الفليروفيوم خصائص العنصر واستخداماته

الفليروفيوم: الخواص الفيزيائية والاستخدامات

الفليروفيوم (الرمز الكيميائي Fl، العدد الذري 114) هو عنصر صناعي فائق الثقل ينتمي إلى المجموعة 14 من الجدول الدوري، وهو عضو في عائلة الكربون من السيليكون والجرمانيوم والقصدير والرصاص. وقد تم تصنيعه في البداية في عام 1998 في المعهد المشترك للبحوث النووية (JINR) في دوبنا بروسيا، ويوجد في آثار دقيقة في المختبرات فقط وهو غير مستقر للغاية مع نظائر تدوم من أجزاء من الثانية إلى بضع ثوانٍ. وعلى الرغم من هذا الوجود العابر فإن الأبحاث على الفليروفيوم تزودنا برؤى قيمة في الفيزياء النووية والكيمياء النسبية وحدود الجدول الدوري.

الخواص الذرية والفيزيائية

الفليروفيوم هو عنصر من الكتلة p ما بعد الانتقالية تم حساب خواصه نظريًّا إلى حد كبير نظرًا لأنه لم يتم تصنيع سوى عدد قليل جدًّا من الذرات.

بعض الخواص المميزة هي

- العدد الذري: 114

- الرمز فل

- التوزيع الإلكتروني (تقديري): [Rn] 5f¹¹⁴ 6d¹¹⁰ 7s² 7p²

- الكتلة الذرية (النظير الأكثر استقرارًا، Fl-289): 289 u

- درجة الانصهار ودرجة الغليان: تقدر بحوالي 200-300 درجة مئوية و400-500 درجة مئوية على التوالي

- الكثافة: مقدرة ب 14-16 جم/سم مكعب

إن الانكماش النسبي لإلكترونات 7p يجعل الفليروفيوم يتصرف بشكل مختلف عن عناصر المجموعة 14 الأخف وزنًا. قد تكون هذه التأثيرات مسؤولة عن التفاعلية والتطاير المنخفضين المزعومين، وهو على عكس الرصاص، وهو فلز مستقر ومتفاعل بالمثل بعد الانتقال.

وصف الخواص الكيميائية

يوجد القليل من البيانات التجريبية، لكن الدراسات الكيميائية على الذرات المعزولة تُظهر أن الفليروفيوم لديه

- حالات الأكسدة: +2 مستقر بالنسبة لـ +4، على عكس +2 و+4 المعتاد في الرصاص.

- الخمول: تُظهر دراسات التفاعل السطحي للذهب امتزازاً ضعيفاً، كما هو متوقع مع الطابع الشبيه بالمعدن النبيل، وهو أمر غير معتاد بالنسبة لعنصر من المجموعة 14.

- المركبات المتوقعة: FlCl₂، FlF₂، وربما FlO، تشبه إلى حد كبير بعض كيمياء الرصاص ولكن أقل من ذلك بسبب الاستقرار النسبي للإلكترونات.

مقارنة:

- الرصاص (Pb): حالتا الأكسدة +2 و+4؛ يشكلان PbO، PbCl₂، PbSO₄.

- القصدير (Sn): حالتا الأكسدة +2 و+4؛ يُكوِّن SnO، SnO₂، SnCl₄.

- الفليروفيوم: يُفترض أنه يفضل +2 والترابط المعدني الأكثر مرونة وتطايرًا، ويُظهر انحرافًا عن السلوك الطبيعي للمجموعة 14.

النظائر

جميع نظائر الفليروفيوم مشعة. النظائر الرئيسية هي:

استُخدم Fl-289 أيضاً في أبحاث رائدة في الكيمياء أحادية الذرة حيث تم تصنيع 5-10 ذرات في نفس الوقت لدراسة ظواهر الامتزاز واتجاهات الترابط الكيميائي.

