Raderfordij
Raderfordij (ranije je imao privremeno ime unnilkvadij) jeste sintetički hemijski element sa simbolom Rf i atomskim brojem 104. Ime je dobio po fizičaru Ernestu Rutherfordu. Kao sintetički element, nema ga u prirodi pa se može dobiti samo u laboratorijama. To je radioaktivni element. Njegov najstabilniji poznati izotop 267Rf ima vrijeme poluraspada od otprilike 1,3 sata.
| Raderfordij u periodnom sistemu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hemijski element, Simbol, Atomski broj | Raderfordij, Rf, 104 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Serija | Prelazni metali | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupa, Perioda, Blok | 4, 7, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Izgled | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Zastupljenost | 0 % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomske osobine | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomska masa | 261,1087 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Atomski radijus (izračunat) | - (-) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kovalentni radijus | - pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Van der Waalsov radijus | - pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronska konfiguracija | [Rn] 5f146d27s2 (?) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Broj elektrona u energetskom nivou | 2, 8, 18, 32, 32, 10, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. energija ionizacije | (procjena) 579,9[1] kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. energija ionizacije | (procjena) 1389,4[1] kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. energija ionizacije | (procjena) 2296,4 [1] kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fizikalne osobine | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Agregatno stanje | (pretpostavljeno) čvrsto[1][2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gustoća | (pretpostavljeno) 23200[1][2] kg/m3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tačka topljenja | (pretpostavljeno) 2400 K (2100[1][2] °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tačka ključanja | (pretpostavljeno) 5800 K (5500[1][2] °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Molarni volumen | m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Toplota isparavanja | kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Toplota topljenja | kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Brzina zvuka | m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hemijske osobine | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Oksidacioni broj | 4[2], (pretpostavljeno) 3[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Elektronegativnost | (Pauling-skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Izotopi | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sigurnosno obavještenje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oznake upozorenja
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Obavještenja o riziku i sigurnosti | R: / S: / | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ostala upozorenja | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Radioaktivnost | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Radioaktivni element | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
U standardnom periodnom sistemu spada u d-blok elemenata i drugi je element u četvrtom redu prelaznih elemenata. Član je sedme periode i pripada četvrtoj grupi elemenata. Hemijski eksperimenti su potvrdili da se raderfordij ponaša kao teži homolog hafnija iz četvrte grupe. Hemijske osobine ovog elementa proučene su samo djelimično. Međutim, vrlo su slične hemijskim osobinama drugih elemenata iz iste grupe, mada neki izračuni ukazuju da se ovaj element mogao imati znatno različite osobine zbog relativističkih efekata.
Tokom 1960ih, vrlo male količine raderfordija proizveli su Zajednički institut za nuklearna istraživanja u bivšem Sovjetskom savezu i Nacionalna laboratorija Lawrence Berkeley u Kaliforniji, SAD.[2] Čast otkrića elementa i prvenstvo u davanju imena bio je povod za razmirice i kontroverze između sovjetskih i američkih naučnika sve do 1997. kada je IUPAC odlučila ovom elementu zvanično dati današnji naziv.
Historija
Otkriće
