что при попытке образования одного ядра электростатическое отталкивание разрывает образующееся ядро. Каждая пара мишени и пучка характеризуется своим поперечным сечением — вероятностью того, что слияние произойдет, если два ядра сблизятся друг с другом, выраженной через поперечную площадь, с которой должна столкнуться падающая частица, чтобы произошел синтез. Этот синтез может произойти в результате квантового эффекта, при котором ядра могут туннелировать за счет электростатического отталкивания. Если два ядра смогут оставаться рядом после этой фазы, множественные ядерные взаимодействия приведут к перераспределению энергии и энергетическому равновесию.

Внешние видео
Визуализация неудачного ядерного синтеза на основе расчетов Австралийского национального университета.

В результате слияния возникает возбужденное состояние. — называемое составным ядром — и поэтому оно очень нестабильно. Чтобы достичь более стабильного состояния, временное слияние может делиться без образования более стабильного ядра. Альтернативно, составное ядро ​​может выбросить несколько нейтронов , которые унесут энергию возбуждения; если последнего недостаточно для выброса нейтронов, слияние приведет к образованию гамма-излучения . Это происходит примерно через 10 ⁻¹⁶ секунд после первоначального ядерного столкновения и приводит к созданию более стабильного ядра. В определении Объединенной рабочей группы IUPAC/IUPAP (JWP) говорится, что химический элемент может быть признан открытым только в том случае, если его ядро ​​не распалось в течение 10 лет. ⁻¹⁴ секунды. Это значение было выбрано в качестве оценки того, сколько времени требуется ядру, чтобы приобрести электроны и, таким образом, проявить свои химические свойства.

Распад и обнаружение

Пучок проходит через мишень и достигает следующей камеры — сепаратора; если образуется новое ядро, оно уносится этим лучом. В сепараторе вновь образовавшееся ядро ​​отделяется от других нуклидов (из исходного пучка и любых других продуктов реакции). и передается в детектор поверхностного барьера , который останавливает ядро. Отмечается точное место предстоящего воздействия на детекторе; также отмечена его энергия и время прибытия. Трансфер занимает около 10 ⁻⁶ секунды; Чтобы быть обнаруженным, ядро ​​должно выжить так долго. Ядро снова записывается после регистрации его распада и измерения местоположения, энергии и времени распада.

Стабильность ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его радиус действия очень короток; по мере увеличения размеров ядра его влияние на самые внешние нуклоны ( протоны и нейтроны) ослабевает. При этом ядро ​​разрывается за счет электростатического отталкивания между протонами, и его радиус действия не ограничен. Полная энергия связи, обеспечиваемая сильным взаимодействием, линейно возрастает с числом нуклонов, тогда как электростатическое отталкивание увеличивается пропорционально квадрату атомного номера, т. е. последнее растет быстрее и становится все более важным для тяжелых и сверхтяжелых ядер. Таким образом, теоретически предсказаны сверхтяжелые ядра. и до сих пор наблюдаются преимущественно распадаться через режимы распада, вызванные таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление . Почти все альфа-излучатели содержат более 210 нуклонов. а самый легкий нуклид, преимущественно подвергающийся спонтанному делению, имеет 238. В обоих режимах распада ядра удерживаются от распада соответствующими энергетическими барьерами для каждого режима, но через них можно туннелировать.

Схема установки для создания сверхтяжелых элементов на базе Дубненского газонаполненного сепаратора отдачи, созданной в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова ОИЯИ. Траектория внутри детектора и устройства фокусировки луча изменяется из-за наличия дипольного магнита в первом и квадрупольного магнита во втором.

