Лоуренсий химический элемент

Лоуренсий (Lr) — это неорганический химический элемент с атомным номером 103.

Считается  трансурановым элементом, так как находиться после урана и обычно изображаемых в нижней части периодической таблицы.

Его изотопы крайне не стабильны, поэтому работа с ним очень затруднена.

Поэтому его физические и химические свойства частично рассматриваются на основании других подобных элементов.

Что такое лоуренсий

[Lawrencium; по имени  амер. физика Э. Лоуренса (Е. Lawrence)], Lr — искусственно полученный   радиоактивный   химический элемент.

Атомный номер 103; относится к актиноидам. Для лоуренсия    характерна степень окисления +3.

В  1958—61 амер. ученые А. Гиорсо и др. пытались   синтезировать в    Беркли (США) 103-й элемент, дав ему название «лоуренсий», однако их данные не подтвердились.

Впервые лоуренсий (изотоп ²⁵⁶Lr)  получили (1965) в Дубне (СССР) сов. физики Е. Д. Донец, В. А. Щеголев и А. А. Ермаков при облучении мишени из изотопа ²⁴³Ат ускоренными ионами 180.

Период полураспада изотопа ²⁵⁶Lr равен 35 сек. В 1969 в Дубне впервые получен изотоп ²⁵⁵Lr (период полураспада около 20 сек) и изучены химические свойства лоуренсия.

Физические свойства

Изучены крайне мало и в основном предсказываются на основе его положения в Периодической таблице (как последний актиноид) и сравнения с его более легким аналогом — лютецием (Lu).

✅Агрегатное состояние: Ожидается, что при комнатной температуре он будет твердым металлом.

✅Внешний вид: Предполагается, что он будет иметь серебристо-белый или сероватый металлический блеск.

✅Плотность: Расчетная плотность составляет около 14.4 г/см³. (Некоторые источники указывают 16 г/см³, что также очень высоко).

✅Температура плавления: Расчетная температура плавления — около 1627 °C (1900 K). Точные экспериментальные данные отсутствуют.

✅Температура кипения: Неизвестна и не предсказана с высокой точностью.

✅Кристаллическая структура: Предполагается, что будет иметь гексагональную плотноупакованную структуру (как у лютеция).

✅Радиоактивность: Это радиоактивный элемент. Все его изотопы нестабильны и подвержены альфа-распаду, превращаясь в другие элементы.

Самый долгоживущий изотоп Lr²⁶² имеет период полураспада около 3,6 часа.

Атомная масса: Для наиболее стабильного изотопа Lr²⁶² — 262 а.е.м.

Сокращенная электронная конфигурация Lr:

[Rn] 5f¹⁴ 6d¹ 7s²

Химические свойства

Основаны на предсказанные и подтвержденные (насколько это возможно) химические свойства:

✅Степень окисления (валентность):

Проявляет постоянную степень окисления (валентность) +3.

Это характерно для большинства актиноидов.

Формула иона: Lr³⁺ (ион лоуренсия(III))

✅Реакционная способность:

Ожидается, что лоуренсий будет очень реакционноспособным металлом, похожим на другие актиноиды и свой аналог — лютеций (Lu).

Он должен легко окисляться на воздухе, реагировать с паром и кислотами.

Однако прямые наблюдения таких реакций очень затруднены.

✅Образование соединений с галогенами:

Были проведены эксперименты по получению галогенидов.

Предполагается, что образует тригалогениды, например:

Фторид лоуренсия(III): LrF₃

Хлорид лоуренсия(III): LrCl₃

Летучесть LrCl₃ была изучена и оказалась схожей с хлоридами других актиноидов.

✅Образование гидроксида:

Ожидается, что будет образовывать нерастворимый гидроксид:

Гидроксид лоуренсия(III): Lr(OH)₃

✅Поведение в растворах:

В водных растворах лоуренсий предположительно существует в виде иона Lr³⁺ , стабильность которого сравнима со стабильностью иона Lu³⁺.

Хлорид LrCl₃ мало летуч, подобен хлоридам редкоземельных элементов, экстрагируется Lr₃⁺ из водных растворов теноилтрифторацетоном.

Изотопы

Лоуренсия изотопы с массовыми числами ²⁵⁷Lr — ²⁶⁰Lr и периодами полураспада  соответственно  0,6; 4,2; 5,4 сек и 3 минут были получены (1971) в Беркли облучением  мишеней из  калифорния, берклия и кюрия ускоренными ионами бора, азота и кислорода.

Известно не менее 16 изотопов, самый долгоживущий из которых — ²⁶⁶Lr, и имеет период полураспада 11 часов.

Получение

Получение лоуренсия, как и других трансурановых элементов, возможно только искусственным путем в специализированных лабораториях.

Поскольку он не встречается в природе и все его изотопы крайне нестабильны.

Процесс получения сводится к ядерному синтезу (реакциям термоядерного синтеза), при котором более легкие атомы бомбардируют более тяжелые элементы-мишени.

Метод получения:

Синтезируют путем бомбардировки изотопов калифорния (Cf) ионами бора (B) или углерода (C) в ускорителях частиц:

Пример реакции (синтез изотопа лоуренсия-258):
Cf²⁵² + B¹¹ → Lr²⁵⁸ + 5n (где ‘n’ — нейтроны)

Другие методы:

Использовались также реакции с мишенями из америция и других актиноидов, бомбардируемых более легкими ионами.

Применение

(Lr) является искусственно синтезированным и крайне радиоактивным элементом с очень коротким периодом полураспада.

Самый стабильный изотоп Lr-262 имеет период полураспада около 3,6 часа, а большинство других — в разы меньше.

У него нет никаких практических применений в промышленности, медицине или повседневной жизни.

Основное «применение» лоуренсия заключается исключительно в:

✅Фундаментальных научных исследованиях:

1. Изучение свойств сверхтяжелых элементов и актиноидов.
2. Проверка теоретических моделей строения атомного ядра и стабильности элементов.
3. Расширение и понимание Периодической таблицы химических элементов за пределы существующих.

✅Образовательных целях:

Он служит примером достижений ядерной физики и химии в синтезе новых элементов.

Таким образом, лоуренсий ценен не своей полезностью в материальном мире, а как объект и инструмент для расширения нашего понимания атомного мира.

Литература

Флеров Г. Н., Друин В. А., Плеве А. А. Устойчивость тяжелых ядер граница периодической системы элементов. «Успехи физических наук».

 Часто задаваемые вопросы