Химический элемент теннесси: ТЕННЕССИН • Большая российская энциклопедия

Химический элемент Теннесин: свойства и применение

Содержание

1. Как появилось официальное название?
2. Как был получен элемент
3. Физические свойства элемента
4. Химические свойства

Теннесин – новый химический элемент, который был открыт в 2020 году. Его отличительная особенности — высокая радиоактивность, поэтому в природе в свободном виде элемент не существует, и добыть его можно только в лабораторных условиях. По классификации Теннессин относится к 17 группе и обладает зарядовым числом 117. Формально его принято относить к галогенам, но эта информация еще не получила официального подтверждения, так как свойства элемента пока изучены не до конца.

Как появилось официальное название?

Изначально новый химический элемент назвали унунсептий. Это своего рода аббревиатура, которая в переводе с латинского означает «одно-одно-седьмой». Когда открытие элемента получило официальное подтверждение, ему присвоили постоянное название Теннессин.

Интерес представляет история создания названия. Еще в 2016 году известный химик и блогер Кей Дей предложил назвать новый элемент Октарином, в честь цвета магии из книг «Плоский мир». Но в том же году сотрудники Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) предложили назвать элемент в честь американского штата Теннеси, ведь именно местные ученые внесли огромный вклад в изучение элемента. Научная общественность обсуждала это предложение почти пять месяцев, и в ноябре 2016 года новый элемент получил официальное название.

Для обозначения элемента в таблице был выбран символ Ts, хотя эта аббревиатура уже существует. В органической химии ею обозначают радикал тозил, но ученые считают, что путаницы в формулах не возникнет.

Как был получен элемент

Впервые Теннесин был получен в российском городе Дубна в 2009 году. Достижение ученых опубликовали в научном журнале Physical Review Letters в 2010 году.

Для подтверждения открытия экспериментальное получение элемента повторили в 2012 году в России, и в 2014 – в Германии.

Физические свойства элемента

Поскольку Теннесин был открыт совсем недавно, его точные физические свойства все еще являются предметом активных обсуждений. Номинально элемент принято относить к галогенам, хотя его исследования продолжаются. В результате было зафиксировано шесть ядер нового элемента — пять ²⁹³Ts и одно ²⁹⁴Ts.

Ученым удалось установить, что Теннессин, вероятнее всего, относится металлоидам. Соответственно, его металлические свойства превышают неметаллические. При комнатной температуре элемент твердый, а температура плавления находится в пределах 300-500 градусов. Температура кипения, по разным данным, достигает 550-610 градусов. Однако, более поздние исследования показали, что эти показатели сильно завышены. Ученые установили, что Теннессин начинает кипеть уже при 345 градусах. Такие низкие показатели связаны с тем, что, в отличие от других галогенов, Теннессин может быть одноатомным.

Химические свойства

Все галогены, в том числе и Теннессин, в определенной степени проявляют свойства окислителей, причем окислительная способность постепенно уменьшается (от фтора к астату). Поскольку Теннессин стоит в ряду после астата, окислительные свойства у него практически не проявляются, поскольку электроны существенно удалены от ядра. Ученые предполагают, что этот элемент станет единственным среди галогенов, у которого восстановительная способность превысит окислительную.

Химические свойства Теннессина пока изучают, но предполагается, что степень окисления -1 возможна только с сильными восстановителями. При этом сам элемент не будет образовывать устойчивых солей. Существует предположение, что вторая по распространенности степень окисления +3. Возможна и степень +5, но лишь в жестких условиях.

Теннессин

Теннессин (новолат.  и англ. Tennessine), ранее фигурировал под временными названиями унунсептий (лат.  Ununseptium, Uus) или э́ка-аста́т — химический элемент семнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы седьмой группы), седьмого периода периодической системы химических элементов, обозначаемый символом Ts и обладающий зарядовым числом 117. Чрезвычайно радиоактивен. Период полураспада более устойчивого из двух известных изотопов, ²⁹⁴Ts, составляет около 78 миллисекунд, атомная масса этого изотопа равна 294,210(5) а.е.м.. Формально относится к галогенам, однако его химические свойства ещё не изучены и могут отличаться от свойств, характерных для этой группы элементов. Унунсептий был открыт последним из элементов седьмого периода таблицы Менделеева.

