Kopernikium - Copernicium

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	Visualisierung einer erfolglosen Kernfusion, basierend auf Berechnungen der Australian National University

Copernicium, ₁₁₂ Cn
Copernicium
Aussprache	/ ˌ k oʊ p ər n ɪ s i ə m / ( KOH -pər- NISS -ee-əm )
Massenzahl	[285]
Copernicium im Periodensystem
	Röntgenium ← Kopernikium → Nihonium
Ordnungszahl ( Z )	112
Gruppe	Gruppe 12
Zeitraum	Zeitraum 7
Block	D-Block
Elektronenkonfiguration	[ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 (vorhergesagt)
Elektronen pro Schale	2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 (vorhergesagt)
Physikalische Eigenschaften
Phase bei STP	flüssig (vorhergesagt)
Schmelzpunkt	283 ± 11 K ( 10 ± 11 ° C, 50 ± 20 ° F) (vorhergesagt)
Siedepunkt	340 ± 10 K ( 67 ± 10 ° C, 153 ± 18 ° F) (vorhergesagt )
Dichte (nahe rt )	14,0 g/cm 3 (vorhergesagt)
Dreifacher Punkt	283 K, 25 kPa (vorhergesagt)
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen	0 , (+1), +2 , (+4) (in Klammern: Vorhersage )
Ionisierungsenergien
Atomradius	berechnet: 147 pm (voraussichtlich)
Kovalenter Radius	122 Uhr (voraussichtlich)
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen	Synthetik
Kristallstruktur	hexagonal dicht gepackten (hcp) ; (vorhergesagt)
CAS-Nummer	54084-26-3
Geschichte
Benennung	nach Nikolaus Kopernikus
Entdeckung	Gesellschaft für Schwerionenforschung (1996)
Haupt Isotope von Copernicium
10% SF	–
EG ?	283 Rg
2% α	280 Ds
	Kategorie: Copernicium; Aussicht; sprechen; bearbeiten; \| Verweise

Copernicium ist ein synthetisches chemisches Element mit dem Symbol Cn und der Ordnungszahl 112. Seine bekannten Isotope sind extrem radioaktiv und wurden nur im Labor hergestellt. Das stabilste bekannte Isotop , Copernicium-285, hat eine Halbwertszeit von ungefähr 28 Sekunden. Copernicium wurde 1996 vom GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung in der Nähe von Darmstadt entwickelt. Es ist nach dem Astronomen Nicolaus Copernicus benannt .

Im Periodensystem der Elemente ist Copernicium ein D-Block- Transactinid-Element und ein Element der 12. Gruppe . Bei Reaktionen mit Gold hat sich gezeigt, dass es eine extrem flüchtige Substanz ist, so dass es bei Standardtemperatur und -druck möglicherweise ein Gas oder eine flüchtige Flüssigkeit ist .

Es wird berechnet, dass Copernicium mehrere Eigenschaften hat, die sich von seinen leichteren Homologen in der Gruppe 12, Zink , Cadmium und Quecksilber, unterscheiden ; aufgrund relativistischer Effekte kann es seine 6d-Elektronen anstelle seiner 7s-Elektronen abgeben, und es könnte mehr Ähnlichkeiten mit Edelgasen wie Radon haben als mit seinen Gruppe-12-Homologen. Berechnungen deuten darauf hin, dass Copernicium die Oxidationsstufe +4 aufweisen kann, während Quecksilber sie nur in einer umstrittenen Verbindung zeigt und Zink und Cadmium sie überhaupt nicht zeigen. Es wurde auch vorhergesagt, dass es schwieriger ist, Copernicium aus seinem neutralen Zustand zu oxidieren als die anderen Elemente der 12. Gruppe. Die Vorhersagen variieren, ob festes Kopernikium ein Metall, ein Halbleiter oder ein Isolator ist.

Einführung

Eine grafische Darstellung einer Kernfusionsreaktion . Zwei Kerne verschmelzen zu einem und emittieren ein Neutron . Bisher waren die Reaktionen, die neue Elemente erzeugten, ähnlich, mit dem einzigen möglichen Unterschied, dass manchmal mehrere einzelne Neutronen oder gar keine freigesetzt wurden.

