Süper Ağır Elementlerden Flerovyum Nedir? (Özellikleri, İzotopları)
Flerovyum, yakın tarihe kadar özelliklerinin birçoğu tespit edilemeyen süper ağır elementlerden biridir. Bilinen özellikleri de tahmin edilmiştir.
Flerovyum, süper ağır ve transaktinit grubu yapay elementlerden biridir. Son derece radyoaktiftir. Bir metal olarak sınıflandırılır; ancak oda sıcaklığında gaz olabileceği de değerlendirilmektedir. Bu element hakkında çok az şey biliniyor. Bilinen özellikleri de tahminden ibaret. Bu sebeple herhangi bir kullanımı bulunmuyor. Bugüne kadar çok az flerovyum atomu üretilebildiğinden şu anda temel bilimsel araştırmaların dışında uygulaması bulunmuyor. Flerovyumun neye benzediği de bilinmiyor. Gizemli elementlerden biri olan flerovyumla ilgili “tespit edilenleri” makalemizde bulabilirsiniz.
(Rus ekibin keşfettiği elemente flerovyum ismi, Rus nükleer fizikçi Giorgi Flyorov’un anısına verilmiştir.)
Tarihçesi
Flerovyumla ilgili ilk önemli araştırma Aralık 1998 tarihinde Rusya Dubna’daki Ortak Nükleer Araştırma Merkezi’nde (JINR) yapıldı. Yuri Oganessian ve Vladimir Utyonkov başkanlığında Rus araştırma ekibi, hızlandırılmış Kalsiyum-48 iyonlarıyla Plütonyum-244 hedefini bombardımana tutarak Fl-292’nin fisyon özelliklerini gözlemledikleri birkaç deney gerçekleştirdi. Bu işlemde 30,4 saniye yarılanma ömrü olan alfa emisyonuyla çürüyen tek bir flerovyum atomu tespit edildi. Bu gözlem, Flerovyum-289 izotopuna atandı ve Ocak 1999 tarihinde araştırma sonuçları yayınlandı. Aynı deney daha sonra tekrarlandı. Ancak bozunma özelliklerine sahip bir izotop bulunamadı.
Mart 1999’da aynı ekip, diğer flerovyum izotoplarını sentezlemek için tekrar çalışmalara başladı. Bu sefer Plütonyum-244 yerine Plütonyum-242 izotopunu kullandılar. Bu çalışma sonucu iki flerovyum atomu daha üretildi. Fl-287 olarak tanımlanan bu atomların alfa emisyonu ile bozunduğu ve yarılanma ömürlerinin 5,5 saniye olduğu belirlendi. Bu izotopun kararlı meta izomer Fl-287m olabileceği öngörüldü. Rus ekibin 1998 yılından beri yaptığı çalışmaların sonucunda Haziran 1999 tarihinde iki atom daha üretildi. Bu çalışma da Fl-288 izotopu olarak atandı. Aralık 2002 tarihindeki çalışmalar ise Haziran 1999 tarihinde sentezlenen bu izotopun Fl-289 olduğunu ortaya koydu.
Bu arada, Kaliforniya’daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan bir ekip de Rus ekibe flerovyum çalışmalarında destek verdi. Ocak 2009’da Berkeley ekibi, Fl-286 ve Fl-287 izotoplarının keşiflerini doğruladı. Temmuz 2009’da ise Alman bir ekip Fl-288 ve Fl-289 flerovyum izotoplarını teyit etti. 2011 yılında Uluslararası Temel ve Uygulamaları Kimya Birliği (IUPAC), Dubna ekibinin 1997-2007 yılları arasındaki sonuçlarını değerlendirdi. İlk verileri yetersiz bulan IUPAC, 2004-2007 yılları arasındaki çalışmaları doğrulayarak flerovyumun keşfini onayladı.
Öte yandan, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı bilim adamlarından Gleen T. Seaborg, Aralık 1997 tarihinde süper ağır elementleri sentezlemek için çalışmalara katılan bir isimdi. En büyük hayali bu elementlerden birini görmekti. Meslektaşı Albert Ghiorso, 1999 yılında hasta yatağındaki Seaborg’a flerovyumun sentezlendiğinden bahsetti. Ancak Seaborg, meslektaşını hatırlayamamıştı. Seaborg, 25 Şubat 1999 tarihinde hayalini gerçekleştiremeden hayata gözlerini yumdu.
“Flerovyum” kelimesi, Rus nükleer fizikçi Giorgi Flyorov’un anısına soyadından esinlenilerek türetilen bir sözcüktür. Flerovyum, keşfedilmeden önce periyodik tabloda “ek-lead” olarak biliniyordu. İlk keşfedildiğinde geçici olarak “ununquadium” adı verildi. Simgesi de “Uuq” olarak belirlendi. Uluslararası Temel ve Uygulamaları Kimya Birliği (IUPAC) tarafından 30 Mayıs 2012 tarihinde “flerovyum” olarak değiştirildi. Flyrov’un adı, flerovyumun keşfedildiği laboratuvara da verildi.
Giorgi Nikolayeviç Flyorov, Sovyet döneminin önemli bir nükleer fizikçisi. 1913-1990 yılları arasında yaşayan Flyorov, bir hava kuvvetleri teğmeni olarak görev yaparken Stalin’e mektup yazmıştı. Mektubunda; ABD, İngiltere ve Almanya’nın nükleer fisyon alanındaki göze çarpan sessizliğine dikkat çekmişti. Florov mektubunda ayrıca, gecikmeden atom bombası yapma çağrısında bulunmuş, bunun üzerine Sovyet atom bombası projesi başlatılmıştı.
(Flyorov’un Stalin'e yazdığı mektup sonrası Sovyet atom bombası projesi başlatıldı.)
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Flerovyumun kimyasal sembolü “Fl”dir. Atom numarası 114, atom ağırlığı 289, atom yarıçapı 160 pm, yoğunluğu 22 gcm3’tür. Erime noktası 70 derece, kaynama noktası 150 derecedir (Flerovyumla ilgili bu değerler tahmin ediliyor). Periyodik tablonun 4-A grubunda, zayıf metaller serisinde yer alır. Atom kütle numarası 113’ten büyük olan “transaktinit” ve “süper ağır” elementler arasında yer alır. Karbon grubunun bilinen en ağır elementidir. Flerovyumun +2 oksidasyon durumunda kurşundan daha kararlı, +4 oksidasyon durumunda oldukça karasız olacağı öngörülüyor. Tüm flerovyum dihalojenürlerin kararlı olması bekleniyor. 114 elektron, 114 proton ve 175 nötronu bulunuyor.
Flerovyum, periyodik tabloda karbon, silikon, germanyum, kalay ve kurşunun altındaki 14. Grup elementlerinden biridir. Süper ağır elementler arasında en güçlü element olduğu öngörülüyor. Çünkü elektronları hafif atomlardan daha hızlı, ışık hızıyla karşılaştırılabilen hızlarda hareket ediyor. Flerovyumun kapalı kabuk elektron konfigürasyonu, metal flerovyumdaki metalik bağlanmanın önceki ve sonraki elementlerden daha zayıf olmasına neden olur. Bu sebeple flerovyumun erime ve kaynama noktaları, zayıf metalik bağlanma eğilimi sebebiyle düşük olarak öngörülmüştür. Ayrıca kaynama noktası -60 derecede olan bir gaz olduğu değerlendiriliyor. Bazı kaynaklara göre de oda sıcaklığında gümüşî beyaz, soluk gri renginde bir katı olacağı belirtiliyor. Yoğunluğu ise, katı halde atom ağırlığı yüksek olduğu için 14 ila 22 değerlerinde olacağı öngörüldü.
İzotopları
Flerovyum, doğada bulunmuyor. Nükleer reaktörlerdeki tepkimelerle gözlemlenebiliyor. Flerovyumun radyoizotopu bulunmuyor. Periyodik tablodaki konumu, kararlı ve bir nükleer konfigürasyonun yarılanma ömrünün nispeten uzun olması gerektiğini gösteren bir yerdedir.
Flerovyumun tüm yapay elementler gibi kararlı izotopu bulunmuyor. Yarılanma ömürleri tespit edilen 5 izotopu, 1 adet de meta izomeri bulunuyor. Bunlar; Fl-285 (5 saniye), Fl-286 (0,16 milisaniye), Fl-287 (0,51 saniye), Fl-288 (2,8 saniye), Fl-289 (0,97 saniye), Fl-289m (2,6 saniye). Bilinen en kararlı flerovyum izotopu Fl-289’dur. Bu izotopun meta izomerinin yarılanma ömrü yaklaşık 2,6 saniyedir. Fl-290 izotopunun ise, yarılanma ömrü 19 saniye veya daha uzun bir nükleer izomere sahip olduğu öngörülüyor; ancak bu bilgi henüz teyit edilemedi. Fl-298 ve daha ağır izotoplarının daha uzun yarılanma ömrüne sahip olduğu tahmin ediliyor.
(Temsili laboratuvar deney tüpleri...)
Flerovyumla İlgili Araştırmalar
Kimyasal olarak araştırılan en ağır elementlerden biri olan flervoyumla ilgili ilk araştırmalar 2007-2088 yılları arasında yapıldı. Ön çalışmalarda grubundaki 14 element içinde beklenmedik şekilde uçucu olduğu; asal gazlara benzer özelliklere sahip olduğu öngörüldü. Daha yakın tarihlerde yapılan araştırmalar ise, flerovyumun altın ile reaksiyonunun kopernikyum ile benzerlik gösterdiği tespit edildi. Normal koşullar, sıcaklık ve basınç altında gaz halinde olduğu, homologu olan kurşuna benzer özellikler taşıdığı, diğer 14 element içindeki en az reaktif metal olduğu şeklinde değerlendirmeler yapıldı. 2016 yılına kadar yapılan araştırmalarda flerovyumun metal veya gaz özellikleri taşıyıp taşımadığı konusunda net bir çalışma ortaya konulamadı.
Flerovyumun yaklaşık 90 atomu gözlemlendi. 58 atomu direkt olarak sentezlendi. Diğer atomlar ise daha ağır elementlerin radyoaktif bozunmasıyla ortaya çıktı. Sentezlenen flerovyum atomlarının 284 ila 290 arasında kütle numarası olduğu gözlemlendi. Flerovyum izotoplarının alfa parçalanma yarılanma ömürleriyle ilgili teorik olarak yapılan tahminler, deneysel verileri destekliyor. Flerovyumla ilgili son araştırmalarda “grubundaki en az reaktif elementtir; ancak yine de bir metaldir” sonucuna varıldı. Buna rağmen flerovyumun metal veya soygaz olup olmadığı konusu netleşmiş değil.
Flerovyumla İlgili Dikkat Çeken Notlar
- Flerovyum, nükleer reaktörlerdeki tepkime sonucu ortaya çıkıyor. Çok kısa bir an kararlı halini koruyabiliyor. Yani izotoplarının yarılanma ömrü inceleme yapacak kadar uzun değil. Çok çabuk bozunduğu için detaylı gözlemleme ve incelenme imkânı bulunamıyor.
- Flerovyumun erime ve kaynama noktaları, atom yarıçapı ve yoğunluğu tahmini olarak belirlenmiştir.
- Elektronegatifliği, elektron dizilimi, yükseltgenme basamağı, ergime ve buharlaşma ısıları, kristal yapısı, sertliği ve elektrik direnci henüz tespit edilemedi.
- Flerovyumun ilk izotoplarının sentezlenmesi 30 yıl sürdü.
- Flerovyumla ilgili kimyasal araştırmalarda şimdiye kadar kesin sonuçlar elde edilemedi; ancak deneysel olarak araştırılan en ağır elementtir.
- 2012 yılından beri flerovyumla ilgili yapılan deneylerde kimyasal özelliklerinin, asal gaz ve benzeri metallerden daha metalik olduğu tespit edildi. Bu sebeple flerovyum, bazı bilim adamları tarafından “uçucu metal” olarak nitelendiriliyor.
- Flervoyumu ilk olarak sentezleyen Rus ekibi, tek bir flerovyum atomu üretmek için yapılan ve 40 gün süren deneylerde milyarlarca kalsiyum iyonu kullandı.
- Flerovyumun ilk sentezlenme çalışmalarında çürümeden önce sadece 30,4 saniye boyunca tek bir Fl-289 atomu gözlemlenebildi. Daha sonra yarılanma ömrü 2 saniye olan iki Fl-288 atomu sentezlenebildi.