Содержание

• 1 Происхождение названия
• 2 Нахождение в природе
• 3 Получение
• 4 Физические свойства
• 5 Химические свойства

Происхождение названия

После открытия элементу было присвоено временное название «унунсептий», данное элементу по правилам Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), образованное из корней латинских числительных и буквально обозначающее что-то наподобие «одно-одно-седьмой» (латинское числительное «117-й» пишется совсем иначе: centesimus septimus decimus). В дальнейшем, после подтверждения открытия, название было изменено на постоянное «теннессин».

Согласно правилам наименования новых элементов, принятым в 2002 году, для обеспечения лингвистического единообразия всем новым элементам должны даваться названия, оканчивающиеся на «-ium». Однако в английском языке названия элементов 17-й группы периодической системы (галогенов) традиционно имеют окончание «-ine»: Fluorine — фтор, Chlorine — хлор, Bromine — бром, Iodine — иод, Astatine — астат. Поэтому вскоре после признания открытия 113-го, 115-го, 117-го и 118-го элементов в правила были внесены изменения, согласно которым, по принятой в английской химической номенклатуре традиции, элементам 17-й группы на английском языке должны даваться названия, заканчивающиеся на «-ine».

30 декабря 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 117-го элемента и приоритет в этом учёных из Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) и Ливерморской национальной лаборатории.

7 января 2016 года химик и блогер Кей Дей опубликовал петицию, в которой просил назвать новый элемент «Октарином» в честь цвета волшебства из серии книг Терри Пратчетта «Плоский мир».

8 июня 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название «теннессин» (Ts) в знак признания вклада штата Теннесси, в том числе Национальной лаборатории Ок-Ридж, Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле, в изучение сверхтяжёлых элементов, включая производство и химическое разделение изотопов актиноидов для синтеза сверхтяжёлых элементов в Высокопоточном изотопном реакторе и Центре развития радиохимической инженерии НЛОР. Название «теннессин» было представлено научной общественности для 5-месячного обсуждения с 8 июня по 8 ноября 2016 года.

28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил название «теннессин» для 117-го элемента.

Название Tennessine дано в формате, принятом для названий галогенов в английском языке. При этом в большинстве других языков (русском, немецком, французском и т. д.) в названиях галогенов суффикс «-ин» не используется, хотя, например, в русскоязычной литературе до 1962 года использовалось название «астатин», а не «астат». Поскольку языком международной химической номенклатуры и рабочим языком ИЮПАК является английский, эта организация не представляет латинские названия элементов. Поэтому латинское название теннессина остаётся неопределённым — это может быть традиционное Tennessium или на английский манер Tennessinum. Учтя особенности других языков, ИЮПАК в своих рекомендациях указал, что английская традиция наименования галогенов не является примером для других языков и название tennessine может быть переведено, преобразовано или адаптировано в других языках для удобства использования и обеспечения единообразия названий галогенов. Через несколько дней после этого организация, ответственная за испанскую химическую терминологию, решила использовать название teneso, отбросив суффикс -ine, как и в других испанских названиях галогенов. Вслед за этим Комиссия по обогащению французского языка, следуя традиции, рекомендовала для использования во французском языке название tennesse. Затем аналогичное решение — использовать название tenness — приняли и немецкие эксперты.

Интересен тот факт, что другой галоген, астат, после неподтвердившегося открытия в 1932 году некоторое время носил название «алабамий» (лат.  Alabamium, англ. Alabamine), данное в честь другого американского штата.