Die schwersten Atomkerne entstehen in Kernreaktionen, bei denen zwei andere Kerne ungleicher Größe zu einem zusammengefasst werden; grob gesagt, je ungleicher die beiden Kerne in Bezug auf die Masse sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die beiden reagieren. Das Material aus den schwereren Kernen wird zu einem Target, das dann mit dem Strahl leichterer Kerne beschossen wird . Zwei Kerne können nur dann zu einem verschmelzen, wenn sie sich nahe genug annähern; Normalerweise stoßen sich Kerne (alle positiv geladen) aufgrund elektrostatischer Abstoßung gegenseitig ab . Die starke Wechselwirkung kann diese Abstoßung überwinden, aber nur in sehr kurzer Entfernung von einem Kern; Strahlkerne werden somit stark beschleunigt , um eine solche Abstoßung im Vergleich zur Geschwindigkeit des Strahlkerns unbedeutend zu machen. Nähern allein reicht nicht aus, damit zwei Kerne verschmelzen: Wenn sich zwei Kerne nähern, bleiben sie normalerweise für etwa 10 ⁻²⁰ Sekunden zusammen und trennen sich dann (nicht unbedingt in der gleichen Zusammensetzung wie vor der Reaktion) anstatt einen einzigen zu bilden Kern. Wenn eine Fusion stattfindet, ist die vorübergehende Verschmelzung – als zusammengesetzter Kern bezeichnet – ein angeregter Zustand . Um seine Anregungsenergie zu verlieren und einen stabileren Zustand zu erreichen, spaltet ein zusammengesetzter Kern entweder oder stößt ein oder mehrere Neutronen aus , die die Energie wegtragen . Dies geschieht ungefähr 10 ^–16 Sekunden nach der ersten Kollision.

Der Strahl durchdringt das Target und erreicht die nächste Kammer, den Separator; wenn ein neuer Kern entsteht, wird er mit diesem Strahl getragen. Im Separator wird der neu gebildete Kern von anderen Nukliden (dem des ursprünglichen Strahls und allen anderen Reaktionsprodukten) getrennt und zu einem Oberflächenbarrierendetektor transportiert , der den Kern stoppt. Der genaue Ort des bevorstehenden Aufpralls auf den Detektor ist markiert; ebenfalls gekennzeichnet sind seine Energie und der Zeitpunkt der Ankunft. Die Übertragung dauert ca. 10 ^-6 Sekunden; um entdeckt zu werden, muss der Kern so lange überleben. Sobald sein Zerfall registriert ist, wird der Kern erneut aufgezeichnet und der Ort, die Energie und der Zeitpunkt des Zerfalls gemessen.

Die Stabilität eines Kerns wird durch die starke Wechselwirkung gewährleistet. Seine Reichweite ist jedoch sehr kurz; wenn die Kerne größer werden, wird ihr Einfluss auf die äußersten Nukleonen ( Protonen und Neutronen) schwächer. Gleichzeitig wird der Kern durch elektrostatische Abstoßung zwischen Protonen zerrissen, da er eine unbegrenzte Reichweite hat. Kerne der schwersten Elemente werden daher theoretisch vorhergesagt und es wurde bisher beobachtet, dass sie hauptsächlich über Zerfallsmodi zerfallen, die durch eine solche Abstoßung verursacht werden: Alpha-Zerfall und spontane Spaltung ; diese Moden sind für Kerne superschwerer Elemente vorherrschend . Alpha-Zerfälle werden von den emittierten Alpha-Teilchen registriert , und die Zerfallsprodukte sind vor dem eigentlichen Zerfall leicht zu bestimmen; wenn ein solcher Zerfall oder eine Folge von aufeinanderfolgenden Zerfällen einen bekannten Kern ergibt, kann das ursprüngliche Produkt einer Reaktion rechnerisch bestimmt werden. Bei der spontanen Spaltung entstehen jedoch verschiedene Kerne als Produkte, so dass das ursprüngliche Nuklid nicht aus seinen Töchtern bestimmt werden kann.