Альфа-частицы обычно образуются в результате радиоактивного распада, поскольку масса альфа-частицы на нуклон достаточно мала, чтобы оставить некоторую энергию, которую альфа-частица может использовать в качестве кинетической энергии для выхода из ядра. Спонтанное деление вызвано электростатическим отталкиванием, разрывающим ядро ​​и приводящим к образованию различных ядер в разных случаях деления одинаковых ядер. По мере увеличения атомного номера спонтанное деление быстро становится более важным: частичные периоды полураспада спонтанного деления уменьшаются на 23 порядка величины от урана (элемент 92) до нобелия (элемент 102), и на 30 порядков от тория (90-й элемент) до фермия (100-й элемент). Таким образом, более ранняя модель жидкой капли предполагала, что спонтанное деление будет происходить почти мгновенно из-за исчезновения барьера деления для ядер с числом около 280 нуклонов. Более поздняя модель ядерной оболочки предполагала, что ядра, содержащие около 300 нуклонов, образуют остров стабильности , в котором ядра будут более устойчивы к спонтанному делению и в первую очередь будут подвергаться альфа-распаду с более длительным периодом полураспада. Последующие открытия показали, что предсказанный остров может находиться дальше, чем предполагалось первоначально; они также показали, что ядра, промежуточные между долгоживущими актинидами и предсказанным островом, деформируются и приобретают дополнительную стабильность за счет оболочечных эффектов. Эксперименты с более легкими сверхтяжелыми ядрами, а также те, кто находится ближе к ожидаемому острову, показали большую, чем предполагалось ранее, устойчивость к спонтанному делению, показывая важность оболочечных эффектов на ядрах.

Альфа-распад регистрируется по испускаемым альфа-частицам, а продукты распада легко определить еще до фактического распада; если в результате такого распада или серии последовательных распадов образуется известное ядро, можно легко определить исходный продукт реакции. (То, что все распады внутри цепочки распада действительно были связаны друг с другом, подтверждается расположением этих распадов, которое должно находиться в одном и том же месте.) Известное ядро ​​можно распознать по конкретным характеристикам распада, которым оно подвергается, таким как энергия распада (или, точнее, кинетическая энергия испускаемой частицы). Однако в результате спонтанного деления в качестве продуктов образуются различные ядра, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним элементам.

Таким образом, информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать сверхтяжелый элемент, — это информация, собранная на детекторах: местоположение, энергия и время прибытия частицы в детектор, а также время ее распада. Физики анализируют эти данные и стремятся прийти к выводу, что это действительно было вызвано новым элементом и не могло быть вызвано другим нуклидом, чем заявленный. Часто предоставленных данных недостаточно для вывода о том, что новый элемент определенно был создан, и нет другого объяснения наблюдаемым эффектам; допущены ошибки в интерпретации данных.

История

Открытие

Сообщается, что резерфордий был впервые обнаружен в 1964 году в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне ( Советский Союз в то время ). Исследователи бомбардировали мишень из плутония -242 неона -22 ионами ; активность спонтанного деления с периодом полураспада 0,3 ± 0,1 секунды была обнаружена и отнесена к ²⁶⁰ 104. Более поздние работы не обнаружили изотопа элемента 104 с таким периодом полураспада, так что это отнесение следует считать неверным. Таким образом, в 1966–1969 гг. эксперимент был повторен. На этот раз продукты реакции методом градиентной термохроматографии после преобразования в хлориды путем взаимодействия с ZrCl ₄ . Команда определила активность спонтанного деления , содержащуюся в летучем хлориде, демонстрирующем свойства эка-гафния.

²⁴²
₉₄ орудия
+ ²²
₁₀ Не
→ ^{264− х}
₁₀₄ РФ
→ ^{264− х}
₁₀₄ РФ
кл ₄

Исследователи посчитали, что результаты подтверждают период полураспада, равный 0,3 секунды. Хотя теперь известно, что не существует изотопа элемента 104 с таким периодом полураспада, химический состав соответствует химическому составу элемента 104, поскольку летучесть хлоридов в группе 4 намного выше, чем в группе 3 (или актинидах).

