Chemie

Transuranelement - Erweiterung des Periodensystems

Erweiterung des Periodensystems

Transactinoid-Elemente und ihre vorhergesagten Eigenschaften

Die postulierte Kerninsel der Stabilität ist wichtig für die Chemie . DasDas Periodensystem der Elemente klassifiziert eine Fülle physikalischer und chemischer Eigenschaften, und die Untersuchung der chemischen Eigenschaften der schweren Elemente würde zeigen, inwieweit das Klassifizierungsschema des Tisches auf der Grundlage der nuklearen Stabilitätsinsel erweitert werden könnte. Eine solche Untersuchung würde neues Licht auf die zugrunde liegenden Eigenschaften von Elektronen werfen, die den Kern umkreisen, da diese Eigenschaften das Periodensystem erzeugen. Die Positionen schwerer Elemente im Periodensystem würden letztendlich durch die charakteristischen Energien der Elektronen ihrer Atome bestimmt, insbesondere dieValenzelektronen . Komplexe Berechnungen haben eine aussagekräftige Verteilung von Elektronen in Orbitalen für eine Reihe schwerer Elemente vorhergesagt. Die Ergebnisse für die Elemente 104–121 sind in derTabelle 29: Berechnete elektronische Grundzustände für einige schwere ElementeTisch , dieKonfigurationen jene ist , daß die Atome haben , wenn sie am niedrigsten sind Energieniveau , die so genannteGrundzustand .

Es muss festgestellt werden, dass diese Berechnungen zu stark vereinfacht sind. Die tatsächlichen elektronischen Konfigurationen werden durch komplizierte relativistische Effekte bestimmt, und daher müssen die daraus resultierenden vorhergesagten chemischen Eigenschaften möglicherweise auf der Grundlage zusätzlicher chemischer Experimente mit den Transactinoid-Elementen modifiziert werden. Die vereinfachten Vorhersagen sind jedoch in guter erster Näherung genau.

Die ersten Transactinoid-Elemente

Die ersten beiden Transactinoid-Elemente, Rutherfordium (Rf) undDubnium (Db) mit den Ordnungszahlen 104 bzw. 105 weist Isotope mit ausreichend langen Halbwertszeiten (13 bzw. 32 Stunden) auf, um die Bestimmung der chemischen Eigenschaften durch Anwendung speziell entwickelter Techniken der „schnellen Chemie“ zu ermöglichen. Die Ergebnisse dieser Studien stimmen mit den in der Tabelle aufgeführten elektronischen Strukturen und ihrer Position im in der Abbildung gezeigten Periodensystem überein, wobei einige Abweichungen den Einfluss relativistischer Effekte widerspiegeln.Seaborgium (Sg),Bohrium (Bh) undHassium (Hs) mit den Ordnungszahlen 106, 107 bzw. 108 weist ebenfalls Isotope auf, mit denen ihre chemischen Eigenschaften bestimmt werden können. Chemische Untersuchungen an noch schwereren Elementen warten auf die Entdeckung längerlebiger Isotope (sofern solche existieren und synthetisiert werden können). Einige Vorhersagen für schwerere Elemente folgen.

Nihonium undFlerovium

Die Berechnungen der elektronischen Struktur ermöglichen Vorhersagen detaillierter physikalischer und chemischer Eigenschaften einigersuperschwere Elemente. Computerberechnungen der Charakter und die Energieniveaus der möglichen Valenzelektronen in den Atomen der Elemente nihonium und Flerovium (Elemente 113 und 114) haben begründete ihre Platzierung in den erwarteten Positionen. Extrapolationen von Eigenschaften von Elementen mit niedrigeren Zahlen auf Nihonium und Flerovium können dann innerhalb der üblichen Grenzen des Periodensystems durchgeführt werden. Der AnhangTabelle gibt die Ergebnisse solcher Extrapolationen an. Obwohl in vielen Fällen theoretische Berechnungen mit Extrapolation kombiniert werden, besteht die grundlegende Methode darin, den Wert einer bestimmten Eigenschaft jedes Mitglieds der Gruppe gegen die entsprechende Zeile des Periodensystems zu zeichnen . Die Eigenschaft wird dann auf die siebte Reihe extrapoliert , wobei die Reihe Nihonium und Flerovium enthält. Die Methode zur Abschätzung des Schmelzpunktes von Nihonium ist in der Abbildung dargestellt .

Einige vorhergesagte Eigenschaften der Elemente 113 und 114
Element 113 (Eka-Thallium) Element 114 (Eka-Blei)
chemische Gruppe 13 14
atomares Gewicht 297 298
stabilste Oxidationsstufe +1 +2
Oxidationspotential, V. –0,6 –0,8
M → M + + e - M → M 2+ + 2e -
metallischer Radius, Å 1,75 1,85
Ionenradius, Å 1.48 1.31
erstes Ionisationspotential, eV 7.4 8.5
zweites Ionisationspotential, eV . . . 16.8
Dichte, g / cm 3 16 14
Atomvolumen, cm 2 / Mol 18 21
Siedepunkt ° C. 1.100 150
Schmelzpunkt ° C. 430 70
Sublimationswärme, kcal / Mol 34 10
Verdampfungswärme, kcal / Mol 31 9
Debye-Temperatur, ° K. 70 46
Entropie, Entropieeinheit / Mol (25 ° C) 17 20

Das bonding property of an element can be expressed by the energy required to shift a bonding, or valence, electron. This energy can be expressed in various ways, one of which is a relative value called the oxidation potential. The relative stabilities of possible oxidation states (or oxidation numbers) of an element represent what is probably that element’s most important chemical property. The oxidation number of the atom of an element indicates the number of its orbiting electrons available for chemical bonds or actually involved in bonds with other atoms, as in a molecule or in a crystal. When an atom is capable of several kinds of bonding arrangements, using a different number of electrons for each kind, the number of arrangements equals the number of possible oxidation states. The prediction of stable oxidation states can be illustrated with flerovium, which occurs in group 14 of the periodic table. The outstanding periodic characteristic of the group 14 elements is their tendency to go from a +4, or tetrapositive, oxidation state to a +2, or dipositive, state as the atomic number increases. Thus, carbon and silicon are very stable in the tetrapositive state, Germanium zeigt einen schwachen dipositiven Zustand und einen starken tetrapositiven Zustand, Zinn zeigt ungefähr die gleiche Stabilität im tetrapositiven und dipositiven Zustand, während Blei vom dipositiven Zustand dominiert wird und nur schwache tetrapositive Eigenschaften zeigt.Die Extrapolation im Periodensystem auf die siebte Reihe führt dann zu einer vorhergesagten stabilsten dipositiven Oxidationsstufe für Flerovium. Dieses Ergebnis wird durch die Valenzbindungstheorie und durch Extrapolationen thermodynamischer Daten gestützt.