Einsteina - Einsteinium

Einstein,  ₉₉ Es

Einsteina
Wymowa	/ Aɪ n s t aɪ n i ə m / ( eyen- STY -nee-əm )
Wygląd zewnętrzny	srebrzysty; świeci na niebiesko w ciemności
Liczba masowa	[252]
Einsteinium w układzie okresowym
Wodór Hel Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton Rubid Stront Itr Cyrkon Niob Molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson Ho ↑ Es ↓ (Upt) kaliforn ← einstein → ferm
Liczba atomowa ( Z )	99
Grupa	grupa nie dotyczy
Okres	okres 7
Blok	f-blok
Konfiguracja elektronów	[ Rn ] 5f 11 7s 2
Elektrony na powłokę	2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
Właściwości fizyczne
Faza w  STP	solidny
Temperatura topnienia	1133  K ​(860 °C, ​1580 °F)
Temperatura wrzenia	1269 K (996 ° C, 1825 ° F) (szacunkowo)
Gęstość (w pobliżu  rt )	8,84 g / cm 3
Właściwości atomowe
Stany utleniania	+2, +3 , +4
Elektroujemność	Skala Paulinga: 1,3
Energie jonizacji
Linie widmowe einsteinium
Inne właściwości
Naturalne występowanie	syntetyczny
Struktura krystaliczna	płaskocentryczną sześcienny (FCC)
Zamawianie magnetyczne	paramagnetyczny
Numer CAS	7429-92-7
Historia
Nazewnictwo	według Alberta Einsteina
Odkrycie	Lawrence Berkeley Krajowe Laboratorium (1952)
Główne izotopy einsteinium
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt 252 Es syn 471.7 d α 248 Bk ε 252 Por β − 252 Fm 253 Es syn 20,47 dnia SF – α 249 Bk 254 Es syn 275,7 dnia ε 254 Cf β − 254 FM α 250 Bk 255 Es syn 39,8 dnia β − 255 FM α 251 Bk SF –
Kategoria: Einsteina pogląd rozmowa edytować | Bibliografia

Einsteinium to pierwiastek syntetyczny o symbolu Es i liczbie atomowej 99. Einsteinium należy do serii aktynowców i jest siódmym pierwiastkiem transuranowym . Został nazwany na cześć Alberta Einsteina .

Einsteinium został odkryty jako składnik szczątków pierwszej eksplozji bomby wodorowej w 1952 roku. Jego najczęstszy izotop einsteinium-253 (okres półtrwania 20,47 dni) jest wytwarzany sztucznie z rozpadu kalifornu -253 w kilku dedykowanych reaktorach jądrowych dużej mocy z całkowitą wydajnością rzędu jednego miligrama rocznie. Po syntezie reaktora następuje złożony proces oddzielania einsteinu-253 od innych aktynowców i produktów ich rozpadu. Inne izotopy są syntetyzowane w różnych laboratoriach, ale w znacznie mniejszych ilościach, przez bombardowanie ciężkich pierwiastków aktynowych lekkimi jonami. Ze względu na niewielkie ilości produkowanego einsteinium i krótki okres półtrwania jego najłatwiejszego do wytworzenia izotopu, obecnie praktycznie nie ma dla niego praktycznych zastosowań poza podstawowymi badaniami naukowymi. W szczególności einsteinium zostało użyte do syntezy po raz pierwszy 17 atomów nowego pierwiastka mendelevium w 1955 roku.

Einsteinium to miękki, srebrzysty, paramagnetyczny metal . Jego chemia jest typowa dla późnych aktynowców, z przewagą stanu utlenienia +3 ; stan utlenienia +2 jest również dostępny, zwłaszcza w ciałach stałych. Wysoka radioaktywność einsteinium-253 wytwarza widoczną poświatę i szybko uszkadza jej krystaliczną sieć metalową, uwalniając ciepło około 1000 watów na gram. Trudności w badaniu jego właściwości wynikają z rozpadu einsteinu-253 na berkel -249, a następnie kaliforn-249 w tempie około 3% dziennie. Izotop einsteinium o najdłuższym okresie półtrwania, einsteinium-252 (okres półtrwania 471,7 dnia), byłby bardziej odpowiedni do badania właściwości fizycznych, ale okazał się znacznie trudniejszy w produkcji i jest dostępny tylko w niewielkich ilościach, a nie hurtowo. Einsteinium jest pierwiastkiem o najwyższej liczbie atomowej, który zaobserwowano w ilościach makroskopowych w czystej postaci i był to powszechny krótkożyciowy izotop einsteinium-253.

Podobnie jak wszystkie syntetyczne pierwiastki transuranowe, izotopy einsteinium są bardzo radioaktywne i są uważane za wysoce niebezpieczne dla zdrowia po spożyciu.

Historia

Einsteinium zostało po raz pierwszy zidentyfikowane w grudniu 1952 roku przez Alberta Ghiorso i współpracowników z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley we współpracy z Argonne i Los Alamos National Laboratories, w wyniku testu nuklearnego Ivy Mike . Test został przeprowadzony 1 listopada 1952 roku na atolu Enewetak na Oceanie Spokojnym i był pierwszym udanym testem bomby wodorowej . Wstępne badania szczątków z eksplozji wykazały produkcję nowego izotopu plutonu ,²⁴⁴
₉₄Pu
, który mógł powstać jedynie w wyniku absorpcji sześciu neutronów przez jądro uranu-238, po którym nastąpiły dwa rozpady beta .