Den Physikern, die eines der schwersten Elemente synthetisieren wollen, stehen somit die Informationen zur Verfügung, die an den Detektoren gesammelt werden: Ort, Energie und Zeit der Ankunft eines Teilchens am Detektor und die seines Zerfalls. Die Physiker analysieren diese Daten und versuchen daraus zu schließen, dass es tatsächlich durch ein neues Element verursacht wurde und nicht durch ein anderes Nuklid als das behauptete entstanden sein kann. Oftmals reichen die bereitgestellten Daten nicht aus, um den Schluss zu ziehen, dass definitiv ein neues Element geschaffen wurde, und es gibt keine andere Erklärung für die beobachteten Effekte; Fehler bei der Interpretation der Daten wurden gemacht.

Geschichte

Entdeckung

Copernicium wurde erstmals am 9. Februar 1996 bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt von Sigurd Hofmann, Victor Ninov et al. Dieses Element wurde durch das Abfeuern beschleunigter Zink- 70-Kerne auf ein Target aus Blei- 208-Kernen in einem Schwerionenbeschleuniger erzeugt . Ein einzelnes Atom (ein zweites wurde berichtet, aber es wurde festgestellt, dass es auf von Ninov hergestellten Daten basiert) von Copernicium wurde mit einer Massenzahl von 277 hergestellt.

²⁰⁸
₈₂Pb + ⁷⁰
₃₀Zn → ²⁷⁸
₁₁₂Cn* → ²⁷⁷
₁₁₂Cn + ¹
₀n

Im Mai 2000 wiederholte die GSI erfolgreich das Experiment zur Synthese eines weiteren Atoms von Copernicium-277. Diese Reaktion wurde am RIKEN 2004 und 2013 mit dem Aufbau Search for a Super-Heavy Element Using a Gas-Filled Recoil Separator wiederholt , um drei weitere Atome zu synthetisieren und die vom GSI-Team gemeldeten Zerfallsdaten zu bestätigen. Diese Reaktion war auch 1971 am Joint Institute for Nuclear Research in Dubna , Russland , versucht worden , ²⁷⁶ Cn (hergestellt im 2n-Kanal) anzustreben, jedoch ohne Erfolg.

Die gemeinsame IUPAC/IUPAP-Arbeitsgruppe (JWP) bewertete die Behauptung der Entdeckung von Copernicium durch das GSI-Team in den Jahren 2001 und 2003. In beiden Fällen stellte sie fest, dass es keine ausreichenden Beweise für ihre Behauptung gab. Dies hing vor allem mit den widersprüchlichen Zerfallsdaten für das bekannte Nuklid Rutherfordium-261 zusammen. Zwischen 2001 und 2005 untersuchte das GSI-Team jedoch die Reaktion ²⁴⁸ Cm( ²⁶ Mg,5n) ²⁶⁹ Hs und konnte die Zerfallsdaten für Hassium-269 und Rutherfordium-261 bestätigen . Es wurde festgestellt, dass die vorliegenden Daten zu Rutherfordium-261 für ein Isomer galten, das jetzt als Rutherfordium-261m bezeichnet wird.

Im Mai 2009 berichtete das JWP erneut über die Behauptungen zur Entdeckung des Elements 112 und erkannte das GSI-Team offiziell als Entdecker des Elements 112 an. Diese Entscheidung beruhte auf der Bestätigung der Zerfallseigenschaften von Tochterkernen sowie den bestätigenden Experimenten bei RIKEN.

Am Joint Institute for Nuclear Research in Dubna , Russland, wurde ab 1998 auch an der Synthese des schwereren Isotops ²⁸³ Cn in der heißen Fusionsreaktion ²³⁸ U( ⁴⁸ Ca,3n) ²⁸³ Cn gearbeitet; die meisten beobachteten Atome von ²⁸³ Cn zerfielen durch spontane Spaltung, obwohl ein Alpha-Zerfallszweig zu ²⁷⁹ Ds nachgewiesen wurde. Während anfängliche Experimente darauf abzielten, dem produzierten Nuklid seine beobachtete lange Halbwertszeit von 3 Minuten aufgrund seines chemischen Verhaltens zuzuordnen, stellte sich heraus, dass dieses nicht wie erwartet quecksilberähnlich war (Kopernicium steht im Periodensystem unter Quecksilber), und in der Tat jetzt scheint es , dass die langlebige Aktivität möglicherweise nicht aus gewesen seinen ²⁸³ Cn an alle, aber seine Elektronen - Einfang - Tochter ²⁸³ Rg stattdessen mit einer kürzeren 4-Sekunden - Halbwertszeit , die mit ²⁸³ Cn. (Eine weitere Möglichkeit ist die Zuordnung zu einem metastabilen isomeren Zustand , ^283m Cn.) Während spätere ^{Kreuzbombardierungen} in den Reaktionen ²⁴² Pu+ ⁴⁸ Ca und ²⁴⁵ Cm+ ⁴⁸ Ca erfolgreich die Eigenschaften von ²⁸³ Cn und seinen Eltern ²⁸⁷ Fl und ²⁹¹ Lv und maßgeblich an der Annahme der Entdeckungen von Flerovium und Lebermorium (Elemente 114 und 116) durch das JWP im Jahr 2011 beteiligt war, entstand diese Arbeit im Anschluss an die Arbeiten der GSI zu ²⁷⁷ Cn und wurde der GSI prioritär zugewiesen.

Benennung

Nicolaus Copernicus , der ein heliozentrisches Modell formulierte, bei dem die Planeten um die Sonne kreisen und das frühere geozentrische Modell von Ptolemäus ersetzte .

Nach Mendelejews Nomenklatur für unbenannte und unentdeckte Elemente sollte Kopernikium als Eka- Quecksilber bezeichnet werden . 1979 veröffentlichte die IUPAC Empfehlungen, nach denen das Element ununbium (mit dem entsprechenden Symbol von Uub ) genannt werden sollte, ein systematischer Elementname als Platzhalter , bis das Element entdeckt (und die Entdeckung dann bestätigt) wurde und ein dauerhafter Name war entschieden zu. Obwohl die Empfehlungen in der chemischen Gemeinschaft auf allen Ebenen weit verbreitet sind, vom Chemieunterricht bis hin zu fortgeschrittenen Lehrbüchern, wurden die Empfehlungen von Wissenschaftlern auf diesem Gebiet meist ignoriert, die es entweder als "Element 112" mit dem Symbol von E112 , (112) oder sogar . bezeichneten einfach 112 .

Nach der Bestätigung der Entdeckung des GSI - Team, die IUPAC sie gefragt Element für einen dauerhaften Namen vorzuschlagen 112. Am 14. Juli 2009 schlug sie Copernicium mit dem Elementsymbol Cp, nachdem Nikolaus Kopernikus „einen herausragenden Wissenschaftler zu ehren, die unsere Sicht auf die veränderte Welt".

Während der sechsmonatigen Standarddiskussion in der wissenschaftlichen Gemeinschaft über die Namensgebung wurde darauf hingewiesen, dass das Symbol Cp früher mit dem Namen Cassiopeium (Cassiopium), heute Lutetium (Lu), und der Verbindung Cyclopentadien in Verbindung gebracht wurde . Aus diesem Grund hat die IUPAC die Verwendung von Cp als zukünftiges Symbol abgelehnt und das GSI-Team veranlasst, das Symbol Cn als Alternative vorzuschlagen. Am 19. Februar 2010, dem 537. Geburtstag von Copernicus, akzeptierte die IUPAC offiziell den vorgeschlagenen Namen und das Symbol.

Isotope

Liste der Copernicium-Isotope
Isotop	Halbes Leben		Decay- Modus	Discovery - Jahr	Discovery - Reaktion
Isotop	Wert	Ref	Decay- Modus	Discovery - Jahr	Discovery - Reaktion
²⁷⁷ Cn	0,85 ms		α	1996	²⁰⁸ Pb ( ⁷⁰ Zn,n)
²⁸¹ Cn	0,18 s		α	2010	²⁸⁵ Fl(—,α)
²⁸² Cn	0,91 ms		SF	2003	²⁹⁰ Lv(—,2α)
²⁸³ Cn	4,2 Sekunden		α, SF, EC?	2003	²⁸⁷ Fl(—,α)
²⁸⁴ Cn	98 ms		α, SF	2004	²⁸⁸ Fl(—,α)
²⁸⁵ Cn	28 s		α	1999	²⁸⁹ Fl(—,α)
^{285 Mio.} Cn	15 Sekunden		α	2012	^293m Lv(—,2α)
²⁸⁶ Cn	8,45 s		SF	2016	²⁹⁴ Lv(—,2α)