Raderfordij su navodno prvi otkrili 1964. godine naučnici pri Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja (JINR) u Dubni (tada u Sovjetskom savezu). Oni su u svom istraživanju bombardirali metu sačinjenu iz plutonija-242 ionima neona-22 te zatim proizvode reakcije odvojili pomoću termohromatografije nakon što su ih prethodno preveli u hloride putem interakcije sa ZrCl4. Naučnici su zapazili aktivnosti spontane fisije koja se javila u isparljivom hloridu, nalikujući osobinama eka-hafnija. Iako vrijeme poluraspada nije tačno određeno, kasniji izračuni su pokazali da je proizvod reakcije najvjerovatnije raderfordij-259 (prema standardnoj notaciji skraćeno 259Rf):[6]
- 242
94Pu + 22
10Ne → 264-x
104Rf → 264-x
104RfCl4
Godine 1969. istraživači na Univerzitetu Kalifornije, Berkeley konačno su sintetizirali element bombardujući metu od kalifornija-249 sa ionima ugljika-12 te izmjerili alfa raspad 257Rf u skladu sa raspadom "kćerke" izotopa nobelija-253:[7]
- 249
98Cf + 12
6C → 257
104Rf + 4 n
Američka sinteza je potvrđena 1973. čime je osigurana identifikacija raderfordija kao "majke" izotopa nobelija-253 opservacijom K-alfa x-zraka u elementarnom potpisu proizvoda raspada 257Rf.[8]
Kontroverza oko imena
Ruski naučnici su za novi element predložili ime kurčatovij dok su američki naučnici sugerirali da se novom elementu dodijeli ime raderfordij.[9] Godine 1992. radna grupa IUPAC/IUPAP-a (Transfermium Working Group, TWG) proučila je oba navoda o otkriću i donijela zaključak da su oba tima naučnika istovremeno pružili dokaze o sintezi elementa 104 pa bi se čast za otkriće trebala dati objema grupama.[6] Međutim, američka grupa je uputila oštar odgovor na zaključke TWG-a navodeći da su isuviše naglasili doprinose i rezultate grupe iz Dubne. Naročito su istaknuli da su Rusi nekoliko puta u toku 20 godina izmijenili detalje o svom otkriću, što ruski tim nije opovrgao. Amerikanci su također naglašavali da je TWG isuviše pridao pažnje hemijskim eksperimentima koje su izveli ruski naučnici te su optužili TWG da nemaju dovoljno kvalificirano osoblje u komisiji. TWG je na optužbe odgovorio da se ne radi o tome i da su svaku tačku optužbe američkog tima razmotrili te nisu našli niti jedan razlog da izmijene svoje zaključke u vezi časti za otkriće.[10] IUPAC je kasnije ipak elementu dao ime koje je američki tim predložio, što bi se u nekom pogledu moglo protumačiti da su donekle promijenili mišljenje.[11]
Kao konsekvencu prvobitnih navoda o otkriću, došlo je do kontroverze oko davanja imena elementu. Pošto su sovjetski naučnici tvrdili da su prvi otkrili novi element, predlagali su mu se dadne ime kurčatovij (Ku) u čast Igora Kurčatova (1903–1960), bivšeg šefa sovjetskog nuklearnog istraživanja. Ovaj naziv elementa korišten je u knjigama i literaturi u državama bivšeg sovjetskog bloka kao zvanično ime. Međutim, Amerikanci su predlagali ime raderfordij (Rf) u čast Ernesta Rutherforda, koji je poznat kao "otac" nuklearne fizike. IUPAC je privremeno usvojio naziv unnilkvadij (Unq) što je predstavljalo sistematsko ime elementa, izvedeno iz latinskim naziva za cifre 1, 0 i 4. Godine 1994. IUPAC je predložio da se elementu dadne naziv dubnij (Db) jer je naziv raderfordij bio predložen za element 106 jer je IUPAC smatrao da se timu iz Dubne trebalo ukazati čast za njihov doprinos istraživanjima. Ipak, i dalje su postojale kontroverze oko davanja imena elementima od 104 do 107. Godine 1997. timovi naučnika koji su učestvovali u davanju imena usaglasili su svoje stavove te elementu 104 napokon dali ime raderfordij. U isto vrijeme ime dubnij dato je elementu 105.[11]
Osobine
Fizičke i atomske
Za raderfordij se očekuje da bude u čvrstom stanju pri standardnim uslovima temperature i pritiska i pri tome da ima heksagonalnu gusto pakovanu kristalnu strukturu (c/a = 1,61), sličnu onoj kao kod njegovog lakšeg kongenera hafnija.[12] Trebao bi biti veoma teški metal gustoće od oko 23,2 g/cm3. Za usporedbu, najgušći poznati element čija je gustoća pouzdano izmjerena je osmij, a iznosi 22,61 g/cm3. Ovakvi podaci su pretpostavljeni prema veoma velikoj atomskoj težini raderfordija, efektu kontrakcije lantanoida i aktinoida, kao i relativističkim efektima, mada je proizvodnja dovoljnih količina raderfordija, kako bi se ovi podaci potvrdili, nepraktična jer bi se uzorak vrlo raspao. Za atomski radijus raderfordija se očekuje da ima vrijednost oko 150 pm. Zbog efekta relativističke stabilizacije 7s orbitale i destabilizacije 6d orbitale, pretpostavlja se da bi ioni Rf+ i Rf2+ trebali otpuštati 6d elektrone umjesto 7s elektrona, što je potpuno suprotno ponašanje od njegovih lakših homologa.[1]
