لورنسيوم (Lr) — العنصر 103: الخصائص والحقائق

Q: ما التوزيع الإلكتروني لـ لورنسيوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـلورنسيوم هو [Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹، ويشغل 7 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3.

البنية

ذرة لورنسيوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

الأغلفة الفرعية — اختر واحدًا لعرضه

الإلكترونات في كل غلاف

n=1 2
n=2 8
n=3 18
n=4 32
n=5 32
n=6 8
n=7 3

يحتوي لورنسيوم على 7 أغلفة مشغولة تضم 103 إلكترونات في المجموع. ويضم الغلاف الخارجي 3، وهي الإلكترونات التي تُجري التفاعلات الكيميائية.

البروتونات: 103
الإلكترونات: 103
النيوترونات (النظير الأكثر شيوعًا): 159
حالات الأكسدة: +3

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع لورنسيوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 15.6 g/cm³~ 83%

نقطة الانصهار 1900 K~ 81%

نقطة الغليان —

الحرارة النوعية —

الموصلية الحرارية —

الذرية

نصف القطر الذري 246 pm 83%

نصف القطر التساهمي 161 pm~

نصف قطر فان دير فالس 246 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.3 30%

طاقة التأين 478.6 kJ/mol 3%

الألفة الإلكترونية —

الوجود

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزLr

العدد الذري103

الكتلة الذرية262 u

الفئةأكتينيد

المستوى الفرعيd

البنية البلوريةunknown

حالات الأكسدة+3

سنة الاكتشاف1961

اكتشفهLawrence Berkeley National Laboratory

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة لورنسيوم؟

نصف القطر 246 pm — أي 0.246 nm، ولذلك فإن نحو 2.03 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

ينصهر لورنسيوم عند 1900 K؛ ولم تُقَس نقطة غليانه.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع لورنسيوم في سلسلة أكتينيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر الأكتينيدات الأخرى

89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No

جميع عناصر الأكتينيدات

القصة

ماهيّة لورنسيوم وكيف اكتشفناه

آخر أكتينيد، وله توزيع إلكتروني خالف النمط المتوقع.

اكتشاف لورنسيوم

إنجاز مختبر Berkeley (1961)

اكتشف اللورنسيوم في 1961 كل من Albert Ghiorso وTorbjørn Sikkeland وAlmon E. Larsh وRobert M. Latimer في Lawrence Berkeley National Laboratory باستخدام مسرع الأيونات الثقيلة الخطي (HILAC). وقد مثّل هذا الاكتشاف اكتمال سلسلة الأكتينيدات وفتح الباب أمام أبحاث العناصر فائقة الثقل.

تقنية HILAC الاختراقية

استخدم الفريق مسرع الأيونات الثقيلة الخطي الثوري في Berkeley لقذف أهداف الكاليفورنيوم-252 بأيونات البورون-10 والبورون-11. وكُشف عن نوى اللورنسيوم-258 الناتجة باستخدام تقنيات الارتداد المبتكرة والكواشف ذات الحالة الصلبة، مما مثّل أحدث تقنيات الفيزياء النووية آنذاك.

ابتكار الكشف بالارتداد

اعتمد الاكتشاف على «تقنية الارتداد» الرائدة، حيث ترسبت ذرات اللورنسيوم على شريط Mylar مطلي بالمعدن، ثم مررت أمام سلسلة من الكواشف لقياس اضمحلال ألفا المميز لها. وأصبحت هذه الطريقة معيارًا لتحديد العناصر فائقة الثقل.

تكريم Ernest Lawrence

سُمّي العنصر «lawrencium» نسبةً إلى Ernest Orlando Lawrence (1901-1958)، مخترع السيكلوترون ومؤسس Berkeley Lab. وكرّم هذا الاسم الإسهامات الأمريكية في الفيزياء النووية خلال المنافسة الشديدة بين القوى العظمى في الحرب الباردة لاكتشاف العناصر.

