GSI/FAIR, Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi ve Mainz Helmholtz Enstitüsü'nden bilim insanları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, yapay olarak üretilen süper ağır elementler olan Moscovium ve Nihonyum'un (element 115 ve 113) kimyasal özelliklerini belirlemeyi başardı. Böylece Moscovium, şimdiye kadar kimyasal olarak incelenen en ağır element oldu.
Bu sonuçla birlikte GSI/FAIR'de yapılan deneyler, üç süper ağır element olan 113, 114 ve 115 hakkında veriler sağlamakta; bu da özelliklerinin güvenilir bir sınıflandırmasına ve periyodik tablonun bu uç bölgesinin yapısının değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Elementler ağırlaştıkça, çekirdekteki çok sayıda proton, çekirdek etrafında dönen elektronları giderek daha yüksek hızlara çıkarır öyle ki, sadece Einstein’ın ünlü görelilik teorisiyle açıklanabilecek etkiler devreye girer. Bu hız, elektronları daha ağır hale getirir. Örneğin kurşunda (element 82) bu tür süreçlerin etkileri şimdiden mevcuttur ve kurşun pillerdeki kimyasal süreçlere katkıda bulunur. Komşu elementler talyum ve bizmut ise farklı davranır. Bu etki, her ne kadar küçük olsa da, kurşunda lokalize olur. Peki, bir süper ağır element bir kurşun alternatifi olabilir mi? Peki, periyodik tablonun aynı grubundaki daha ağır bir komşu olan, yalnızca son 20 yılda keşfedilmiş ve kimyasal olarak incelenmiş olan Flerovyum (element 114) nasıl? Bu elementin kurşun gibi olmadığı, gaz haline kolayca geçtiği ve daha az reaktif olduğu bulunmuştur.
Cevapları bulmak için nihonyum (element 113) ve moscovium (element 115) da test edilmeliydi. Nihonyum kimyası hakkında ilk ipuçları raporlanmışken, moscovium kimyasının bir çalışması henüz gerçekleştirilmemişti – çünkü en uygun izotopu yalnızca yaklaşık 0,20 saniye varlık gösterebiliyordu. Bu başarı, şimdi GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung’un Almanya’daki Darmstadt’taki uluslararası iş birliği tarafından gerçekleştirildi. Ekip, nihonyum ve moscovium'un, ara element olan flerovyum’dan daha yüksek bir kimyasal reaktivite gösterdiğini bildirdi. Kurşunda görülen lokal etki flerovyumda da görülmekte, ancak çok daha güçlü bir şekilde – bu, daha yüksek nükleer yük göz önüne alındığında şaşırtıcı değildir.
Birkaç atomun gözlemi, bu sonucu elde etmek için yeterliydi. Yine de, bu sonuca ulaşmak için GSI/FAIR’in ağır iyon hızlandırıcı tesisinde sürekli iki aylık bir çalışma gerekti. Süper ağır elementleri üretmek için ekip, amerikyum-243 (element 95) içeren ince folyoları, kalsiyum-48 (element 20) iyon demetleriyle bombardımana tuttu. Bu birleşme, moscovium-288 (element 115) çekirdeklerini oluşturdu ve bu çekirdekler, bir saniyenin çok kısa bir süresinde nihonyum-284’e (element 113) dönüştü.
İnert gaz, her iki elementi ince bir kuvars tabakasıyla kaplı bir dedektör dizisinden geçirerek taşırken, dedektörler, bireysel süper ağır atomların bozunmalarını kaydetti ve atomların yüzeye ilk çarptıkları yerde onları tutacak kadar güçlü bir kimyasal bağ oluşturup oluşturmadığını belirledi. Daha zayıf bir bağ, gaz tarafından daha fazla taşınmaya yol açtı. Bu şekilde dedektör dizisinde kaydedilen desen, kimyasal bağların gücü – dolayısıyla elementlerin kimyasal reaktivitesi hakkında bilgi sağladı. Düşük reaktiviteye sahip elementler, hatta diziden çıkabilir, ancak yalnızca altın kaplı dedektörlerle karşılaşmak üzere. Altın ile bağlar genellikle kuvarstan daha güçlüdür ve böylece her incelenen atomun tutulmasını ve kaydedilmesini sağlar.