${\ Displaystyle {\ ce {^ {238} _ {92} U-> [{\ ce {+ 6 (n \ gamma)}} [-2 \ \ beta ^ {-}] {} _ {94 }^{244}Pu}}}$

W tamtym czasie uważano, że absorpcja wielu neutronów jest niezwykle rzadkim procesem, ale identyfikacja ²⁴⁴
₉₄Pu
wskazuje, że jeszcze więcej neutronów mogło zostać wychwyconych przez jądra uranu, wytwarzając w ten sposób nowe pierwiastki cięższe niż kaliforn .

Ghiorso i współpracownicy przeanalizowali bibuły filtracyjne, które przeleciały przez chmurę wybuchu w samolotach (ta sama technika pobierania próbek, która została użyta do odkrycia ²⁴⁴
₉₄Pu
). Większe ilości materiału radioaktywnego wyizolowano później z szczątków koralowców atolu, które dostarczono do USA. Separację podejrzanych nowych pierwiastków przeprowadzono w obecności roztworu buforowego kwas cytrynowy / amon w słabo kwaśnym środowisku ( pH ≈ 3,5 ), stosując wymianę jonową w podwyższonych temperaturach; W końcu odzyskano mniej niż 200 atomów einsteinu. Niemniej jednak pierwiastek 99 (einsteinium), a mianowicie jego izotop ²⁵³ Es, można było wykryć poprzez charakterystyczny wysokoenergetyczny rozpad alfa przy 6,6 MeV. Został wyprodukowany przez wychwytywanie 15 neutronów przez jądra uranu-238, a następnie siedem rozpadów beta, a jego okres półtrwania wynosił 20,5 dnia. Taka wielokrotna absorpcja neutronów była możliwa dzięki wysokiej gęstości strumienia neutronów podczas detonacji, dzięki czemu nowo wygenerowane ciężkie izotopy miały mnóstwo dostępnych neutronów do wchłonięcia, zanim zdążyły rozpaść się na lżejsze pierwiastki. Wychwyt neutronów początkowo podniósł liczbę masową bez zmiany liczby atomowej nuklidu, a towarzyszące rozpady beta skutkowały stopniowym wzrostem liczby atomowej:

${\ Displaystyle {\ ce {^ {238} _ {92} U -> [{\ ce {+15n}}][6 \ beta ^ -] ^ {253} _ {98} Cf -> [\ beta ^ -] ^{253}_{99}Es}}}$

Jednak około ²³⁸ atomów U może wchłonąć dwa dodatkowe neutrony (w sumie 17), dając w rezultacie ²⁵⁵ Es, a także izotop ²⁵⁵ Fm innego nowego pierwiastka, fermu . Odkrycie nowych pierwiastków i związane z nimi nowe dane dotyczące wychwytywania wielu neutronów były początkowo utrzymywane w tajemnicy na rozkaz armii amerykańskiej do 1955 r. z powodu napięć związanych z zimnem wojny i konkurencji ze Związkiem Radzieckim w zakresie technologii nuklearnych. Jednak szybkie wychwytywanie tak wielu neutronów dostarczyłoby potrzebnego bezpośredniego eksperymentalnego potwierdzenia tak zwanej absorpcji wielokrotnych neutronów w procesie r, potrzebnej do wyjaśnienia kosmicznej nukleosyntezy (produkcji) niektórych ciężkich pierwiastków chemicznych (cięższych niż nikiel) w wybuchach supernowych , zanim rozpad beta . Taki proces jest potrzebny do wyjaśnienia istnienia wielu stabilnych pierwiastków we wszechświecie.

Tymczasem izotopy pierwiastka 99 (a także nowego pierwiastka 100, ferm ) zostały wyprodukowane w laboratoriach Berkeley i Argonee, w reakcji jądrowej między azotem -14 a uranem-238, a później przez intensywne napromieniowanie neutronowe plutonu lub kalifornu :

${\ Displaystyle {\ ce {^ {252} _ {98} Cf -> [{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {253} _ {98} Cf -> [\ beta ^ -][ 17.81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{254}_{99}Es ->[\beta^- ] ^{254}_{100}Fm}}}$

Wyniki te zostały opublikowane w kilku artykułach w 1954 roku z zastrzeżeniem, że nie były to pierwsze badania, które przeprowadzono na elementach. Zespół z Berkeley przedstawił również pewne wyniki dotyczące właściwości chemicznych einsteinu i fermu. Wyniki Ivy Mike zostały odtajnione i opublikowane w 1955 roku.

W ich odkryciu elementów 99 i 100, amerykańskie zespoły nie konkurowały z grupą w Instytucie Nobla w dziedzinie fizyki , Sztokholm , Szwecja . Na przełomie 1953 i 1954 szwedzkiej grupie udało się zsyntetyzować lekkie izotopy pierwiastka 100, w szczególności ²⁵⁰ Fm, bombardując uran jądrami tlenu. Wyniki te opublikowano również w 1954 roku. Niemniej jednak, priorytet zespołu Berkeley był powszechnie uznawany, ponieważ jego publikacje poprzedzały szwedzki artykuł i opierały się na wcześniej nieujawnionych wynikach wybuchu termojądrowego z 1952 roku; w ten sposób zespół Berkeley otrzymał przywilej nazwania nowych elementów. Ponieważ wysiłek, który doprowadził do zaprojektowania Ivy Mike'a został nazwany kryptonimem Projekt PANDA, element 99 został żartobliwie nazwany „Pandemonium”, ale oficjalne nazwy sugerowane przez grupę z Berkeley pochodzą od dwóch wybitnych naukowców, Alberta Einsteina i Enrico Fermi : „Sugerujemy nazwa pierwiastka o liczbie atomowej 99, einsteinium (symbol E) po Albert Einstein oraz nazwa pierwiastka o liczbie atomowej 100, ferm (symbol Fm), po Enrico Fermi." Zarówno Einstein, jak i Fermi zmarli od czasu, gdy nazwiska zostały pierwotnie zaproponowane, a kiedy zostały ogłoszone. Odkrycie tych nowych pierwiastków zostało ogłoszone przez Alberta Ghiorso podczas pierwszej Genewskiej Konferencji Atomowej, która odbyła się w dniach 8-20 sierpnia 1955 r. Symbol einsteinium został najpierw nadany jako „E”, a później zmieniony na „Es” przez IUPAC.

Charakterystyka

Fizyczny

Einsteinium to syntetyczny, srebrzystobiały, radioaktywny metal. W układzie okresowym znajduje się na prawo od aktynowca kalifornijskiego , na lewo od aktynowca fermowego i poniżej lantanowca holmium, z którym ma wiele podobieństw we właściwościach fizycznych i chemicznych. Jego gęstość 8,84 g/cm ³ jest niższa niż kalifornu (15,1 g/cm ³ ) i prawie taka sama jak holmu (8,79 g/cm ³ ), mimo że atomowy einstein jest znacznie cięższy niż holm. Temperatura topnienia einsteinu (860 °C) jest również stosunkowo niska – poniżej kalifornu (900 °C), fermu (1527 °C) i holmu (1461 °C). Einstein jest metalem miękkim, którego moduł objętościowy wynosi zaledwie 15 GPa, co jest jedną z najniższych wartości wśród metali niealkalicznych .

W przeciwieństwie do lżejszych aktynowców kaliforn , berkel , kiur i ameryk, które krystalizują w podwójnej heksagonalnej strukturze w warunkach otoczenia, uważa się, że einsteinium ma sześcienną ( fcc ) symetrię wyśrodkowaną z grupą przestrzenną Fm 3 m i stałą sieci a = 575 godz. Istnieje jednak doniesienie o heksagonalnym metalu einsteinowym w temperaturze pokojowej o a = 398 µm i c = 650 µm, który przekształcił się w fazę fcc po podgrzaniu do 300°C.

Samouszkodzenie wywołane przez radioaktywność einsteinium jest tak silne, że szybko niszczy sieć krystaliczną, a uwolniona podczas tego procesu energia, 1000 watów na gram ²⁵³ Es, wywołuje widoczny blask. Procesy te mogą przyczynić się do stosunkowo niskiej gęstości i temperatury topnienia einsteinium. Ponadto, ze względu na mały rozmiar dostępnych próbek, często wywnioskowano temperaturę topnienia einsteinium, obserwując podgrzewaną próbkę w mikroskopie elektronowym. Tak więc efekty powierzchniowe w małych próbkach mogą obniżyć wartość temperatury topnienia.

Metal jest trójwartościowy i ma zauważalnie wysoką lotność. W celu zmniejszenia uszkodzeń wywołanych promieniowaniem własnym, większość pomiarów stałego einsteinu i jego związków wykonuje się zaraz po wyżarzaniu termicznym. Ponadto, niektóre związki są badane pod atmosferze gazu redukującego, na przykład H ₂ O + HCI do EsOCl tak, że próbka jest częściowo regenerować podczas rozkładu.

Oprócz samozniszczenia stałego einsteinu i jego związków, inne nieodłączne trudności w badaniu tego pierwiastka to niedobór – najpowszechniejszy izotop ²⁵³ Es jest dostępny tylko raz lub dwa razy w roku w ilościach submiligramowych – oraz samozanieczyszczenie spowodowane szybkim konwersja einsteinu do berkelu, a następnie do kalifornu w tempie około 3,3% dziennie:

${\ Displaystyle {\ ce {^ {253} _ {99} Es -> [\ alfa][20 {\ ce {d}}] ^ {249} _ {97} Bk -> [\ beta ^ -][ 314 {\ce {d}}] ^ {249} _ {98} Cf}}}$

W związku z tym większość próbek einsteinium jest zanieczyszczona, a ich wewnętrzne właściwości są często określane przez ekstrapolację danych eksperymentalnych zgromadzonych w czasie. Inne techniki eksperymentalne mające na celu obejście problemu zanieczyszczenia obejmują selektywne wzbudzanie optyczne jonów einsteinu za pomocą przestrajalnego lasera, na przykład badanie jego właściwości luminescencyjnych.

Właściwości magnetyczne zbadano dla metalu einsteinowego, jego tlenku i fluoru. Wszystkie trzy materiały wykazywały zachowanie paramagnetyczne Curie-Weissa od ciekłego helu do temperatury pokojowej. Efektywne momenty magnetyczne obliczono jako10,4 ± 0,3  μ _B Es ₂ O ₃ a11,4 ± 0,3 μ _B na EFS ₃ , które mają najwyższe wartości między aktynowców, i odpowiednich temperaturach Curie są 53 i 37 K.