Copernicium hat keine stabilen oder natürlich vorkommenden Isotope. Im Labor wurden mehrere radioaktive Isotope synthetisiert, entweder durch die Verschmelzung zweier Atome oder durch die Beobachtung des Zerfalls schwererer Elemente. Sieben verschiedene Isotope mit den Massenzahlen 277 und 281–286 wurden beschrieben, und ein unbestätigtes metastabiles Isomer in ²⁸⁵ Cn wurde beschrieben. Die meisten von diesen zerfallen hauptsächlich durch Alpha-Zerfall, aber einige unterliegen einer spontanen Spaltung , und Copernicium-283 kann einen Elektroneneinfangzweig aufweisen .

Das Isotop Copernicium-283 war maßgeblich an der Bestätigung der Entdeckungen der Elemente Flerovium und Lebermorium beteiligt .

Halbwertszeiten

Alle bestätigten Copernicium-Isotope sind extrem instabil und radioaktiv; Im Allgemeinen sind schwerere Isotope stabiler als die leichteren. Das stabilste bekannte Isotop, ²⁸⁵ Cn, hat eine Halbwertszeit von 29 Sekunden; ²⁸³ Cn hat eine Halbwertszeit von 4 Sekunden, und das unbestätigte ^285m Cn und ²⁸⁶ Cn haben Halbwertszeiten von etwa 15 bzw. 8,45 Sekunden. Andere Isotope haben Halbwertszeiten von weniger als einer Sekunde. ²⁸¹ Cn und ²⁸⁴ Cn haben beide Halbwertszeiten in der Größenordnung von 0,1 Sekunden, und die anderen beiden Isotope haben Halbwertszeiten von etwas unter einer Millisekunde. Es wird vorhergesagt, dass die schweren Isotope ²⁹¹ Cn und ²⁹³ Cn Halbwertszeiten von mehr als einigen Jahrzehnten haben könnten, da sie nahe dem Zentrum der theoretischen Stabilitätsinsel liegen und im r-Prozess entstanden sein könnten und in kosmischer Strahlung nachweisbar , obwohl sie etwa ^10-12 mal so häufig wie Blei vorhanden wäre .

Die leichtesten Isotope von Copernicium wurden durch direkte Fusion zwischen zwei leichteren Kernen und als Zerfallsprodukt synthetisiert (mit Ausnahme von ²⁷⁷ Cn, das nicht als Zerfallsprodukt bekannt ist), während die schwereren Isotope nur durch den Zerfall von schwereren Kerne. Das schwerste Isotop, das durch direkte Fusion hergestellt wird, ist ²⁸³ Cn; die drei schwereren Isotope ²⁸⁴ Cn, ²⁸⁵ Cn und ²⁸⁶ Cn wurden nur als Zerfallsprodukte von Elementen mit größeren Ordnungszahlen beobachtet.

1999 gaben amerikanische Wissenschaftler der University of California in Berkeley bekannt, dass es ihnen gelungen sei, drei Atome von ²⁹³ Og zu synthetisieren . Von diesen Mutterkernen wurde berichtet, dass sie nacheinander drei Alpha-Teilchen emittiert haben, um Copernicium-281-Kerne zu bilden, von denen behauptet wurde, dass sie einem Alpha-Zerfall unterzogen wurden und Alpha-Teilchen mit einer Zerfallsenergie von 10,68 MeV und einer Halbwertszeit von 0,90 ms emittiert haben, aber ihre Behauptung wurde 2001 zurückgezogen wie es auf von Ninov fabrizierten Daten basierte. Dieses Isotop wurde wirklich 2010 von demselben Team hergestellt; die neuen Daten widersprachen den früheren fabrizierten Daten.

Vorhergesagte Eigenschaften

Es wurden nur sehr wenige Eigenschaften von Copernicium oder seinen Verbindungen gemessen; Dies liegt an seiner extrem begrenzten und teuren Produktion und der Tatsache, dass Kopernikium (und seine Eltern) sehr schnell zerfallen. Einige einzelne chemische Eigenschaften wurden gemessen, ebenso wie der Schmelzpunkt, aber die Eigenschaften des Kopernikiummetalls sind im Allgemeinen unbekannt und größtenteils sind nur Vorhersagen verfügbar.

Chemisch

Kopernikium ist das zehnte und letzte Mitglied der 6d-Reihe und ist das schwerste Element der Gruppe 12 im Periodensystem, nach Zink , Cadmium und Quecksilber . Es wird vorhergesagt, dass es sich signifikant von den leichteren Elementen der Gruppe 12 unterscheidet. Es wird erwartet, dass die Valenz-S- Unterschalen der Elemente der Gruppe 12 und der Elemente der Periode 7 relativistisch am stärksten bei Copernicium kontrahiert werden. Dies und die geschlossenschalige Konfiguration von Copernicium führen dazu, dass es sich wahrscheinlich um ein sehr edles Metall handelt . Für das Cn ²⁺ /Cn-Paar wird ein Standardreduktionspotential von +2,1 V vorhergesagt . Die von Copernicium vorhergesagte erste Ionisationsenergie von 1155 kJ/mol entspricht fast der des Edelgases Xenon mit 1170,4 kJ/mol. Die metallischen Bindungen von Copernicium sollten ebenfalls sehr schwach sein, was es möglicherweise wie die Edelgase extrem flüchtig macht und es möglicherweise bei Raumtemperatur gasförmig macht. Es sollte jedoch in der Lage sein, mit Kupfer , Palladium , Platin , Silber und Gold Metall-Metall-Bindungen zu bilden ; diese Bindungen sind voraussichtlich nur etwa 15–20 kJ/mol schwächer als die analogen Bindungen mit Quecksilber. Im Gegensatz zu den früheren Annahmen sagten Ab-initio-Rechnungen mit hoher Genauigkeit voraus, dass die Chemie des einwertigen Coperniciums eher der von Quecksilber als der der Edelgase ähnelt. Letzteres Ergebnis kann durch die enorme Spin-Bahn-Wechselwirkung erklärt werden, die die Energie des leeren 7p _1/2- Zustands von Copernicium signifikant senkt .

Sobald Copernicium ionisiert ist, kann seine Chemie mehrere Unterschiede zu denen von Zink, Cadmium und Quecksilber aufweisen. Aufgrund der Stabilisierung der 7s-Elektronenorbitale und der Destabilisierung von 6d-Orbitalen durch relativistische Effekte hat Cn ²⁺ wahrscheinlich eine elektronische Konfiguration [Rn]5f ¹⁴ 6d ⁸ 7s ² , wobei die 6d-Orbitale vor dem 7s-Orbital verwendet werden, im Gegensatz zu seinen Homologen . Die Tatsache, dass die 6d-Elektronen leichter an chemischen Bindungen teilnehmen, bedeutet, dass sich Copernicium, sobald es ionisiert ist, eher wie ein Übergangsmetall verhalten als seine leichteren Homologen , insbesondere in der möglichen Oxidationsstufe +4. In wässrigen Lösungen kann Copernicium die Oxidationsstufen +2 und vielleicht +4 bilden. Das zweiatomige Ion Hg²⁺
₂, das Quecksilber in der Oxidationsstufe +1 enthält, ist bekannt, aber das Cn²⁺
₂Es wird vorhergesagt, dass das Ion instabil oder sogar nicht vorhanden ist. Copernicium(II)-fluorid, CnF ₂ , sollte instabiler sein als die analoge Quecksilberverbindung Quecksilber(II)-fluorid (HgF ₂ ) und kann sogar spontan in seine Bestandteile zerfallen. In polaren Lösungsmitteln bildet Copernicium vorzugsweise das CnF⁻
₅und CnF⁻
₃Anionen anstelle der analogen neutralen Fluoride (CnF ₄ bzw. CnF ₂ ), obwohl die analogen Bromid- oder Iodidionen in wässriger Lösung gegenüber Hydrolyse stabiler sein können . Die Anionen CnCl²⁻
₄und CnBr²⁻
₄sollte auch in wässriger Lösung existieren können. Dennoch haben neuere Experimente Zweifel an der möglichen Existenz von HgF ₄ aufkommen lassen , und tatsächlich legen einige Rechnungen nahe, dass sowohl HgF ₄ als auch CnF ₄ tatsächlich ungebunden und von zweifelhafter Existenz sind. Die Bildung thermodynamisch stabiler Copernicium(II)- und (IV)-Fluoride wäre analog zur Chemie von Xenon. Analog zu Quecksilber(II)-cyanid (Hg(CN) ₂ ) bildet Copernicium ein stabiles Cyanid , Cn(CN) ₂ .

