Tennessiini (Ts, 117) – superraskas alkuaine: ominaisuudet ja historia

Tennessiini (Ts, 117) – superraskas radioaktiivinen alkuaine: ominaisuudet, löytyshistoria 2010–2019, synty, metalloidi‑ominaisuudet ja merkitys tieteellisessä tutkimuksessa.

Tennessiini (aiemmin Ununseptium, joka tarkoittaa latinaksi "yksi-yksi-seitsemän-iumia") on radioaktiivinen superraskas ihmisen valmistama kemiallinen alkuaine. Sen symboli on Ts ja järjestysluku 117. Se on kaikista alkuaineista toiseksi raskain ja toiseksi viimeinen alkuaine. Se kuuluu jaksollisen järjestelmän ryhmään 17, jossa ovat halogeenit. Sen ominaisuuksia ei vielä täysin tunneta, mutta se on todennäköisesti metalloidi. Venäläiset ja yhdysvaltalaiset tutkijat ilmoittivat tennessiinin löytymisestä vuonna 2010. He tekivät yhteistyötä, ja se on uusin löydetty alkuaine vuonna 2019. Se on nimetty Tennesseen osavaltion mukaan, eikä sillä ole muita käyttötarkoituksia kuin tutkimus.

Löytö ja nimeäminen

Tennessiini syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2010 kansainvälisessä yhteistyössä, jossa keskeinen rooli oli venäläisellä Joint Institute for Nuclear Researchin (JINR) tutkimusryhmällä Dubnassa ja yhdysvaltalaisilla yhteistyökumppaneilla. Ensimmäiset tulokset vahvistettiin myöhemmillä kokeilla, ja kansainväliset järjestöt arvioivat löydön. Kansainvälinen kemianliitto IUPAC hyväksyi alkuaineen nimen tennessiini virallisesti vuonna 2016. Nimi kunnioittaa Tennesseen osavaltiota ja siellä toimineita tutkimuslaitoksia ja yliopistoja, jotka ovat osallistuneet transuranisten alkuaineiden tutkimukseen.

Syntetisointi ja isotoopit

Tennessiiniä tuotetaan synteettisesti hyvin pienissä määrissä ydinreaktioissa. Tyypillisesti tuotantomenetelmässä kohdetta, joka sisältää raskasta isotooppia (esimerkiksi berkelium-249), pommitetaan kalsium-48-ionioksilla. Tällaisissa fuusioreaktioissa syntyy lyhytikäisiä tennessiinin isotooppeja; tunnetuimpia havaittuja isotooppeja ovat esimerkiksi 293Ts ja 294Ts. Näillä isotoopeilla puoliintumisajat ovat hyvin lyhyitä — tyypillisesti millisekunneista sekunteihin riippuen isotoopista ja tuotantotavasta — joten ne häviävät nopeasti beetaja tai alfasäteilyn seurauksena.

Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Tennessiinin kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia ei ole mahdollista tutkia laajasti kokeellisesti, koska sitä voidaan valmistaa vain muutamia atomiyksilöitä kerrallaan ja ne hajoavat nopeasti. Laskennalliset mallit ja teoreettiset tutkimukset ennustavat kuitenkin seuraavaa:

• Paikka jaksollisessa järjestelmässä on ryhmä 17, joten se odotetaan olevan halogeeni ja elektronikonfiguraation päätepäässä on 7p5. Relativistiset ilmiöt (erityisesti voimakkaat relativistiset muutokset hyvin raskaiden atomien elektronien liikkeessä) voivat kuitenkin muuttaa orbitalien järjestystä ja käyttäytymistä.
• Relativistiset vaikutukset saattavat aiheuttaa sen, että tennessiini osoittaa poikkeamia kevyemmistä halogeeneista: se voi olla vähemmän elektronegatiivinen ja osoittaa metallimaisia tai metalloidisia piirteitä verrattuna esimerkiksi klooriin tai jodiin.
• Laskennallisesti ennustetaan, että tennessiini voi muodostaa yhdisteitä, mutta kokeellisia tietoja näistä yhdisteistä ei ole kattavasti saatavilla. Yhdisteiden stabiilisuus ja hapetusluvut voivat poiketa kevyemmistä halogeeneista.

Käyttö, turvallisuus ja merkitys

Tennessiiniä ei esiinny luonnossa vapaana eikä sillä ole tunnettuja kaupallisia käyttötarkoituksia. Sitä tuotetaan vain perustutkimusta varten hyvin pieninä määrinä. Koska kaikki tunnetut isotoopit ovat hyvin radioaktiivisia ja lyhytikäisiä, aineen käsittely vaatii erikoisvarusteet ja tarkat turvallisuusprotokollat ydinenergian tutkimuslaitoksissa.

Merkitys: Tennessiinin arvo on puhtaasti tieteellinen: sen synteesi ja tutkimus auttavat laajentamaan tutkijoiden ymmärrystä erittäin raskaiden atomien ydin- ja elektronirakenteesta, relativistisista vaikutuksista atomitasolla sekä jaksollisen järjestelmän käyttäytymisestä äärimmäisissä olosuhteissa.

Huomautus: Edellisessä kappaleessa alkuperäisessä tekstissä mainittu väite "se on uusin löydetty alkuaine vuonna 2019" ei ole tarkka ilmaisu. Tennessiinin ensimmäiset syntetisoinnit tapahtuivat vuosina 2010–2012, ja sen nimeäminen vahvistettiin IUPACin toimesta vuonna 2016.