Chemiczny

Jak wszystkie aktynowce, einsteinium jest raczej reaktywne. Jego trójwartościowy stan utlenienia jest najbardziej stabilny w ciałach stałych i roztworach wodnych, gdzie wywołuje bladoróżowy kolor. Istnienie dwuwartościowego einsteinium jest mocno ustalone, zwłaszcza w fazie stałej; taki stan +2 nie jest obserwowany w wielu innych aktynowcach, m.in. protaktyn , uran , neptun , pluton, kiur i berkel. Związki einsteinu(II) można otrzymać, na przykład, redukując einsteinium(III ) chlorkiem samaru(II) . Stan utlenienia +4 był postulowany na podstawie badań par i jest jeszcze niepewny.

Izotopy

Dla einsteinium znanych jest dziewiętnaście izotopów i trzy izomery jądrowe , których liczba masowa wynosi od 240 do 257. Wszystkie są radioaktywne, a najbardziej stabilny nuklid, ²⁵² Es, ma okres półtrwania 471,7 dnia. Kolejne najbardziej stabilne izotopy to ²⁵⁴ Es (okres półtrwania 275,7 dni), ²⁵⁵ Es (39,8 dni) i ²⁵³ Es (20,47 dni). Wszystkie pozostałe izotopy mają okres półtrwania krótszy niż 40 godzin, a większość z nich rozpada się w czasie krótszym niż 30 minut. Spośród trzech izomerów jądrowych najbardziej stabilny jest ^{254 m} Es z okresem półtrwania 39,3 godziny.

Rozszczepienia jądrowego

Einsteinium charakteryzuje się dużą szybkością rozszczepiania jądra, co skutkuje niską masą krytyczną dla długotrwałej reakcji łańcuchowej jądra . Masa ta wynosi 9,89 kg dla nagiej kuli z izotopu ²⁵⁴ Es i może być obniżona do 2,9 kg przez dodanie 30-centymetrowego stalowego reflektora neutronowego lub nawet do 2,26 kg z reflektorem wodnym o grubości 20 cm. Jednak nawet ta niewielka masa krytyczna znacznie przekracza całkowitą ilość wyizolowanego do tej pory einsteinium, zwłaszcza rzadkiego izotopu ²⁵⁴ Es.

Naturalne występowanie

Ze względu na krótki okres półtrwania wszystkich izotopów einsteinium, każdy pierwotny einsteinium – to znaczy einsteinium, który mógł być obecny na Ziemi podczas jej powstawania – już dawno uległ rozkładowi. Synteza einsteinu z naturalnie występujących aktynowców, uranu i toru w skorupie ziemskiej, wymaga wielokrotnego wychwytywania neutronów, co jest niezwykle mało prawdopodobnym zdarzeniem. Dlatego cały ziemski einsteinium jest produkowany w laboratoriach naukowych, reaktorach jądrowych dużej mocy lub w testach broni jądrowej i jest obecny tylko w ciągu kilku lat od czasu syntezy.

Pierwiastki transuranowe od ameryku do fermu , w tym einstein, występowały naturalnie w naturalnym reaktorze rozszczepienia jądrowego w Oklo , ale już tego nie robią.

Einsteinium zaobserwowano i wykryto w Gwieździe Przybylskiego w 2008 roku.

Synteza i ekstrakcja

Einsteinium jest produkowane w niewielkich ilościach przez bombardowanie lżejszych aktynowców neutronami w dedykowanych wysokoprzepływowych reaktorach jądrowych . Największym na świecie źródłem napromieniania są 85-megawat High Flux Isotope Reactor (HFIR) w Oak Ridge National Laboratory w Tennessee, USA i pętli reaktora SM-2 w Instytucie Atomowej Reaktory (NIIAR) w Dimitrowgrad, Rosji , które są przeznaczone do produkcji elementów transcurium ( Z  > 96). Obiekty te mają podobne poziomy mocy i strumienia i oczekuje się, że będą miały porównywalne zdolności produkcyjne dla pierwiastków transkurium, chociaż ilości produkowane w NIIAR nie są szeroko zgłaszane. W „typowej kampanii przetwórczej” w Oak Ridge napromieniowano dziesiątki gramów kiuru w celu wytworzenia decygramowych ilości kalifornu , miligramowych ilości berkelu ( ²⁴⁹ Bk) oraz einsteinu i pikogramowych ilości fermu .

Pierwszą mikroskopijną próbkę ²⁵³ Es o wadze około 10 nanogramów przygotowano w 1961 roku w HFIR. Zaprojektowano specjalną wagę magnetyczną, aby oszacować jej wagę. Większe partie zostały wyprodukowane później, zaczynając od kilku kilogramów plutonu z wydajnością einsteinu (głównie ²⁵³ Es) 0,48 miligrama w latach 1967-1970, 3,2 miligrama w 1971-1973, a następnie stałej produkcji około 3 miligramów rocznie w latach 1974-1978. Ilości te jednak odnoszą się do całkowitej ilości w celu zaraz po napromieniowaniu. Kolejne procedury separacji z grubsza dziesięciokrotnie zmniejszyły ilość izotopowo czystego einsteinium.

