ترکیب عناصر فوق سنگین به دلیل اثرات نسبیتی پیوند ضعیف تر از حد انتظار را نشان می دهد.

توسط اینگو پیتر، انجمن هلمهولتز از مراکز تحقیقاتی آلمان

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

یک همکاری بین المللی به رهبری یک گروه تحقیقاتی از GSI/FAIR در دارمشتات، آلمان، اولین اندازه گیری پایداری شیمیایی یک ترکیب عنصر فوق سنگین را به دست آورد.

تمرکز بر روی کمپلکس هگزا کربونیل Sg (CO)6 دریای بورژیوم (Sg، عنصر 106) بود. نتیجه: پیوند بین اتم seaborgium و لیگاند کربونیل بر اساس موقعیت آن در جدول تناوبی ضعیف تر از حد انتظار است. اثرات نسبیتی علت هستند.

نتایج در مجله Nature منتشر شده است.

عناصر فوق سنگین (SHE) با اعداد اتمی از 104 تا 118 به طور مصنوعی در واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در شتاب‌دهنده‌های ذرات تولید می‌شوند - با سرعت حداکثر چند اتم در روز. طول عمر کوتاه آنها که حداکثر چند ثانیه است، مطالعات شیمیایی را بسیار چالش برانگیز می کند.

هدف اولیه از مطالعه آنها ردیابی تأثیر اثرات نسبیتی است: به دلیل بار هسته ای بالای SHE، الکترون های نزدیک هسته اتم به سرعت هایی نزدیک به سرعت نور شتاب می گیرند. طبق نظریه نسبیت خاص اینشتین، اجسامی که نزدیک به سرعت محدود نور حرکت می کنند سنگین تر می شوند.

مدل بور از اتم به ما می‌گوید که این منجر به نزدیک‌تر شدن الکترون‌ها به هسته و پیوند قوی‌تر می‌شود. الکترون های دورتر در معرض افزایش جرم نسبیتی نیستند و حتی دورتر می شوند زیرا الکترون های قوی تر از بار مثبت هسته ای محافظت می کنند.

هر دو اثر منجر به تغییر در ساختار الکترونیکی اتم های فوق سنگین و در نتیجه در خواص شیمیایی ترکیبات آنها در مقایسه با همولوگ های سبک تر آنها می شود. بنابراین، مطالعات تطبیقی ​​مجتمع‌های مشابه عناصر همولوگ به محققان اجازه می‌دهد تا زیربنای اساسی جدول تناوبی عناصر را بررسی کنند.

دکتر الکساندر یاکوشف از سخنرانان GSI/FA توضیح می دهد: "برای اولین بار، ما موفق شدیم استحکام پیوند شیمیایی را در ترکیبی از یک عنصر فوق سنگین، یعنی بین اتم دریای مرکزی و لیگاند مونوکسید کربن اندازه گیری کنیم. سپس آن را با قدرت این پیوند در هگزا کربونیل همولوگ سبک تر، تنگستن مقایسه کردیم."

از کروم از طریق مولیبدن تا تنگستن، استحکام پیوند در هگزا کربنیل‌ها افزایش می‌یابد، که نشان می‌دهد باید حتی در دریای کورژیوم قوی‌تر باشد. اما اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که عدد اتمی بالای دریاچه ساختار پوسته الکترونیکی آن را تغییر می‌دهد، روند را تغییر می‌دهد و منجر به تضعیف پیوند می‌شود.» محاسبات کوانتومی-شیمیایی اخیر که به طور کامل تأثیر نسبیت را توضیح می دهد، این اثر را توضیح می دهد. محاسبات ساده تر که اثرات نسبیت را نادیده می گیرند، افزایش مستمر در استحکام پیوند را پیش بینی می کنند.