В 1969 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли окончательно синтезировали этот элемент, бомбардируя мишень из калифорния -249 ионами углерода-12 , и измерили альфа-распад ²⁵⁷ Rf, коррелирующий с дочерним распадом нобелия -253:

²⁴⁹
₉₈ См.
+ ¹²
₆ С
→ ²⁵⁷
₁₀₄ РФ
+ 4
н

Они не смогли подтвердить период полураспада 0,3 секунды для ²⁶⁰ 104, и вместо этого обнаружил период полураспада этого изотопа 10–30 миллисекунд, что согласуется с современным значением в 21 миллисекунду. В 1970 году американская группа химически идентифицировала элемент 104, используя метод ионообменного разделения, доказав, что это элемент 4-й группы и более тяжелый гомолог гафния.

Американский синтез был независимо подтвержден в 1973 году и позволил идентифицировать резерфордий как родительский элемент путем наблюдения K-альфа -рентгеновских лучей в элементной сигнатуре ²⁵⁷ Продукт распада Rf, нобелий-253.

Споры о названиях

Основная статья: Трансфермиумные войны

Элемент 104 в конечном итоге был назван в честь Эрнеста Резерфорда.

Igor Kurchatov

В результате первоначальных конкурирующих заявлений об открытии возник спор по поводу названия элемента . Поскольку Советы заявили, что первыми обнаружили новый элемент, они предложили название курчатовий (Ку) в честь Игоря Курчатова (1903–1960), бывшего руководителя советского центра ядерных исследований . Это название использовалось в книгах Советского блока как официальное название элемента. Американцы, однако, предложили резерфордий в качестве нового элемента (Rf) в честь новозеландского физика Эрнеста Резерфорда , известного как «отец» ядерной физики . В 1992 году рабочая группа IUPAC / IUPAP по трансфермию (TWG) оценила заявления об открытии и пришла к выводу, что обе группы предоставили одновременные доказательства синтеза элемента 104 в 1969 году, и что заслуга должна быть разделена между двумя группами. В частности, это включало в себя выполнение TWG нового ретроспективного повторного анализа российской работы перед лицом обнаруженного позже факта отсутствия 0,3-секундного изотопа элемента 104: они переосмыслили результаты Дубны как результат спонтанного деления. филиал ²⁵⁹ Рф.

Американская группа написала резкий ответ на выводы TWG, заявив, что они уделили слишком много внимания результатам дубненской группы. В частности, они отметили, что российская группа несколько раз меняла детали своих претензий в течение 20 лет, и этот факт российская команда не отрицает. Они также подчеркнули, что TWG слишком доверяла химическим экспериментам, проведенным русскими, сочли ретроспективную трактовку российских работ, основанную на неопубликованных документах, «крайне нерегулярной», отметили, что не было никаких доказательств того, что ²⁵⁹ Rf вообще имел ветвь спонтанного деления (по состоянию на 2021 год еще нет), и обвинил TWG в отсутствии в комитете персонала соответствующей квалификации. В ответ TWG заявила, что это не так, и, оценив каждый пункт, поднятый американской группой, заявила, что не нашла причин менять свое заключение относительно приоритета открытия.

Международный союз теоретической и прикладной химии ( ИЮПАК ) принял уннилквадий (Unq) в качестве временного систематического названия элемента , полученного из латинских названий цифр 1, 0 и 4. В 1994 году ИЮПАК предложил набор названий для элементов 104. до 109, в котором дубний (Db) стал элементом 104, а резерфордий стал элементом 106. Эта рекомендация подверглась критике со стороны американских учёных по нескольким причинам. Во-первых, их предложения были перепутаны: названия резерфордий и ганий , первоначально предложенные Беркли для элементов 104 и 105, были присвоены соответственно элементам 106 и 108. Во-вторых, элементам 104 и 105 были присвоены имена, предпочитаемые ОИЯИ, несмотря на ранее признание LBL. как равного соавтора для них обоих. В-третьих, что наиболее важно, ИЮПАК отверг название сиборгий для элемента 106, только что утвердив правило, согласно которому элемент не может быть назван в честь живого человека, хотя ИЮПАК отдал исключительную заслугу за его открытие команде LBNL. В 1997 году ИЮПАК переименовал элементы 104 в 109, а элементы 104 и 106 предоставил Беркли — резерфордий и сиборгий . название дубний Одновременно с этим элементу 105 было присвоено . Названия 1997 года были приняты исследователями и стали стандартом.

изотопы

Список изотопов резерфордия

Изотоп	Период полураспада		Разлагаться режим	Открытие год	Открытие реакция
	Ценить	ссылка
253 РФ	13 мс		Сан-Франциско	1997	204 Pb( 50 Ты, н)
253 м РФ	52 мкс		Сан-Франциско	1995	204 Pb( 50 Ты, н)
254 РФ	22,9 мкс		Сан-Франциско	1997	206 Pb( 50 Ти,2н)
254м1 РФ	4,3 мкс		ЭТО	2015
254м2 РФ	247 мкс		ЭТО	2015
255 РФ	1,63 с		α, СФ	1975	207 Pb( 50 Ти,2н)
255м1 РФ	43 мкс		ЭТО	2015
255м2 РФ	16 мкс		ЭТО	2020
255м3 РФ	41 мкс		ЭТО	2020
256 РФ	6,60 мс		СФ, α	1975	208 Pb( 50 Ти,2н)
256м1 РФ	25 мкс		ЭТО	2009
256м2 РФ	17 мкс		ЭТО	2009
256м3 РФ	27 мкс		ЭТО	2009
257 РФ	5,0 с		а, б + , Сан-Франциско	1969	249 Ср( 12 С,4н)
257м1 РФ	4,5 с		а, б +	1997	249 Ср( 12 С,4н)
257м2 РФ	106 мкс		ЭТО	2009
258 РФ	12,5 мс		СФ, α	1969	249 Ср( 13 С,4н)
258м1 РФ	3,4 мс		ЭТО	2016	258 Дб( и − , н д )
258м2 РФ	15 мкс			2016	258 Дб( и − , н д )
259 РФ	2,63 с		а, б +	1969	249 Ср( 13 С,3н)
260 РФ	21 мс		Сан-Франциско	1985	248 См( 16 О,4н)
261 РФ	2,1 с		СФ, α	1970	244 Мог( 22 Что, 5н)
261 м РФ	74 с		а	1970	248 См( 18 О.5н)
262 РФ	250 мс		Сан-Франциско	1985	244 Мог( 22 Нет, 4н)
262 м РФ	47 мс		Сан-Франциско	1978	244 Мог( 22 Нет, 4н), 248 См( 18 Нет, 4н)
263 РФ	11 минут		Сан-Франциско	2003	263 Дб( и − , н д )
263 м РФ	8 с		Сан-Франциско	2008	263 Дб( и − , н д )
265 РФ	1,1 мин.		Сан-Франциско	2010	269 Sg(—,а)
266 РФ	23 с?		Сан-Франциско	2007?	266 Дб( и − , н и )?
267 РФ	48 мин.		Сан-Франциско	2004	271 Sg(—,а)
268 РФ	1,4 с?		Сан-Франциско	2004?	268 Дб( и − , н и )?
270 РФ	20 мс?		Сан-Франциско	2010?	270 Дб( и − , н и )?

Основная статья: Изотопы резерфордия

Резерфордий не имеет стабильных или встречающихся в природе изотопов. Несколько радиоактивных изотопов были синтезированы в лаборатории либо путем слияния двух атомов, либо путем наблюдения за распадом более тяжелых элементов. Сообщается о шестнадцати различных изотопах с атомными массами от 253 до 270 (за исключением 264 и 269). Большинство из них распадаются преимущественно по путям спонтанного деления.