Physikalisch und atomar

Copernicium sollte ein dichtes Metall sein, mit einer Dichte von 14,0 g/cm ³ im flüssigen Zustand bei 300 K; dies entspricht der bekannten Dichte von Quecksilber, die 13,534 g/cm ³ beträgt . (Festes Copernicium sollte bei der gleichen Temperatur eine höhere Dichte von 14,7 g/cm ^{3 haben} .) Dies resultiert daraus, dass das höhere Atomgewicht von Copernicium durch seine größeren Atomabstände im Vergleich zu Quecksilber aufgehoben wird. Einige Berechnungen sagten voraus, dass Copernicium bei Raumtemperatur ein Gas ist, was es aufgrund seiner geschlossenschaligen Elektronenkonfiguration zum ersten gasförmigen Metall im Periodensystem machen würde. Eine Berechnung aus dem Jahr 2019 stimmt mit diesen Vorhersagen über die Rolle relativistischer Effekte überein, was darauf hindeutet, dass Copernicium unter Standardbedingungen eine flüchtige Flüssigkeit sein wird, die durch Dispersionskräfte gebunden ist. Sein Schmelzpunkt wird auf geschätzt283 ± 11 K und ihr Siedepunkt bei340 ± 10 K , letzteres in Übereinstimmung mit dem experimentell geschätzten Wert von357+112
−108 K. . Der Atomradius von Copernicium wird voraussichtlich bei etwa 147 pm liegen. Aufgrund der relativistischen Stabilisierung des 7s-Orbitals und der Destabilisierung des 6d-Orbitals wird vorhergesagt, dass die Cn ^{+ -} und Cn ²⁺ -Ionen 6d-Elektronen anstelle von 7s-Elektronen abgeben, was das Gegenteil des Verhaltens seiner leichteren Homologen ist.

Neben der relativistischen Kontraktion und Bindung der 7s-Unterschale wird erwartet, dass das 6d _5/2- Orbital aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung destabilisiert wird , sodass es sich in Größe, Form und Energie ähnlich wie das 7s-Orbital verhält. Vorhersagen der erwarteten Bandstruktur von Copernicium sind vielfältig. Berechnungen im Jahr 2007 gingen davon aus, dass Copernicium ein Halbleiter mit einer Bandlücke von etwa 0,2 eV sein könnte , der in der hexagonal dicht gepackten Kristallstruktur kristallisiert . Berechnungen aus den Jahren 2017 und 2018 legten jedoch nahe, dass Copernicium unter Standardbedingungen ein Edelmetall mit einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur sein sollte: Es sollte daher keine Bandlücke wie Quecksilber aufweisen, obwohl die Zustandsdichte auf dem Fermi-Niveau voraussichtlich für Copernicium niedriger sein als für Quecksilber. Berechnungen von 2019 legten dann nahe, dass Copernicium tatsächlich eine große Bandlücke von 6,4 ± 0,2 eV hat, die der des Edelgases Radon (vorhergesagt mit 7,1 eV) ähnlich sein sollte und es zu einem Isolator machen würde; Bulk-Kopernicium wird nach diesen Berechnungen vor allem durch Dispersionskräfte gebunden , wie die Edelgase. Wie Quecksilber, Radon und Flerovium, aber nicht Oganesson (Eka-Radon), hat Copernicium keine Elektronenaffinität .