Hemijske
Raderfordij je prvi transaktinoidni element i drugi član 6d serije prelaznih metala. Izračuni o njegovom potencijalu ionizacije, atomskom radijusu kao i radijusima, energijama orbitala i osnovnim nivoima njegovih ioniziranih stanja pokazali su da je sličan hafniju, ali se izrazito razlikuje od olova. Stoga, donijeti su zaključci o osnovnim osobinama ovog elementa koji navode da on dosta nalikuje na druge elemente 4. grupe, ispod titanija, cirkonija i hafnija.[13][14] Neke od njegovih osobina određene su eksperimentima u gasovitoj fazi kao i hemiji rastvora. Oksidacijsko stanje +4 je jedino stabilno stanje za posljednja dva elementa pa bi stoga i raderfordij trebao također pokazivati stabilno +4 stanje.[14] Osim toga, za raderfordij se također očekuje da gradi i nestabilnije +3 stanje.[1] Standardni redukcijski potencijal para Rf4+/Rf se predviđa da bi mogao biti viši od −1,7 V.[15]
Prva predviđanja hemijskih osobina raderfordija bila su zasnovana na izračunima koji su pokazivali da bi relativistički efekti na elektronske ljuske trebali biti dovoljno snažni da bi 7p orbitale mogle imati niže energetske nivoe od 6d orbitala što bi dalo konfiguraciju valentnih elektrona 6d1 7s2 7p1 ili čak 7s2 7p2, čime bi se element trebao ponašati više kao olovo nego kao hafnij. Nakon boljih metoda izračuna i eksperimentalnih studija hemijskih osobina spojeva ovog elementa došlo se do zaključka da su prethodne procjene bile pogrešne te da bi se raderfordij trebao ponašati kao ostali elementi iz 4. grupe.[1][14]
Analogno kao i za cirkonij i hafnij, za raderfordij se predviđa da gradi veoma stabilni, vatrostalni oksid, RfO2. Mogao bi i reagirati sa halogenim elementima gradeći tetrahalide, RfX4, koji bi se hidrolizirali u kontaktu s vodom dajući oksihalide RfOX2. Tetrahalidi bi mogli biti volatilne čvrste tvari u vidu monomernih tetraedarskih molekula u gasovitoj fazi.[14]
U tečnoj fazi, Rf4+ ion bi se hidrolizirao manje od iona titanija(IV) a u približnom obimu kao i cirkonij i hafnij, što bi dalo ion RfO2+. Tretiranje takvih halida sa ionima halidnih elemenata daje ione određenih kompleksa. Korištenje iona hlorida i bromida daje komplekse heksahalida RfCl2−
6 i RfBr2−
6. Za komplekse fluorida, cirkonij i hafnij grade hepta- i oktakomplekse. Prema tome, za veći raderfordijev ion mogući su i kompleksi RfF2−
6, RfF3−
7 i RfF4−
8.[14]
Izotopi
Raderfordij nema ni jedan stabilni niti prirodni izotop. Do danas je u laboratoriju sintetizirano nekoliko radioaktivnih izotopa, bilo fuzijom dva atoma bilo raspadom nekog težeg elementa. Ukupno je otkriveno 16 različitih izotopa ovog elementa sa atomskim masama između 253 i 270 (sa izuzetkom 264 i 269). Većina ovih izotopa se raspada putem spontane fisije.[16][17]
Osim izotopa čija vremena poluraspada su poznata, lakši izotopi obično imaju kraća vremena poluraspada. Izmjereno je vrijeme poluraspada za 253Rf i 254Rf koje iznosi kraće od 50 μs. Izotopi 256Rf, 258Rf, 260Rf su nešto stabilniji od oko 10 ms, dok se 255Rf, 257Rf, 259Rf i 262Rf raspada između jedne i pet sekundi. Izotopi 261Rf, 265Rf i 263Rf su još stabilniji od navedeni, a njihova vremena poluraspada iznose jednu, 1,5 i deset minuta, respektivno. Najteži izotopi su ujedno i najstabilniji, gdje je kod 267Rf izmjereno vrijeme poluraspada od oko 1,3 sata.[16] Vremena poluraspada izotopa 269Rf, 271Rf i težih još nisu poznata niti su izračunata.
Najlakši izotopi su sintetizirani direktnom fuzijom dva lakša jezgra i kao proizvod raspada. Najteži izotop dobijen direktnom fuzijom jeste 262Rf; dok su teži izotopi od njega opaženi samo kao proizvodi raspada elemenata sa većim atomskim brojevima, od kojih je potvrđeno postojanje samo 267Rf. Teški izotopi 266Rf i 268Rf su opaženi kao zahvat elektrona "kćerke" izotopa dubnija 266Db i 268Db, ali imaju kratka vremena poluraspada prije spontane fisije. Čini se da isto vrijedi i za 270Rf, kao moguće "kćerke" izotopa 270Db.[18] Iako izotop 264Rf još nije dokazan, previđa se da bi njegovo kratko vrijeme poluraspada iznosilo 5 sekundi.[19]
Godine 1999. američki naučnici na Univerzitetu Kalifornije u Berkeleyu objavili su da su uspjeli sintetizirati tri atoma 293Og.[20] Ovaj "roditeljski" izotop prema navodima naučnika se raspao emitirajući sedam alfa čestica dajući jezgro 265Rf. Kasnije 2001. godine objava ovog otkrića je poništena.[21]