В качестве обозначения для теннессина был выбран символ Ts, который уже используется в органической химии для обозначения радикала тозила. Так, например, формула TsOH соответствует как тозиловой кислоте, так и гипотетической теннессиноватистой кислоте, хотя формула последней традиционно должна записываться как HTsO. Но первооткрыватели считают, что такое совпадение вряд ли вызовет путаницу, поскольку для обозначения радикалов пропила и ацила (или ацетила) уже используются символы Pr и Ac, которые идентичны символам празеодима и актиния. Другой вариант обозначения — Tn был отвергнут, поскольку этот символ, принятый в 1923 году для обозначения торона (ториевой эманации) — одного из изотопов радона — продолжает регулярно использоваться в ряде областей науки.

Нахождение в природе

Теннессин не встречается в природе в свободном виде ввиду своей чрезвычайно высокой радиоактивности.

Получение

Теннессин (унунсептий, эка-астат) был впервые получен ОИЯИ в Дубне (Россия) в 2009 году. Для синтеза 117-го элемента мишень из изотопа 97-го элемента, берклия-249, полученного в Окриджской национальной лаборатории (США), обстреливали ионами кальция-48 на ускорителе У-400 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Для синтеза элемента использовались реакции:

 Ca₂₀⁴⁸ + ₉₇²⁴⁹Bk → Ts₁₁₇²⁹⁷∗ → Ts₁₁₇²⁹⁴ + 3₀¹n

 Ca₂₀⁴⁸ + ₉₇²⁴⁹Bk → Ts₁₁₇²⁹⁷∗ → Ts₁₁₇²⁹³ + 4₀¹n

В результате было зафиксировано шесть ядер нового элемента — пять 293
Ts и одно 294
Ts.

5 апреля 2010 года научная статья, описывающая обнаружение нового химического элемента с атомным номером 117, была принята для публикации в журнал Physical Review Letters.

В июне 2012 года эксперимент был повторён. Было зафиксировано пять ядер 293
Ts.

В 2014 году существование 117-го элемента подтвердила международная группа физиков-ядерщиков, работающая в Центре по изучению тяжёлых ионов им.  Гельмгольца (Дармштадт, Германия).

Физические свойства

Теннессин номинально относится к галогенам, следуя после йода и астата. Точные свойства теннессина остаются предметом обсуждения.

Теннессин, по наиболее вероятной модели, является металлоидом (или полуметаллом), с преимуществом металлических свойств над неметаллическими.

Его плотность ожидается в диапазоне 7,1—7,3 г/см³, то есть несколько больше, чем плотность его гомолога астата, равная 6,3—6,5 г/см³ (вследствие того, что астат очень сильно радиоактивен, его плотность также рассчитана теоретически).

При комнатной температуре теннессин должен быть твёрдым, в ранних работах его температура плавления предсказывалась в интервале 300—500 °C, кипения — 550 °C, по одним расчётам, и даже 610 °C, следуя тенденции роста температуры плавления с ростом атомного номера в группе галогенов.

Однако более поздние расчёты дают намного меньшие значения, предсказывая, что теннессин будет кипеть при температуре всего лишь 345 °C или даже ещё меньшей — вплоть до 230 °C, что ниже температуры кипения астата, которая составляет 309 °C.

Столь низкие ожидаемые температуры кипения могут быть связаны с тем, что, в отличие от остальных галогенов, теннессин может быть одноатомным, не образовывая или почти не образовывая двухатомных молекул Ts₂.

Химические свойства

Все галогены в той или иной степени проявляют свойства окислителей, причём окислительная способность уменьшается от фтора к астату. Теннессин, следуя в ряду галогенов после астата, почти не сможет проявлять окислительную способность ввиду большого удаления электронов от ядра, и, вероятно, станет первым из галогенов, восстановительная способность которого будет сильнее окислительной. Предполагается, что в отличие от остальных галогенов наиболее устойчивой степенью окисления теннессина будет +1. Эта степень окисления будет особенно устойчивой, как и устойчивость иона At⁺, только у теннессина её стабильность будет ещё выше.

Степень окисления −1, как и у остальных галогенов, вероятно, возможна, однако предполагается, что у теннессина она возникает только с сильными восстановителями и что теннессин, в отличие от остальных галогенов, не может образовывать устойчивых солей в степени окисления −1 (такие соли могут называться теннессинидами). Они смогут окисляться даже кислородом воздуха до степени окисления +1 — гипотеннессинитов, аналогов гипохлоритов.