Synteza laboratoryjna

Ciężki napromienianie plutonu wyniki w czterech głównych izotopów einsteinium: ²⁵³ Es (α-emitera z półtrwania 20,47 dni z rozszczepienia spontanicznego półtrwania 7 x 10 ⁵ lat); ^{254 m} Es (emiter β z okresem półtrwania 39,3 godziny), ²⁵⁴ Es (emiter α z okresem półtrwania około 276 dni) i ²⁵⁵ Es (emiter β z okresem półtrwania 39,8 dnia). Alternatywna droga polega na bombardowaniu uranu-238 wiązkami jonów azotu lub tlenu o dużej intensywności.

Einsteinium-247 (okres półtrwania 4,55 minuty) wytworzono przez napromieniowanie ameryku-241 węglem lub uranu-238 jonami azotu. Ta ostatnia reakcja została po raz pierwszy zrealizowana w 1967 roku w Dubnej w Rosji, a zaangażowani naukowcy otrzymali Nagrodę im . Lenina Komsomola .

Izotop ²⁴⁸ Es wytworzono przez napromieniowanie ²⁴⁹ Cf jonami deuteru . Rozpada się głównie poprzez emisję elektronów do ²⁴⁸ Cf z okresem półtrwania25 ± 5 minut, ale uwalnia również cząstki α o energii 6,87 MeV, przy stosunku elektronów do cząstek α ​​wynoszącym około 400.

${\ Displaystyle {\ ce {^ {249} _ {98} Cf + ^ {2} _ {1} D -> ^ {2} _ {99} Es + 3 ^ {1} _ {0} n}} \quad \left({\ce {^{248}_{99}Es ->[\epsilon][27 {\ce {min}}] ^{248}_{98}Cf}}\right)}$

Cięższe izotopy ²⁴⁹ Es, ²⁵⁰ Es, ²⁵¹ Es i ²⁵² Es otrzymano przez bombardowanie ²⁴⁹ Bk cząstkami α. W tym procesie uwalnia się od jednego do czterech neutronów, umożliwiając powstanie czterech różnych izotopów w jednej reakcji.

${\ Displaystyle {\ ce {^ {249} _ {97} Bk -> [+ \ alfa] ^ {249 250 251 252 _ {99} Es}}}$

Einsteinium-253 wytworzono przez napromieniowanie 0,1-0,2 miligrama tarczy ²⁵² Cf strumieniem neutronów termicznych (2-5) x 10 ¹⁴ neutronów·cm- ² ·s- ¹ przez 500-900 godzin:

${\ Displaystyle {\ ce {^ {252} _ {98} Cf -> [{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {253} _ {98} Cf -> [\ beta ^ -][ 17,81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es}}}$

W 2020 roku naukowcy z Oak Ridge National Laboratory byli w stanie stworzyć 233 nanogramy ²⁵⁴ Es, nowy rekord świata. Pozwoliło to po raz pierwszy zbadać niektóre właściwości chemiczne pierwiastka.

Synteza w wybuchach jądrowych

Analiza szczątków w próbie nuklearnej 10 megaton Ivy Mike była częścią długoterminowego projektu. Jednym z celów którego było zbadanie efektywności produkcji pierwiastków transuranowych w wybuchach jądrowych dużej mocy. Motywacją do tych eksperymentów było to, że synteza takich pierwiastków z uranu wymaga wielokrotnego wychwytywania neutronów. Prawdopodobieństwo takich zdarzeń wzrasta wraz ze strumieniem neutronów , a wybuchy jądrowe są najpotężniejszymi sztucznymi źródłami neutronów, zapewniającymi gęstości rzędu 10 ²³ neutronów/cm ² w ciągu mikrosekundy, czyli około 10 ²⁹ neutronów/(cm ² ·s ). Dla porównania strumień reaktora HFIR wynosi 5 × 10 ¹⁵ neutronów/(cm ² ·s). Specjalne laboratorium zostało utworzone na atolu Enewetak do wstępnej analizy szczątków, ponieważ niektóre izotopy mogły ulec rozkładowi, zanim próbki szczątków dotarły do ​​kontynentalnej części Stanów Zjednoczonych. Laboratorium otrzymywało próbki do analizy tak szybko, jak to możliwe, z samolotów wyposażonych w filtry papierowe który przeleciał nad atolem po testach. Podczas gdy oczekiwano odkrycia nowych pierwiastków chemicznych cięższych od fermu, żadnego z nich nie znaleziono nawet po serii megatonowych eksplozji przeprowadzonych w latach 1954-1956 na atolu.

Wyniki atmosferyczne zostały uzupełnione podziemnymi danymi testowymi zgromadzonymi w latach 60. na poligonie w Nevadzie , ponieważ oczekiwano, że potężne eksplozje przeprowadzane w ograniczonej przestrzeni mogą skutkować poprawą wydajności i cięższymi izotopami. Oprócz tradycyjnych ładunków uranowych wypróbowano kombinacje uranu z amerykiem i torem , a także mieszany ładunek plutonowo-neptunowy, ale były one mniej skuteczne pod względem wydajności i przypisywano im większe straty ciężkich izotopów ze względu na zwiększone szybkości rozszczepiania w ładunkach ciężkich pierwiastków. Izolacja produktu była problematyczna, ponieważ eksplozje rozprzestrzeniały gruz poprzez topienie i odparowywanie okolicznych skał na głębokościach 300–600 metrów. Wiercenie na takie głębokości w celu wydobycia produktów było zarówno powolne, jak i nieefektywne pod względem zebranych ilości.