التخليق

يتم تحضير الفليروفيوم حصرياً في مسرعات الجسيمات من خلال تفاعلات الاندماج النووي. على سبيل المثال

مثال على التفاعل:

Pu-244 + Ca-48 → Fl-292* → Fl-289 + 3n

في هذا، يتم قصف أهداف البلوتونيوم بأيونات الكالسيوم عالية الطاقة. وتنبعث من النوى الفائقة الثقل المتكونة جسيمات ألفا ويتم التأكد من أنها تنتج الفليروفيوم من خلال الكشف عن سلاسل الاضمحلال إلى نظائر معروفة مثل الكوبرنيسيوم (Cn، العنصر 112).

مقارنة مع الرصاص وعناصر المجموعة 14 الأخرى

تسلط الخواص النظرية للفليروفيوم الضوء على تأثيرات التثبيت النسبي في العناصر فائقة الثقل:

1. الفليروفيوم: على الرغم من أن الرصاص معدن ناعم وعالي التوصيل، فإن الفليروفيوم سيكون متقلبًا وضعيف الفلزات بسبب الانكماش النسبي لمدارات 7p.

2. التفاعلية: يتحد الرصاص مع الأكسجين والأحماض والهالوجينات لتكوين PbO وPbCl₂ وPbF₂. ستكون مركبات الفليروفيوم +2 أقل تفاعلية؛ على سبيل المثال، سيكون FlCl₂ أكثر تطايرًا وضعفًا في الارتباط من PbCl₂.

3. تفضيل حالة الأكسدة: لدى الرصاص تفضيل لحالتي الأكسدة +2 و+4، في حين أن الفليروفيوم من المفترض أن يكون لديه تفضيل لحالة الأكسدة +2 بسبب التأثيرات النسبية، وهو ما لا يتفق مع الاتجاهات الدورية.

دراسة حالة: فشلت ذرات الفليروفيوم في تجربة أحادية الذرة المودعة على سطح كاشف مطلي بالذهب في الامتزاز. على عكس الرصاص مع ترابطه المعدني على الأسطح، تصرفت ذرات الفليروفيوم مثل الغازات النبيلة تقريبًا، كما تتنبأ النظرية للطابع المعدني المنخفض.

الاستخدامات والتطبيقات

نظرًا لعدم استقراره الشديد، ليس للفليروفيوم أي فائدة تجارية. فقيمته علمية بحتة:

- الفيزياء النووية: الكشف عن "جزيرة الاستقرار" وتأكيد نماذج الغلاف النووي. نظائر الفليروفيوم هي مركبات وسيطة تدخل في تركيب العناصر الأثقل مثل ليفرموريوم (Lv، العدد الذري 116).

- الكيمياء النسبية: البحث في تأثيرات الإلكترونات النسبية على شذوذات الاتجاهات في المجموعة 14.

- أبحاث المواد فائقة الثقل: توفر التحقيقات أحادية الذرة بيانات عن الامتزاز والتطاير والترابط في المواد فائقة الثقل.

اعتبارات السلامة

الفليروفيوم مشع، ولكن المخاطر المفيدة ضئيلة: لا ينتج عن التجارب سوى حفنة من الذرات دفعة واحدة، وتضمحل في ثوانٍ. تُتَّبع الاحتياطات المعملية الروتينية ضد الإشعاع في مختبرات معجلات الجسيمات.

الخاتمة

يحتل الفليروفيوم موقعاً فريداً في الجدول الدوري، حيث يقع بين الكيمياء العادية وحدود الفيزياء النووية. على الرغم من أنه ورث ميول المجموعة 14 من القصدير والرصاص، فإن خصائصه المتوقعة المتطايرة والفلزية الضعيفة والخاملة تجعله متميزًا.

وعلى الرغم من عدم وجود استخدام صناعي له، إلا أن تكريس الفليروفيوم لنمو الجدول الدوري، في تحدٍ للنظرية الكيميائية النسبية، والتركيب الرائد للعناصر الثقيلة لا يقدر بثمن. ولا يزال الفليروفيوم يمثل حافة في العلم، حيث يوضح التفاعل الدقيق بين القوى النووية وحركة الإلكترونات والدورية الكيميائية.