Стабильность и период полураспада

Из изотопов, период полураспада которых известен, более легкие изотопы обычно имеют более короткий период полураспада; период полураспада менее 50 мкс для ²⁵³ РФ и ²⁵⁴ Рф наблюдались. ²⁵⁶ РФ, ²⁵⁸ РФ, ²⁶⁰ Rf более стабильны на уровне около 10 мс, ²⁵⁵ РФ, ²⁵⁷ РФ, ²⁵⁹ РФ и ²⁶² Rf живет от 1 до 5 секунд, и ²⁶¹ РФ, ²⁶⁵ РФ и ²⁶³ Rf более стабильны и составляют около 1,1, 1,5 и 10 минут соответственно. Самые тяжелые изотопы являются наиболее стабильными: ²⁶⁷ Rf имеет измеренный период полураспада около 48 минут.

Легчайшие изотопы были синтезированы путем прямого слияния двух более легких ядер и в виде продуктов распада. Самый тяжелый изотоп, полученный методом прямого синтеза, — ²⁶² РФ; более тяжелые изотопы наблюдались только как продукты распада элементов с большими атомными номерами. Тяжелые изотопы ²⁶⁶ РФ и ²⁶⁸ Сообщалось также, что Rf является , захватывающим электроны . дочерним элементом дубния изотопов ²⁶⁶ Дб и ²⁶⁸ Db, но имеют короткий период полураспада до спонтанного деления . Представляется вероятным, что то же самое справедливо и для ²⁷⁰ Рф, возможная дочь ²⁷⁰ Дб. Эти три изотопа остаются неподтвержденными.

В 1999 году американские учёные из Калифорнийского университета в Беркли объявили, что им удалось синтезировать три атома ²⁹³ И. Сообщалось, что эти родительские ядра последовательно испустили семь альфа-частиц, образовав ²⁶⁵ Rf-ядра, но их претензии были отозваны в 2001 году. Этот изотоп был позже обнаружен в 2010 году как конечный продукт в цепочке распада ²⁸⁵ В

Прогнозируемые свойства

Измерено очень мало свойств резерфордия или его соединений; это связано с его крайне ограниченным и дорогим производством и тот факт, что резерфордий (и его родители) очень быстро распадаются. Было измерено несколько уникальных свойств, связанных с химией, но свойства металлического резерфордия остаются неизвестными, и доступны только предсказания.

Химическая

Резерфордий — первый трансактинидный элемент и второй представитель 6d-ряда переходных металлов. Расчеты его потенциалов ионизации , атомного радиуса , а также радиусов, орбитальных энергий и основных уровней его ионизированных состояний аналогичны расчетам гафния и сильно отличаются от расчетов свинца . Таким образом, был сделан вывод, что основные свойства резерфордия будут напоминать свойства других элементов 4-й группы , ниже титана , циркония и гафния. Некоторые из его свойств были определены экспериментами в газовой фазе и водной химией. Степень окисления +4 является единственным стабильным состоянием для двух последних элементов, и поэтому резерфордий также должен иметь стабильное состояние +4. Кроме того, ожидается, что резерфордий сможет образовывать менее стабильное состояние +3. Стандартный восстановительный потенциал Rf ⁴⁺ Прогнозируется, что пара /Rf будет выше -1,7 В.

Первоначальные предсказания химических свойств резерфордия были основаны на расчетах, которые показали, что релятивистские эффекты на электронную оболочку могут быть достаточно сильными, чтобы 7p-орбитали имели более низкий энергетический уровень, чем 6d-орбитали , что давало ему конфигурацию валентных электронов 6d. ¹ 7 с ² 7р ¹ или даже 7s ² 7р ² , что делает элемент более похожим на свинец , чем на гафний. Используя более совершенные методы расчета и экспериментальные исследования химических свойств соединений резерфордия, можно было бы показать, что этого не происходит и что вместо этого резерфордий ведет себя так же, как и остальные элементы 4-й группы . В дальнейшем это было показано в расчетах ab initio с высоким уровнем точности. что атом Rf имеет основное состояние с 6d ² 7 с ² валентная конфигурация и низколежащий возбужденный 6d ¹ 7 с ² 7р ¹ состояние с энергией возбуждения всего 0,3–0,5 эВ.