Теоретически предсказывается, что второй по распространённости степенью окисления теннессина является +3. Степень окисления +5 также возможна, но только в жёстких условиях, поскольку требует разрушения всего 7p-подуровня. Хотя все более лёгкие галогены, кроме фтора, проявляют степень окисления +7, в отличие от них для теннессина она будет невозможна из-за крайне высокой энергии спаривания 7s-электронов. Поэтому максимальная степень окисления для теннессина должна равняться +5.

Самым простым соединением теннессина является его соединение с водородом, TsH, или (по аналогии с названиями других галогенов) теннессиноводород. Длина молекулы должна составлять приблизительно 195 пм, следуя тенденции увеличения длины по мере роста порядкового номера галогена. Теннессиноводород будет продолжать большинство тенденций для галогенводородов.

Теннесси может стать вторым штатом в таблице Менделеева

8 июня 2016 г. , 9:32

Теннессин, элемент 117, был открыт учеными Вандербильта, Университета Теннесси и Национальной лаборатории Ок-Риджа. (Творческие услуги Университета Вандербильта) Ядро элемента 117

Среди предварительных названий новых элементов, недавно добавленных в периодическую таблицу, объявленных сегодня Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC), является «теннессин», который был выбран в честь штат Теннесси, где находятся участники международной коллаборации, совершившей открытия, — Университет Вандербильта и Окриджская национальная лаборатория (ORNL), к которым позже присоединился Университет Теннесси (UT) в Ноксвилле. Сотрудничество также включало Лабораторию ядерных реакций им. Флерова (ЛЯР) в России и Ливерморскую национальную лабораторию им. Лоуренса (ЛЛНЛ) в Калифорнии.

Название теннессин было предложено Джозефом Гамильтоном, заслуженным профессором физики Вандербильта Лэндона С. Гарланда, и было принято участниками российско-американского сотрудничества. Гамильтон и профессор физики А.В. Рамайя в Вандербильте сыграл ключевую роль в открытии элемента 117.

Джозеф Гамильтон (слева) со своим русским сотрудником Юрием Оганесяном в Центре развития радиохимической инженерии в Окриджской национальной лаборатории. (Любезно предоставлено ORNL)

Четыре новых элемента с атомными номерами 113, 115, 117 и 118 заполняют нижнюю строку периодической таблицы. Элемент 113 был открыт японской исследовательской группой, в то время как российско-американское сотрудничество открыло 115, 117 и 118. Теннессин (Ts) — это предварительное название элемента 117. Предварительное название московий (Mc) было выбрано для 115 в честь исторического названия. региона, где расположена российская лаборатория, а условное название оганессон (Ог) было выбрано для 118 в честь вклада академика ЛЯР Юрия Оганесяна, возглавлявшего коллаборацию. Окончание «ine» на теннессине отражает тот факт, что элемент относится к химическому семейству галогенов, состоящему из фтора, хлора и брома, и поэтому ожидается, что он будет иметь аналогичные химические свойства.

— Официальная сертификация этих предварительных имен ожидается через пять месяцев, — сказал Гамильтон. «После того, как это произойдет, название штата Теннесси навсегда останется в периодической таблице в учебниках физики и химии всего мира». К этому моменту Теннесси станет вторым штатом США, в честь которого назван элемент. Калифорний, элемент 98, был открыт в 1950-х годах и назван в честь университета и штата Калифорния. (Гассий, элемент 108, был открыт в 1984 и назван в честь немецкой земли Гессен.)

А. В. Рамайя (Университет Вандербильта)

Открытия этих новых элементов были осуществлены в России совместными усилиями Лаборатории ядерных реакций им. Флерова в России, Окриджской национальной лаборатории, Университета Вандербильта и Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. Актинидные мишени, произведенные в высокопоточном изотопном реакторе ORNL, были доставлены в Россию и подвергнуты бомбардировке кальцием-48 в реакциях «горячего синтеза» для образования трех новых элементов. Ученые четырех институтов проводили эксперименты под руководством Юрия Оганесяна, руководителя российской группы.