Historia

Ennen löytämistä

Vuonna 2004 Dubnassa, Moskovan alueella Venäjällä sijaitseva Joint Institute for Nuclear Research (JINR) -ryhmä suunnitteli kokeen alkuaineen 117 luomiseksi. Tätä varten heidän oli sulatettava alkuaineet berkelium (alkuaine 97) ja kalsium (alkuaine 20). Yhdysvaltalainen Oak Ridge National Laboratoryn ryhmä, joka on maailman ainoa berkeliumin tuottaja, oli kuitenkin lopettanut berkeliumin valmistuksen joksikin aikaa. Niinpä he loivat alkuaineen 118 käyttämällä ensin kaliforniumia (alkuaine 98) ja kalsiumia.

Venäläisryhmä halusi käyttää berkeliumia, koska kokeessa käytetyssä kalsiumin isotoopissa, kalsium-48:ssa, on 20 protonia ja 28 neutronia. Tämä on kevyin vakaa tai lähes vakaa ydin (atomin keskus), jossa on paljon enemmän neutroneja kuin protoneja. Sinkki-68 on toiseksi kevyin tällainen ydin, mutta se on kalsium-48:aa raskaampi. Koska tennessiinissä on 117 protonia, tarvitaan toinen atomi, jossa on 97 protonia, jotta se voidaan yhdistää kalsiumatomiin, ja berkeliumissa on 97 protonia.

Kokeessa berkeliumista tehdään kohde, ja kalsiumia ammutaan säteenä berkelium-kohteeseen. Kalsiumsäde luodaan Venäjällä poistamalla luonnollisesta kalsiumista pieni määrä kalsium-48:aa kemiallisin keinoin. Kokeen jälkeen syntyvä ydin on raskaampi ja lähempänä vakauden saareketta. Tämä on ajatus siitä, että jotkin hyvin raskaat atomit voivat olla varsin stabiileja.

Tennessinen löytö

Vuonna 2008 yhdysvaltalainen tiimi aloitti uudelleen berkeliumin luomisen, ja he kertoivat siitä venäläiselle tiimille. Ohjelmassa valmistettiin 22 milligrammaa berkeliumia, ja tämä riittää kokeeseen. Pian sen jälkeen berkelium jäähdytettiin 90 päivässä ja siitä tehtiin puhtaampaa kemiallisin keinoin vielä 90 päivässä. Berkeliumkohde oli vietävä nopeasti Venäjälle, koska käytetyn berkeliumin isotoopin, berkelium-249:n, puoliintumisaika on vain 330 päivää. Toisin sanoen 330 päivän kuluttua puolet berkeliumista ei ole enää berkeliumia. Itse asiassa, jos koetta ei olisi aloitettu kuusi kuukautta kohteen valmistamisen jälkeen, se olisi peruttu, koska berkeliumia ei ollut tarpeeksi kokeeseen. Kesällä 2009 kohde pakattiin viiteen lyijykonttiin ja lähetettiin kaupallisella lennolla New Yorkista Moskovaan.

Molempien joukkueiden oli kohdattava byrokraattinen este Amerikan ja Venäjän välillä ennen kuin ne lähettivät berkelium-kohteen, jotta se saapuisi Venäjälle ajoissa. Ongelmia oli kuitenkin edelleen: Venäjän tulli ei päästänyt berkeliumkohtaa maahan kahdesti puuttuvien tai puutteellisten papereiden vuoksi. Vaikka kohde ylitti Atlantin valtameren viisi kertaa, koko matka kesti vain muutaman päivän. Kun kohde lopulta saapui Moskovaan, se lähetettiin Dimitrovgradiin, Uljanovskin alueelle. Siellä kohde asetettiin ohuen titaanikalvon (kerroksen) päälle. Tämä kalvo lähetettiin sitten Dubnaan, jossa se asetettiin JINR-hiukkaskiihdyttimen sisälle. Tämä hiukkaskiihdytin on maailman tehokkain hiukkaskiihdytin, jolla luodaan erittäin raskaita alkuaineita.

Kokeilu alkoi kesäkuussa 2009. Tammikuussa 2010 Flerovin ydinreaktioiden laboratorion tutkijat ilmoittivat laboratoriossaan, että he olivat löytäneet uuden alkuaineen, jonka järjestysluku on 117, hajoamisen kahden hajoamisketjun avulla. Pariton isotooppi tekee 6 alfahajoamista ennen spontaania (äkillistä) fissiota. Pariton-pari-isotooppi tekee 3 alfahajoamista ennen fissiota. Virallinen raportti julkaistiin 9. huhtikuuta 2010 Physical Review Letters -lehdessä. Se osoitti, että hajoamisketjuissa mainitut isotoopit olivat²⁹⁴ Ts ja²⁹³ Ts. Isotoopit valmistettiin seuraavasti:

²⁴⁹Bk +⁴⁸ Ca →²⁹⁷ Ts* →²⁹⁴ Ts + 3 n (1 tapahtuma)

²⁴⁹Bk +⁴⁸ Ca →²⁹⁷ Ts* →²⁹³ Ts + 4 n (5 tapahtumaa).

 

Berkelium-kohde, jota käytetään tennessiinin synteesiin, liuoksena.  

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on Tennessinin symboli?

K: Mikä on Tennessiinin järjestysluku?

K: Mihin jaksollisen järjestelmän ryhmään Tennessine kuuluu?

K: Mitä ominaisuuksia sillä on?

K: Kuka löysi tennessiinin ja milloin siitä ilmoitettiin?

K: Käytetäänkö sitä tällä hetkellä muuhun kuin tutkimustarkoituksiin?

K: Mistä se on saanut nimensä?

Hae kirjaimella