Предполагается, что резерфордий, аналогично цирконию и гафнию, образует очень стабильный тугоплавкий оксид RfO ₂ . Он реагирует с галогенами с образованием тетрагалогенидов RfX ₄ , которые при контакте с водой гидролизуются с образованием оксигалогенидов RfOX ₂ . Тетрагалогениды представляют собой летучие твердые вещества, существующие в паровой фазе в виде мономерных тетраэдрических молекул.

В водной фазе Rf ⁴⁺ ион гидролизуется меньше, чем титан(IV), и в такой же степени, как цирконий и гафний, что приводит к образованию RfO ²⁺ ион. Обработка галогенидов галогенид-ионами способствует образованию комплексных ионов. Использование ионов хлорида и брома приводит к образованию гексагалогенидных комплексов RfCl. ²⁻
₆ и РфБр ²⁻
₆ . Что касается фторидных комплексов, цирконий и гафний склонны образовывать гепта- и окта-комплексы. Так, для более крупного иона резерфордия комплексы RfF ²⁻
₆ , РФФ ³⁻
₇ и РФФ ⁴⁻
₈ возможно.

Физические и атомные

Ожидается, что резерфордий при нормальных условиях будет твердым телом и будет иметь гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру ( ^с / _a = 1,61), аналогичный его более легкому аналогу гафнию. Это должен быть металл плотностью ~17 г/см. ³ . Ожидается, что атомный радиус резерфордия составит ~ 150 пм . Из-за релятивистской стабилизации 7s-орбитали и дестабилизации 6d-орбитали Rf ⁺ и РФ ²⁺ предсказано, что ионы будут отдавать 6d-электроны вместо 7s-электронов, что противоположно поведению его более легких гомологов. Ожидается , что под высоким давлением (по-разному рассчитанным как 72 или ~ 50 ГПа ) резерфордий перейдет в объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру; гафний превращается в эту структуру при 71 ± 1 ГПа, но имеет промежуточную ω-структуру, в которую он превращается при 38 ± 8 ГПа, которой должно отсутствовать у резерфордия.

Экспериментальная химия

Газовая фаза

Тетраэдрическое строение молекулы ₄ RfCl

Ранние работы по изучению химии резерфордия были сосредоточены на газовой термохроматографии и измерении кривых адсорбции при относительной температуре осаждения. Первоначальная работа была проведена в Дубне в попытке подтвердить открытие элемента. Недавние работы более надежны в отношении идентификации исходных радиоизотопов резерфордия. Изотоп ^{261 м} В этих исследованиях использовался РФ, хотя долгоживущий изотоп ²⁶⁷ Rf (образуется в цепочке распада ²⁹¹ Лев, ²⁸⁷ Фл и ²⁸³ Cn) может оказаться полезным для будущих экспериментов. Эксперименты основывались на ожидании, что резерфордий будет 6d-элементом в группе 4 и, следовательно, должен образовывать летучий молекулярный тетрахлорид, который будет иметь тетраэдрическую форму. Хлорид резерфордия(IV) более летуч, чем его более легкий гомолог хлорид гафния(IV) (HfCl ₄ ), поскольку его связи более ковалентны .

Серия экспериментов подтвердила, что резерфордий ведет себя как типичный член группы 4, образуя четырехвалентные хлорид (RfCl ₄ ) и бромид (RfBr ₄ ), а также оксихлорид (RfOCl ₂ ). Снижение летучести наблюдалось для RfCl.
₄ , когда хлорид калия используется в виде твердой фазы вместо газа, что весьма показательно для образования нелетучего калия.
₂ РФКл
₆ смешанная соль.