Sg(CO)6 برای اولین بار حدود 10 سال پیش در مرکز RIKEN Nishina در ژاپن، در آزمایشی که توسط دانشمندان دانشگاه Johannes Gutenberg Mainz (JGU) و GSI/FAIR هدایت شد، سنتز شد. این اولین ترکیب از کلاس کربونیل بود که برای یک عنصر فوق سنگین سنتز شد. ویژگی‌های پیوند آن باعث شد که بلافاصله برای اندازه‌گیری قدرت پیوند شیمیایی بین اتم دریای مرکزی و لیگاند مونوکسید کربن جذاب باشد، اما تلاش‌های اولیه ناموفق بود.

کلید موفقیت آزمایشی، سنتزهای شیمیایی سریع با بازده بالا، همراه با روش‌های پیچیده برای ثبت واپاشی سریع رادیواکتیو مورد نیاز برای شناسایی اتم‌های منفرد است. در آزمایش GSI/FAIR، محققان ایزوتوپ seaborgium-259 را تولید کردند که دو حالت هسته‌ای با عمر متفاوت اما کوتاه کمتر از نیم ثانیه برای آن شناخته شده است. برای مقایسه، ایزوتوپ‌های تنگستن 161 و 162 با عمر کوتاه مشابه تولید شدند.

پس از تولید و جداسازی در مجموعه آزمایشی TASCA (دستگاه جداکننده و شیمی ترانس آکتینید)، اتم ها در یک اتمسفر گازی حاوی مونوکسید کربن قرار گرفتند. این گاز منجر به تشکیل ترکیب شد و همه اتم ها را در یک کانال آشکارساز باریک با دو آرایه متوالی برای شناسایی هر اتم با ثبت واپاشی هسته ای آن ریخت.

محصولات واکنش شیمیایی دریا و تنگستن با مونوکسید کربن از نظر شیمیایی واکنش‌پذیر باقی می‌مانند و در اولین آرایه آشکارساز رسوب می‌کنند - مگر اینکه ترکیب فرار هگزا کربونیل را تشکیل دهند که از این کانال اول عبور می‌کند و به آرایه آشکارساز دوم می‌رسد که تا دمای آنقدر پایین خنک می‌شود تا این مجتمع‌ها را جذب کند.

کارایی تبدیل به کمپلکس هگزا کربونیل به شدت به استحکام پیوند بین لیگاند ششم مونوکسید کربن و اتم مرکزی بستگی دارد. اندازه‌گیری کسر تمام اتم‌های دریایی که مجموعه هگزا کربونیل را تشکیل می‌دهند، به محققان اجازه می‌دهد تا قدرت این پیوند شیمیایی را استنتاج کنند.

در مجموع، 75 اتم seaborgium ثبت شد که سه مورد از آنها در آشکارساز هگزا کربونیل بود. در مقابل، 17 درصد از تمام اتم های تنگستن ترکیب مشابه را تشکیل دادند.

از بازده بسیار کمتر Sg(CO)6 در مقایسه با W(CO)6، محققان نتیجه گرفتند که استحکام پیوند در Sg(CO)6 4 کیلوژول بر مول کمتر است. بنابراین، روند افزایش پایداری هگزا کربونیل ها در گروه کروم، از کروم تا مولیبدن تا تنگستن، در seaborgium معکوس می شود.

کریستف ای. دولمان، رئیس بخش شیمی عناصر فوق سنگین در GSI/FAIR و در موسسه هلمهولتز ماینز و استاد دانشگاه ماینز، تأکید می‌کند: «این آزمایش موفقیت‌آمیز بدون همکاری بین‌رشته‌ای و بین‌المللی بین مؤسسات تحقیقاتی از سراسر جهان امکان‌پذیر نبود. در حال بررسی هستند."

پس از اولین مطالعه دقیق و موفقیت آمیز پیوند شیمیایی در مولکول های عناصر فوق سنگین، محققان در حال آماده سازی آزمایش هایی با عناصر حتی سنگین تر از دریای دریایی هستند.

الکساندر یاکوشف و همکاران، مشاهده تضعیف پیوند نسبیتی در seaborgium hexacarbonyl، Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11105-2

ارائه شده توسط انجمن هلمهولتز از مراکز تحقیقاتی آلمان

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →