Kimya veya fizikle ilgilenmeyenler adını belki de hiç duymamıştır. Evet, “darmstadtiyum” adında bir element var. Sentetik, yani laboratuvarda sentezlenebilen, süper ağır ve oldukça radyoaktif elementlerden biridir. Son derece kararsız ve çok kısa ömürlüdür. Özelliklerinin birçoğu tahminden ibaret. Darmstadtiyumun varlığı, 1994 yılında sentezlenmesinin ardından 2001 yılında teyit edildi. Keşfedildiği yerden ismini alan elementlerden biridir. Saf formda sentezlenemediği için kimyasal ve fiziksel özellikleri yeterince incelenememiştir. Bu sebeple görünümü, rengi, ısı değişikliklerindeki davranışları gibi birçok özelliği bilinmeyen darmstadtiyumun laboratuvar araştırmaları dışında herhangi bir uygulaması ve kullanımı bulunmuyor. En yüksek yoğunluğa sahip elementlerden biri olduğu tahmin ediliyor. Yüksek kaynama ve erime noktalarına sahip, refrakter, sert ve platin grubu asal elementlerle benzer özellikler taşıması bekleniyor. İlginizi çekeceğine inandığımız bu elementi tanımak isterseniz makalemize göz atabilirsiniz.
(Almanya'nın Darmsdat kenti...)
Tarihçesi
Darmstadtiyum, ilk kez 9 Kasım 1994 tarihinde Almanya’nın Hessen eyaletine bağlı Darmstadt kentinde bulunan Ağır İyon Araştırmaları Enstitüsü’nde (Gesellschaft für Schwerionenforschung - GSI) sentezlenmiştir. GSI’de görevli Alman fizikçi Sigurd Hofmann başkanlığındaki ekipte; Peter Armbruster, Gottfried Münzenberg, V. Ninov, F. P. Hessberger, H. Folger, H. J. Schött isimli bilim adamları yer aldı.
Darmstadtiyumun ilk sentezi, kurşun hedefinin nikel atomlarıyla bombardımanı sonucu oluşan nükleer füzyon ile gerçekleşmiştir. Dört zincirli alfa yayan, nükleik asit üreten, atomik olarak zenginleştirilmiş Kurşun-208 hedefinin Nikel-62 atomlarıyla bombardımana tutulması sonucu oluşan füzyon buharlaşmasıyla sentezlenmiştir. Bir hafta boyunca doğrusal hızlandırıcıda uygulanan bombardıman sonucu sadece 1 adet Darmstadtiyum-269 atomu tespit edilebildi. Bu atom, 260 milisaniye bir süre sonra alfa parçacığı yayarak varlığını kaybetti ve daha sonra alfa parçacıklarını Sodyum-265 izotopuna dönüştürdü.
“Darmstadtiyum” kelimesi, elementin keşfedildiği yer olan Almanya’nın Darmstadt kentinden esinlenilerek türetilen bir sözcüktür. Bu isim GSI ekibi tarafından Darmstadt’a atfen önerilmiştir. Uluslararası Temel ve Uygulamaları Kimya Birliği (IUPAC) tarafından da Mayıs 2003 tarihinde bu isim tavsiye edilmiş, 16 Ağustos 2003 tarihindeki 42. IUPAC Genel Kurul Toplantısı’nda kabul edilmiştir.
Platin grubu elementlerle benzer özellikler taşıdığı öngörüldüğü için keşfedilmeden önce periyodik tabloda “eka-platin” olarak isimlendirilmiştir. Keşfinden sonra ismi onaylanmadan önce IUPAC tarafından geçici olarak “ununnilium” ismi ve “Uun” sembolü verilmiştir. Element için ayrıca, Darmsadt kentinin Wixhausen banliyösüne atfen “wixhausium” ismi ve “Wi” sembolü de önerilmiştir. 110 numaralı elementin keşfi için bir takım deneyler yapan Rus bilim adamları “becquerelium”, Amerikalı bilim adamları da “hahnium” isimlerini önermiştir.
(Darmstadtiyumun sentezinde kullanılan UNILAC adlı lineer hızlandırıcı...)
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Darmstadtiyumun kimyasal sembolü “Ds”dir. Atom numarası 110, atom ağırlığı 281’dir. Yoğunluğu tahmini olarak 34,8 grcm3’tür. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 32, 17, 1” şeklindedir. Beş oksidasyon durumu öngörülüyor, bunlar 8, 6, 4, 2 ve 0’dır. 110 protonu, 159 nötronu bulunuyor. Atomik yarıçapı 118 pm, kovalent yarıçapı 128 pm olarak varsayılıyor. Periyodik tabloda D-Blok’ta, geçiş metalleri element serisinde yer alır. Süper ağır veya transaktinit elementlerden biridir. Periyodik tabloda platin, nikel, paladyumun da yer aldığı 10. Grup elementlerinden biridir. Görünüşünün beyaz veya metalik gri olabileceği tahmin ediliyor. Oda sıcaklığında, normal basınç altında katı bir metal olacağı öngörülüyor. Nemli havada korozyona ve oksidasyona dirençli platin, rodyum, osmiyum, rutenyum ve iridyum gibi asal metallere benzer bir karakterde olduğu öngörülüyor; ancak bu henüz doğrulanabilmiş değil.
Darmstadtiyumun izotopları çok çabuk bozunduğu için birçok fiziksel ve kimyasal özelliği bilinmiyor. Bilinen özelliklerinden bazıları tahmin edilmiştir. Homologunun platin olduğu öngörülüyor. Değerleri henüz doğrulanamayan özelliklerinden bazıları şunlardır; yoğunluğu, erime noktası, kaynama noktası, ergime ısısı, buharlaşma ısısı, ısı kapasitesi, kristal yapısı, yükseltgenme seviyeleri, elektronegatifliği, iyonlaşma enerjisi, atom yarıçapı, kovalent yarıçapı, elektrik direnci, ısı iletkenliği, ses hızı, sertlik değerleri…
İzotopları
Darmstadtiyum, doğada bulunmayan sentetik bir elementtir. Laboratuvar ortamında nikel ve kurşun atomlarıyla sentezlenebilir. Nikel atomlarının çok özel bir hızda bir kurşun hedefine yansıtılması sonucu oluşan nadir bir reaksiyonun ürünüdür. Bilinen 9 izotopu vardır. Bu izotoplarının hiçbiri kararlı değildir. Atom kütleleri 267 ila 281 arasında değişen bilinen izotoplarının yarılanma ömürleri mikrosaniyelerle ölçülür. Kütle numaraları 279 ve 281 olan daha ağır ve kararlı izotopları yakın tarihlerde sentezlenmiştir. En kararlı izotopu Ds-281’in yarılanma ömrü 11 saniyedir. Bu sürenin yaklaşık yüzde 15’inde alfa bozunmasıyla Sodyum-277 kristallerine dönüşür, kalan yüzde 85’lik sürede de spontan fisyon yoluyla bozunur. Bu izotop ayrıca metastabil duruma da sahiptir. Ds-270 ve Ds-271 izotoplarının da metastabil durumları bilinmektedir. Ds-279’un yarılanma ömrü 180 milisaniyedir. Diğer izotoplarının yarılanma ömürleri 1 mikrosaniye ile 70 milisaniye arasında değişir.
Darmstadtiyum atomları alfa parçacıkları emisyonuyla kolaylıkla ayrıştırılabilir. Bu sebeple yarılanma ömrü milisaniyelerle ölçülen elementin önemli bir miktarı izole edilemez. Bu element, yüksek enerjili bir helyum çekirdeği bırakarak yani alfa çürümesi ile bozunur. Bazı izotopları spontan fisyon, yani daha hafif elementler oluşturarak bozunurlar. Spontan fisyon, saniyenin binde birinin küçük bir kesiminde gerçekleşir. Henüz keşfedilmemiş olan Ds-284 izotopunun beta çürümeye karşı kararlı olduğu öngörülmektedir. Bilinen herhangi bir darmstadtiyum izotopunun beta bozunmaya uğradığı gözlenmemiştir. Ayrıca keşfedilmemiş izotoplarından Ds-294’ün “sihirli sayı” olarak kabul edilen 184 nötrona sahip olduğu; 311 yıl yarılanma ömrüne sahip olduğu; alfa bozunmaya sahip olacağı tahmin ediliyor. Keşfedilmemiş Ds-293 izotopunun da 3500 yıl yarılanma ömrünün olacağı varsayılıyor.
(GSI'de elementlerin sentezi için kullanılan bir hızlandırıcı...)
Bunları Biliyor Musunuz?
- Gözlemlenebilir miktarda darmstadtiyum bugüne kadar elde edilemedi. Belki de hiçbir zaman kullanılabilir miktarda sentezlenemeyecek. Bunun nedeni, elementin atomlarının alfa parçacıkları emisyonuyla parçalanarak sadece yaklaşık 270 milisaniye gibi oldukça kısa bir yarılanma ömrüne sahip olmasıdır.
- Bilim adamları elementin özelliklerini anlamak, kimyasal ve fiziksel davranışları hakkında varsayımlar yapmak için periyodik tablodaki konumuna güvenmek zorunda kalmışlardır.
- Darmstadtiyumu keşfeden Alman bilim adamları, yeni element için “policium” adını da önermiş. Bunun sebebi, elementin atom numarası olan 110’unun Alman polisinin acil durum numarası olması…
- “Darmstadtium”, aynı zamanda Darmstadt’ta bulunan ve 2008 yılında açılan bilim ve kongre merkezinin de adıdır.
- Darmstadtiyumun keşfi sırasında kullanılan doğrusal ağır iyon hızlandırıcıda Kurşun-208 hedefinin bombardımanı için 1 hafta boyunca 1 kentilyondan fazla Nikel-62 atomu kullanılmıştır. Bu çalışmada sadece birkaç tane atom elde edilebilmiştir.
- Yakın tarihte keşfedilen elementlerden biri olan darmstadtiyum, Darmstadt kentindeki Ağır İyon Araştırmaları Laboratuvarı’nda (GSI) keşfedilen dördüncü elementtir. Bu elementten önce 1981 – 1984 yılları arasında 107 numaralı bohriyum, 108 numaralı hassiyum ve 109 numaralı meitneriyum elementleri de GSI’de keşfedilmiş ve tanımlanmıştır. Darmstadtiyumdan sonra 1994 yılında 111 numaralı röntgenyum ve 1996 yılında 112 numaralı kopernikyum elemenleri de GSI’de sentezlenmiştir.
- 1994 yılında Sovyetler Birliği (Rusya) Dubna’daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü’nde (JINR) de 110 numaralı elementin sentezi için bir takım deneyler yapıldı; plütonyumun kükürt ile bombardımanı sonucu Ds-273 sentezlendi; ancak Rus ekibin bulguları güvenilir bulunmadı.
- Aynı tarihlerde Amerika’daki Kaliforniya Üniversitesi bünyesindeki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda da (LBNL) bizmut hedefinin kobalt ile bombardımanı sonucu Ds-267 sentezlendi; ancak Amerikalı ekip bulgularını doğrulayamadı.
- Darmstadtiyumun insanlar, hayvanlar ve bitkiler için bilinen bir biyolojik rolü bulunmuyor. Radyoaktifliği sebebiyle kanserojen veya toksik olabileceği tahmin ediliyor. Çevre için de tehlikeli olduğu değerlendiriliyor.
- Doğadaki en ağır element, 92 numaralı uranyumdur. Uranyumdan daha ağır radyoaktif elementler doğada bulunmaz ve yapay olarak sentezlenebilir.