Experimentelle atomare Gasphasenchemie

Das Interesse an der Chemie des Kopernikiums wurde durch Vorhersagen geweckt, dass es die größten relativistischen Effekte in der gesamten Periode 7 und der Gruppe 12 und tatsächlich unter allen 118 bekannten Elementen haben würde. Von Kopernicium wird erwartet, dass es die Grundzustandselektronenkonfiguration [Rn] 5f ¹⁴ 6d ¹⁰ 7s ^{2 besitzt} und somit nach dem Aufbauprinzip zur 12. Gruppe des Periodensystems gehören sollte . Als solches sollte es sich wie das schwerere Homolog von Quecksilber verhalten und mit Edelmetallen wie Gold starke binäre Verbindungen bilden . Experimente zur Untersuchung der Reaktivität von Copernicium konzentrierten sich auf die Adsorption von Atomen des Elements 112 auf einer bei unterschiedlichen Temperaturen gehaltenen Goldoberfläche, um eine Adsorptionsenthalpie zu berechnen. Aufgrund der relativistischen Stabilisierung der 7s-Elektronen zeigt Copernicium radonähnliche Eigenschaften. Es wurden Experimente mit gleichzeitiger Bildung von Quecksilber- und Radon-Radioisotopen durchgeführt, die einen Vergleich der Adsorptionseigenschaften ermöglichten.

Die ersten chemischen Experimente an Copernicium wurden mit der ²³⁸ U( ⁴⁸ Ca,3n) ²⁸³ Cn-Reaktion durchgeführt. Der Nachweis erfolgte durch spontane Spaltung des beanspruchten Elternisotops mit einer Halbwertszeit von 5 Minuten. Die Analyse der Daten zeigte, dass Copernicium flüchtiger als Quecksilber war und Edelgaseigenschaften aufwies. Die Verwirrung bezüglich der Synthese von Copernicium-283 hat jedoch einige Zweifel an diesen experimentellen Ergebnissen aufkommen lassen. Angesichts dieser Unsicherheit führte ein FLNR-PSI-Team zwischen April und Mai 2006 am JINR Experimente durch, um die Synthese dieses Isotops als Tochter der Kernreaktion ²⁴² Pu( ⁴⁸ Ca,3n) ²⁸⁷ Fl zu untersuchen. (Die Fusionsreaktion von ²⁴² Pu + ⁴⁸ Ca hat einen etwas größeren Querschnitt als die Reaktion von ²³⁸ U + ⁴⁸ Ca, so dass der beste Weg, um Copernicium für chemische Experimente herzustellen, ein Überschwingprodukt als Tochter von Flerovium ist.) Experiment wurden zwei Atome von Copernicium-283 eindeutig identifiziert und die Adsorptionseigenschaften wurden interpretiert, um zu zeigen, dass Copernicium aufgrund der Bildung einer schwachen Metall-Metall-Bindung mit Gold ein flüchtigeres Homolog von Quecksilber ist. Dies stimmt mit allgemeinen Hinweisen einiger relativistischer Berechnungen überein, dass Copernicium "mehr oder weniger" homolog zu Quecksilber ist. 2019 wurde jedoch darauf hingewiesen, dass dieses Ergebnis möglicherweise einfach auf starke Dispersionswechselwirkungen zurückzuführen ist.

Im April 2007 wurde dieses Experiment wiederholt und weitere drei Atome von Copernicium-283 wurden positiv identifiziert. Die Adsorptionseigenschaft wurde bestätigt und zeigte, dass Copernicium Adsorptionseigenschaften hat, die mit dem schwersten Mitglied der Gruppe 12 übereinstimmen. Diese Experimente ermöglichten auch die erste experimentelle Schätzung des Siedepunkts von Copernicium: 84⁺¹¹²
₋₁₀₈ °C, so dass es bei Standardbedingungen gasförmig sein kann.

Da die leichtere Gruppe 12 Elemente oft auftreten Chalkogenid Erzen, Versuche wurden im Jahr 2015 durchgeführt , um copernicium Atom auf einer Einzahlung Selen Oberfläche zu bilden copernicium Elenid, CNSE. Reaktion von copernicium Atomen mit trigonales Selen einer Elenid zu bilden , wurde beobachtet, wobei -Δ H _Anzeigen^Cn (t-Se)> 48 kJ / mol, mit der kinetischen Hinderung gegen Selenidbildung für copernicium niedriger als für Quecksilber. Dies war unerwartet, da die Stabilität der Gruppe-12-Selenide dazu neigt, von ZnSe zu HgSe hinab der Gruppe abzunehmen .

Siehe auch

Insel der Stabilität

Anmerkungen

Verweise

Literaturverzeichnis

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Externe Links

Copernicium am Periodensystem der Videos (University of Nottingham)

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