Uluslararası iş birliğinin sözcüsü GSI/FAIR’den Dr. Alexander Yakushev, “TASCA elektromanyetik ayırıcı ile kombinasyon halinde yeni geliştirilen kimyasal ayırma ve tespit sistemi sayesinde, gaz kromatografisi çalışmalarımızı nihonyum ve moscovium gibi daha reaktif kimyasal elementlere genişletebildik” diye açıklıyor. “Kimyasal ayrımı gerçekleştirme süresini öyle ölçüde artırıp kısaltmayı başardık ki, çok kısa ömürlü moscovium-288’i ve haftada yaklaşık iki tespit edilen atom oranında onun kızı olan nihonyum-284’ü gözlemleyebildik.”
Toplamda dört moscovium atomu kaydedildi ve hepsi kuvars kaplı dizide gözlendi. Tespit edilen 14 nihonyum atomunun çoğunlukla kuvars üzerinde biriktiği gözlendi, bu da bir kimyasal bağ oluşumuna işaret ediyor. Bir atom altın kaplı diziye ulaştı ve bu da kuvars bağının çok güçlü olmadığını gösteriyor. Bu durum, her ikisinin de kuvars ile güçlü bağlar oluşturduğu bilinen daha hafif homologları talyum (nihonyum için) ve bizmut (moscovium için) davranışıyla tezat oluşturuyor. Benzer şekilde, flerovyum’un homologu olan kurşun, kuvars ile güçlü bağlar oluştururken flerovyum oluşturmaz.
Bu elementlere ilişkin tam veri seti, süper ağır elementlerin daha hafif homologlarından çok daha az reaktif olduğunu, bunun da görelilik etkilerinin ortaya çıkmasıyla ilişkili atalete bağlandığını gösteriyor. En belirgin etki, yine de bir metal olmasına rağmen oldukça zayıf bir reaktif olan flerovyumda görülüyor – bu davranış, neredeyse inert soygazlardaki gibi kapalı elektron (alt) kabuklarının varlığını işaret ediyor. Sonuçlar, periyodik tabloda Einstein’ın görelilik teorisinin etkisini gösteriyor ve aynı zamanda şimdiye kadar kimyasal olarak incelenmiş en ağır element için yeni bir rekor belirliyor.
Teknolojik ilerlemelerle, yeni materyallere yönelik yeni gereksinimler ortaya çıkıyor. Yeni elementler katkı sağlayabilir mi? Arabalar fosil yakıtlardan elektrikle çalışan hale dönüşürken, günlük hayatımızdaki diğer eşyalar da yerini yeni materyallere dayalı teknolojiye bırakmakta. İlk flerovyum bazlı cihaz henüz ufukta görünmüyor. Şu anda yalnızca haftada birkaç atom üretilebilmekte ve bunlar bir saniyeden az bir süre varlık gösteriyor. Teknoloji ilerledikçe bu durum değişebilir ve sonunda daha büyük miktarlar elde edilebilir. Gelecekte pil yapımında kullanılabilir, tıpta bir ajan olarak veya hayatımıza öngörülemeyen yollarla zenginlik katabilir mi, bilmiyoruz. Ancak Darmstadt'ta gerçekleştirilen çığır açıcı deneyler sayesinde, gelecekteki araştırmacılar bir adım önde olacak ve bu yeni materyallerin kimyasal karakterini şimdiden bilecekler. Bu sonuç, aynı zamanda şu anda Darmstadt’ta inşa edilmekte olan uluslararası FAIR (Antiproton ve İyon Araştırma Tesisi) tesisi için de yeni perspektifler açıyor.
https://www.chemeurope.com/en/news/1184836/the-heaviest-element-ever-chemically-studied.html