Spośród dziewięciu podziemnych testów, które przeprowadzono w latach 1962-1969, ostatni był najpotężniejszy i miał najwyższą wydajność pierwiastków transuranu. Miligramy einsteinium, które normalnie wymagałyby napromieniowania w reaktorze o dużej mocy, zostały wyprodukowane w ciągu mikrosekundy. Jednak głównym praktycznym problemem całej propozycji było zebranie radioaktywnych szczątków rozproszonych przez potężny wybuch. Filtry lotnicze zaadsorbowały tylko około 4 × 10 ^{− 14} całkowitej ilości, a zebranie ton koralowców na atolu Enewetak zwiększyło tę frakcję tylko o dwa rzędy wielkości. Ekstrakcja około 500 kilogramów podziemnej skały 60 dni po eksplozji Klatka odzyskać tylko około 1 x 10 ^{- 7} z całkowitych. Ilość pierwiastków transuranowych w tej 500-kilogramowej partii była tylko 30-krotnie wyższa niż w 0,4 kg skale zebranej 7 dni po teście, co wykazało wysoce nieliniową zależność uzysku pierwiastków transuranowych od ilości wydobytej skały radioaktywnej. Szyby zostały wywiercone na miejscu przed testem w celu przyspieszenia pobierania próbek po wybuchu, tak aby eksplozja wyrzuciła materiał radioaktywny z epicentrum przez szyby i do gromadzenia się objętości w pobliżu powierzchni. Metoda ta została wypróbowana w dwóch testach i natychmiast dostarczyła setki kilogramów materiału, ale o stężeniu aktynowców 3 razy niższym niż w próbkach uzyskanych po wierceniu. Chociaż taka metoda mogła być skuteczna w badaniach naukowych izotopów krótkożyciowych, nie mogła poprawić ogólnej wydajności zbierania wytworzonych aktynowców.

Chociaż w szczątkach testów jądrowych nie można było wykryć żadnych nowych pierwiastków (poza einsteinem i fermem), a całkowita wydajność pierwiastków transuranu była rozczarowująco niska, testy te dostarczyły znacznie wyższych ilości rzadkich ciężkich izotopów niż wcześniej dostępne w laboratoriach.

Separacja

Procedura separacji einsteinium zależy od metody syntezy. W przypadku bombardowania lekkimi jonami w cyklotronie, ciężki jon jest przyczepiony do cienkiej folii, a wytworzony einstein jest po prostu zmywany z folii po napromieniowaniu. Jednak wytworzone ilości w takich eksperymentach są stosunkowo niskie. Wydajności są znacznie wyższe w przypadku napromieniania reaktora, ale tam produktem jest mieszanina różnych izotopów aktynowców, a także lantanowców wytwarzanych w rozpadach jądrowych. W tym przypadku izolacja einsteinium jest żmudną procedurą, która obejmuje kilka powtarzających się etapów wymiany kationów w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu oraz chromatografii. Oddzielenie od berkelu jest ważne, ponieważ najpowszechniejszy izotop einsteinu wytwarzany w reaktorach jądrowych, ²⁵³ Es, rozpada się z okresem półtrwania wynoszącym zaledwie 20 dni do ²⁴⁹ Bk, co jest szybkie w skali czasowej większości eksperymentów. Taka separacja polega na tym, że berkel łatwo utlenia się do stałego stanu +4 i wytrąca, podczas gdy inne aktynowce, w tym einsteinium, pozostają w stanie +3 w roztworach.

Oddzielenie trójwartościowych aktynowców od produktów rozszczepienia lantanowców można przeprowadzić na kolumnie z żywicą kationowymienną, stosując jako eluent roztwór 90% woda/10% etanol nasycony kwasem solnym (HCl) . Zwykle następuje po niej chromatografia anionowymienna z użyciem 6 molowego HCl jako eluentu. Kolumna z żywicą kationowymienną (kolumna Dowex-50) potraktowana solami amonowymi jest następnie używana do oddzielenia frakcji zawierających pierwiastki 99, 100 i 101. Pierwiastki te można następnie zidentyfikować w prosty sposób na podstawie ich pozycji/czasu elucji, stosując α-hydroksyizomaślan roztwór (α-HIB), na przykład jako eluent.

Oddzielenie 3+ aktynowców można również osiągnąć przez chromatografię z ekstrakcją rozpuszczalnikową, stosując kwas bis-(2-etyloheksylo)fosforowy (w skrócie HDEHP) jako stacjonarną fazę organiczną i kwas azotowy jako ruchomą fazę wodną. Sekwencja elucji aktynowców jest odwrócona od tej z kolumny z żywicą kationowymienną. Einsteinium oddzielone tą metodą ma tę zaletę, że nie zawiera organicznego środka kompleksującego, w porównaniu z oddzielaniem za pomocą kolumny z żywicą.

Przygotowanie metalu

Einsteinium jest wysoce reaktywny i dlatego do uzyskania czystego metalu z jego związków wymagane są silne środki redukujące. Można to osiągnąć poprzez redukcję fluorku einsteinu(III) metalicznym litem :

EsF ₃ + 3 Li → Es + 3 LiF

Jednak ze względu na niską temperaturę topnienia i wysoki współczynnik uszkodzeń wywołanych promieniowaniem własnym einsteinium ma wysoką prężność pary, wyższą niż fluorek litu. To sprawia, że ​​ta reakcja redukcji jest raczej nieefektywna. Zostało to wypróbowane we wczesnych próbach preparacji i szybko porzucone na rzecz redukcji tlenku einsteinu(III) metalicznym lantanem :

Es ₂ O ₃ + 2 La → 2 Es + La ₂ O ₃

Związki chemiczne

Struktura krystaliczna i stałe sieciowe niektórych związków Es

Pogarszać	Kolor	Symetria	Grupa kosmiczna	Nie	Symbol Pearsona	a ( po południu )	b (po południu)	c (po południu)
Es 2 O 3	Bezbarwny	Sześcienny	Ia 3	206	cI80	1076.6
Es 2 O 3	Bezbarwny	Jednoskośny	C2/m²	12	mS30	1411	359	880
Es 2 O 3	Bezbarwny	Sześciokątny	P 3 m1	164	HP5	370		600
ESF 3		Sześciokątny
ESF 4		Jednoskośny	C2/c	15	mS60
EsCl 3	Pomarańczowy	Sześciokątny	C6 3 /m²		HP8	727		410
EsBr 3	Żółty	Jednoskośny	C2/m²	12	mS16	727	1259	681
EsI 3	bursztyn	Sześciokątny	R 3	148	hR24	753		2084
EsOCl		Tetragonalny	P4/nmm			394,8		670.2

Tlenki

Tlenek einsteinu(III) (Es ₂ O ₃ ) otrzymano przez spalenie azotanu einsteinu(III). Tworzy bezbarwne kryształy sześcienne, które po raz pierwszy scharakteryzowano z próbek mikrogramowych o wielkości około 30 nanometrów. Dla tego tlenku znane są dwie inne fazy, jednoskośna i heksagonalna. Powstawanie określonej fazy Es ₂ O ₃ zależy od techniki przygotowania i historii próbki i nie ma wyraźnego diagramu fazowego. Wzajemne przemiany między trzema fazami mogą zachodzić spontanicznie w wyniku samonapromieniowania lub samoogrzewania. Faza heksagonalna jest izotypowa z tlenkiem lantanu(III), gdzie jon Es ³⁺ jest otoczony 6-koordynacyjną grupą jonów O ²⁻ .

Halogenki

Halogenki einsteinu znane są ze stopni utlenienia +2 i +3. Najbardziej stabilnym stanem jest +3 dla wszystkich halogenków od fluorku do jodku.

Einsteinium (III), fluorek (ESI + ₃ ) można wytrącać z einsteinium (III), w roztworach chlorku reakcji z fluorku jony. Alternatywną procedurą przygotowania jest poddanie tlenku einsteinu(III) działaniu trifluorku chloru (ClF ₃ ) lub gazowego F ₂ pod ciśnieniem 1–2 atmosfer i w temperaturze od 300 do 400 °C. EFS ₃ krystaliczna struktura heksagonalna, jak w CALIFORNIUM (III), fluorek (CFF ₃ ), w którym Es ³⁺ jony 8-krotnie koordynowany przez jony fluoru w bicapped trójkątny pryzmatu układzie.

Chlorek einsteinium (III) (EsCl ₃ ) może być przygotowany przez wyżarzanie einsteinium (III), tlenku, w atmosferze suchej pary chlorowodoru w temperaturze około 500 ° C przez około 20 minut. Krystalizuje po ochłodzeniu do około 425 ° C, w postaci pomarańczowego ciała stałego o heksagonalnej strukturze ucl ₃ typu , w którym atomy einsteinium są 9-krotnie koordynowany przez atomy chloru w tricapped pryzmat trójkątny geometrii. Einsteinium (III) bromek (ESBR ₃ ) jest blado-żółtą substancję stałą z jednoskośną strukturę AlCl _3, typu , w którym atomy einsteinium są octahedrally skoordynowane bromu (liczba koordynacyjna 6).

Dwuwartościowe związki einsteinium otrzymuje się przez redukcję trójwartościowych halogenków wodorem :

2 EsX ₃ + H ₂ → 2 EsX ₂ + 2 HX, X = F, Cl, Br, I

Einsteinium (II) (EsCl ₂ ) einsteinium (II), bromek (ESBR ₂ ) i einsteinium (II), jodek (ESI ₂ ) zostały wyprodukowane i charakteryzowano za pomocą absorpcji optycznej bez informacji strukturalnej jeszcze dostępne.

Znane oksyhalogenki einsteinu obejmują EsOCl, EsOBr i EsOI. Sole te są syntetyzowane przez traktowanie trihalogenku z mieszaniny pary wodnej i odpowiadającego halogenowodorku, na przykład EsCl ₃ + H ₂ O / HCI do uzyskania EsOCl.

Związki organoeinsteinium

Wysoka radioaktywność einsteinium ma potencjalne zastosowanie w radioterapii , a kompleksy metaloorganiczne zostały zsyntetyzowane w celu dostarczenia atomów einsteinu do odpowiedniego narządu w organizmie. Przeprowadzono eksperymenty na wstrzykiwaniu cytrynianu einsteinium (jak również związków fermu) psom. Einstein(III) został również włączony do kompleksów chelatowych beta-diketonów , ponieważ analogiczne kompleksy z lantanowcami wykazywały wcześniej najsilniejszą luminescencję wzbudzaną UV wśród związków metaloorganicznych. Podczas przygotowywania kompleksów einsteinium jony Es ³⁺ zostały 1000 razy rozcieńczone jonami Gd ³⁺ . Pozwoliło to na zmniejszenie uszkodzeń popromiennych tak, aby związki nie rozpadły się w ciągu 20 minut wymaganych do pomiarów. Uzyskana luminescencja Es ³⁺ była zbyt słaba, aby można ją było wykryć. Tłumaczono to niekorzystnymi energiami względnymi poszczególnych składników związku, które utrudniały wydajny transfer energii z matrycy chelatowej do jonów Es ³⁺ . Podobny wniosek wyciągnięto dla innych aktynowców americium, berkelium i fermium.

Luminescencja jonów Es ³⁺ była natomiast obserwowana w roztworach nieorganicznego kwasu chlorowodorowego oraz w roztworze organicznym z kwasem di(2-etyloheksylo)ortofosforowym. Pokazuje szeroki pik przy około 1064 nanometrach (połowa szerokości około 100 nm), który może być wzbudzany rezonansowo światłem zielonym (długość fali około 495 nm). Żywotność luminescencji wynosi kilka mikrosekund, a wydajność kwantowa wynosi poniżej 0,1%. Stosunkowo wysokie, w porównaniu z lantanowcami, szybkości zaniku bezpromienistego w Es ³⁺ były związane z silniejszym oddziaływaniem elektronów f z wewnętrznymi elektronami Es ³⁺ .

Aplikacje

Poza podstawowymi badaniami naukowymi mającymi na celu wytwarzanie wyższych pierwiastków transuranowych i transaktynidów praktycznie nie ma zastosowania żaden izotop einsteinium .

W 1955 r. mendelevium zostało zsyntetyzowane przez napromieniowanie tarczy składającej się z około ¹⁰⁹ atomów ²⁵³ Es w 60-calowym cyklotronie w Berkeley Laboratory. W wyniku reakcji ²⁵³ Es(α,n) ²⁵⁶ Md uzyskano 17 atomów nowego pierwiastka o liczbie atomowej 101.

Rzadki izotop einsteinium-254 jest preferowany do produkcji ultraciężkich pierwiastków ze względu na jego dużą masę, stosunkowo długi okres półtrwania wynoszący 270 dni i dostępność w znacznych ilościach rzędu kilku mikrogramów. Stąd einsteinium-254 został użyty jako cel w próbie syntezy ununennium (pierwiastek 119) w 1985 roku przez bombardowanie go jonami wapnia-48 w akceleratorze liniowym superHILAC w Berkeley w Kalifornii. Nie zidentyfikowano żadnych atomów, wyznaczając górną granicę przekroju tej reakcji na 300 nanobarn .

${\ Displaystyle {\ ce {{^ {254} _ {99} Es} + {^ {48} _ {20} Ca} -> {^ {302} _ {119} Uue ^ {\ ast}} -> nie\ atomy}}}$

Einsteinium-254 zastosowano jako marker kalibracyjny w spektrometrze do analizy chemicznej („ analizator powierzchni z rozpraszaniem alfa ”) sondy księżycowej Surveyor 5 . Duża masa tego izotopu zmniejszyła nakładanie się widma między sygnałami ze znacznika a badanymi jaśniejszymi elementami powierzchni Księżyca.

Bezpieczeństwo

Większość dostępnych danych dotyczących toksyczności einsteinium pochodzi z badań na zwierzętach. Po spożyciu przez szczury tylko około 0,01% einsteinium kończy się w krwiobiegu. Stamtąd około 65% trafia do kości, gdzie pozostawałby przez około 50 lat, gdyby nie jego radioaktywny rozpad, nie mówiąc już o 3-letniej maksymalnej długości życia szczurów, 25% do płuc (okres półtrwania biologiczny około 20 lat, choć znowu jest to nieistotne ze względu na krótkie okresy półtrwania izotopów einsteinium), 0,035% w jądrach lub 0,01% w jajnikach – gdzie einsteinium pozostaje na czas nieokreślony. Około 10% spożytej ilości jest wydalane. Rozkład einsteinium na powierzchni kości jest równomierny i podobny do plutonu.

Bibliografia

Bibliografia

• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemia pierwiastków (wyd. 2). Butterworth-Heinemann. Numer ISBN 978-0080379418.
• Haire, Richard G. (2006). „Einsteinium”. W Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (wyd.). Chemia pierwiastków aktynowych i transaktynowych (PDF) . 3 (wyd. trzecie). Dordrecht, Holandia: Springer. s. 1577-1620. doi : 10.1007/1-4020-3598-5_12 . Numer ISBN 978-1-4020-3555-5. Zarchiwizowane z oryginału (PDF) dnia 2010-07-17.
• Holleman, Arnold F. i Wiberg, Nils (2007). Podręcznik chemii nieorganicznej (wyd. 102). Berlin: de Gruyter. Numer ISBN 978-3-11-017770-1.
• Seaborg, GT, wyd. (23 stycznia 1978). Materiały z Sympozjum z okazji 25-lecia Elementów 99 i 100 (PDF) . Zgłoś LBL-7701.

Zewnętrzne linki

• Einsteinium w układzie okresowym filmów wideo (University of Nottingham)
• Czynniki związane z wiekiem w metabolizmie i dozymetrii radionuklidów: Postępowanie – zawiera kilka badań dotyczących zdrowia einsteinu