Водная фаза

Ожидается, что резерфордий будет иметь электронную конфигурацию [Rn]5f. ¹⁴ 6д ² 7 с ² и, следовательно, ведут себя как более тяжелый гомолог гафния в группе 4 таблицы Менделеева. Поэтому он должен легко образовывать гидратированный Rf. ⁴⁺ ион в растворе сильной кислоты и должен легко образовывать комплексы в растворах соляной , бромистоводородной или плавиковой кислот .

Наиболее убедительные исследования резерфордия в водной химии были выполнены японской командой из Японского научно-исследовательского института атомной энергии с использованием изотопа ^{261 м} Рф. Эксперименты по экстракции из растворов соляной кислоты с использованием изотопов резерфордия, гафния, циркония, а также элемента псевдогруппы 4 тория доказали неактинидное поведение резерфордия. Сравнение с его более легкими гомологами прочно поместило резерфордий в группу 4 и указало на образование гексахлоррутерфордатного комплекса в хлоридных растворах аналогично гафнию и цирконию.

^{261 м}
РФ ⁴⁺
+ 6 кл. ⁻
→ [ ^{261 м} РФКл
₆ ] ²⁻

Очень похожие результаты наблюдались в растворах плавиковой кислоты. Различия в кривых экстракции были интерпретированы как более слабое сродство к фторид-иону и образование гексафторрутерфордат-иона, тогда как ионы гафния и циркония комплексуют с семью или восемью фторид-ионами в использованных концентрациях:

^{261 м}
РФ ⁴⁺
+ 6 Ф ⁻
→ [ ^{261 м} РФФ
₆ ] ²⁻

Эксперименты, проведенные в смешанных растворах серной и азотной кислот, показывают, что резерфордий имеет гораздо меньшее сродство к образованию сульфатных комплексов, чем гафний. Этот результат согласуется с предсказаниями, согласно которым комплексы резерфордия будут менее стабильными, чем комплексы циркония и гафния, из-за меньшего ионного вклада в связь. Это возникает из-за того, что резерфордий имеет больший ионный радиус (76 пм), чем цирконий (71 пм) и гафний (72 пм), а также из-за релятивистской стабилизации 7s-орбитали и дестабилизации и спин-орбитального расщепления 6d-орбиталей.

В экспериментах по соосаждению, проведенных в 2021 году, изучалось поведение резерфордия в основном растворе, содержащем аммиак или гидроксид натрия , с использованием циркония, гафния и тория в качестве сравнения. Было обнаружено, что резерфордий не сильно координируется с аммиаком и вместо этого выпадает в виде гидроксида, которым, вероятно, является Rf(OH) ₄ .

Библиография

• Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; и др. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016». Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A . дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
• Бейзер, А. (2003). Концепции современной физики (6-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN  978-0-07-244848-1 . OCLC   48965418 .
• Хоффман, округ Колумбия ; Гиорсо, А .; Сиборг, GT (2000). Трансурановые люди: история изнутри . Всемирная научная . ISBN  978-1-78-326244-1 .
• Краг, Х. (2018). От трансурановых к сверхтяжелым элементам: история спора и сотворения . Спрингер . ISBN  978-3-319-75813-8 .
• Загребаев В.; Карпов А.; Грейнер, В. (2013). «Будущее исследований сверхтяжелых элементов: какие ядра можно будет синтезировать в ближайшие несколько лет?». Физический журнал: серия конференций . 420 (1): 012001. arXiv : 1207.5700 . Бибкод : 2013JPhCS.420a2001Z . дои : 10.1088/1742-6596/420/1/012001 . ISSN   1742-6588 . S2CID   55434734 .

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с резерфордием, на Викискладе?
• Резерфордий в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• WebElements.com – Резерфордий