Это крупное международное сотрудничество лабораторий США и России сделало возможным открытие. Новые элементы дополняют седьмую строку периодической таблицы и, что наиболее важно, свидетельствуют о давно искомом, теоретически предсказанном «острове стабильности». Концепция «острова стабильности» была впервые предложена в 1960-х годах. Повышенная стабильность с гораздо более низкой скоростью распада была предсказана для сверхтяжелых элементов с гораздо большим числом нейтронов (N = 184) и протонов (Z ≥ 112), чем те, которые были известны ранее.

График атомных ядер, упорядоченный по числу содержащихся в них протонов и нейтронов, показывает расположение элемента 117 относительно предсказанного острова стабильности. (Джозеф Гамильтон / Университет Вандербильта)

«Новые ядра, полученные в ходе этого исследования, значительно увеличили время жизни, соответствующее высадке на берега острова», — сказал Гамильтон. «Эти открытия — свидетельство существования острова и самих новых элементов — представляют собой большой шаг вперед в нашем понимании поведения ядерной материи под экстремальным напряжением сверхвысоких электрических сил, существующих между большим количеством протонов, упакованных в эти новые ядра».

Гамильтон, Рамайя и Оганесян начали сотрудничество в области изучения структуры ядра примерно в 1990 году и вместе опубликовали более 250 исследовательских публикаций.

Tennessine одобрено как название недавно открытого элемента

30 ноября 2016 г., 17:00

Теперь это официально. Теннесси присоединился к Калифорнии, чтобы стать вторым американским штатом, увековеченным в периодической таблице элементов.

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC), научная организация, подтверждающая открытие новых элементов и утверждающая их официальные названия, только что окончательно одобрила название «теннессин» для недавно открытого сверхтяжелого элемента 117.

Калифорний, элемент 98, был обнаружен в 1950-х годах и назван в честь университета и штата Калифорния.

«Это великий день для штата Теннесси, и мы благодарны, что наше исследование помогло сделать такое признание возможно», — сказал Джозеф Гамильтон, заслуженный профессор физики Лэндона С. Гарленда в Университете Вандербильта, сыгравший ключевую роль в открытии. «Мы навсегда останемся в учебниках».

А. В. Рамайя (Университет Вандербильта)

Международное сотрудничество, открывшее новый элемент, включало профессора физики Гамильтона и Вандербильта А.В. Рамайя вместе с учеными Окриджской национальной лаборатории, Университета Теннесси-Ноксвилл, Объединенного института ядерных исследований в России и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии. Первоначально Гамильтон предложил название «теннессин» в честь штата, в котором расположены три участника — Вандербильт, Ок-Ридж и Университет Теннесси. Название было согласовано всей командой, которая представила его в IUPAC.

Процесс утверждения начался в декабре 2015 года, когда IUPAC и Международный союз теоретической и прикладной физики объявили, что они подтвердили существование сверхтяжелого элемента 117, более чем через пять лет после того, как ученые впервые сообщили о его открытии.

Название пишется как теннессин вместо теннессиум, потому что новый элемент классифицируется как галогеноподобный хлор и фтор. Галогенам даются имена, оканчивающиеся на суффикс «-ine». Символ Теннесси в периодической таблице — Ts.

Теннессин, элемент 117, был обнаружен учеными из Вандербильта, Университета Теннесси и Национальной лаборатории Ок-Ридж. (Творческие услуги Университета Вандербильта)

Открытие теннессина имеет не только важное значение, но и помощь в заполнении седьмой строки периодической таблицы. По словам Гамильтона, это свидетельствует о существовании долгожданного, теоретически предсказанного «острова стабильности». Концепция «острова стабильности» заключается в том, что существует группа сверхтяжелых элементов, которые должны обладать повышенной стабильностью и новыми физическими и химическими свойствами, которые могли бы привести к новым технологиям, таким как компактные источники энергии, если их удастся создать.