بوابة إلى العناصر فائقة الثقل

بوصفه عنصر الأكتينيد الأخير، مثّل اكتشاف اللورنسيوم محطة حاسمة في العلوم النووية، إذ وفر الأساس لأبحاث العناصر فائقة الثقل التي تتواصل حتى اليوم. وقد مثّل نهاية حقبة وبداية استكشاف منطقة نووية مجهولة.

الاستخدامات

استخدامات لورنسيوم

أبحاث حدود سلسلة الأكتينيدات

يؤدي اللورنسيوم دور عنصر الأكتينيد الأخير الحاسم، إذ يحدد نقطة الانتقال التي ينتهي عندها ملء مدارات f ويبدأ ملء مدارات d في منطقة العناصر فائقة الثقل. وهذا يجعله ذا قيمة لا تُقدّر لفهم أنماط التوزيع الإلكتروني والدورية الكيميائية خارج نطاق العناصر التقليدية.

دراسات الكيمياء النسبية

يستخدم العلماء اللورنسيوم لدراسة التأثيرات النسبية في الذرات فائقة الثقل، حيث تقترب سرعات الإلكترونات من كسور كبيرة من سرعة الضوء. وتتحقق هذه الدراسات من تنبؤات ميكانيكا الكم بشأن تغير الخصائص الكيميائية تحت ظروف الشحنة النووية القصوى.

دراسة الخصائص الكيميائية

تستخدم فرق البحث اللورنسيوم في تجارب الكيمياء الرائدة لذرة واحدة لتحديد حالات الأكسدة وأنصاف الأقطار الأيونية وسلوك الروابط الكيميائية. وتساعد هذه الدراسات على التنبؤ بخصائص العناصر فائقة الثقل الأثقل، والتحقق من النماذج الكيميائية النظرية.

تحليل بنية القشرة النووية

توفر نظائر اللورنسيوم بيانات حاسمة لفهم الأعداد السحرية النووية وتأثيرات القشرة التي تتحكم في استقرار العناصر فائقة الثقل. ويوجه هذا البحث التنبؤات بشأن «جزيرة الاستقرار» النظرية والمسارات المثلى لتخليق العناصر 104 وما بعدها.

تطوير تقنيات التخليق المتقدمة

تدفع دراسات اللورنسيوم إلى الابتكار في طرائق إنتاج العناصر فائقة الثقل، بما في ذلك تفاعلات الاندماج الساخن وتقنيات إعداد الأهداف وكيمياء الفصل التي تتيح عزل ودراسة الذرات المفردة بكميات ضئيلة للغاية.

تطبيقات مختبرات الأبحاث النووية

تظل تطبيقات اللورنسيوم محصورة في منشآت الأبحاث النووية العالمية، بما في ذلك Berkeley Lab وGSI Helmholtz Centre وRIKEN وFlerov Laboratory at JINR. وتستخدم هذه المؤسسات اللورنسيوم في أبحاث الفيزياء النووية الأساسية وكيمياء العناصر فائقة الثقل.

دراسات المطيافية النووية

تستخدم فرق البحث اللورنسيوم في القياسات النووية الدقيقة، بما في ذلك تحديد طاقة اضمحلال ألفا ومطيافية أشعة غاما ودراسات عمر النواة. وتوفر هذه التجارب بيانات أساسية لفهم البنية النووية عند حدود الاستقرار الذري.

التحليل الكيميائي لذرة واحدة

يجري العلماء كيمياء ذرة تلو الأخرى رائدة باستخدام اللورنسيوم، ويدرسون السلوك الكيميائي بواسطة تقنيات متطورة للاستخلاص والكشف. وتمثل هذه التجارب الحدود القصوى التي تلتقي عندها الكيمياء والفيزياء النووية.

ابتكار تقنيات الكشف

يتطلب البحث في اللورنسيوم تطوير أنظمة تحليل فائقة الحساسية، بما في ذلك فواصل القطاع المغناطيسي وكواشف زمن الطيران وأنظمة متقدمة لاكتساب البيانات، مما يدفع حدود تكنولوجيا الأجهزة النووية.

مصدره

الوجود الطبيعي

0 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 0% من العناصر

إنتاج اصطناعي حصري

لا يوجد اللورنسيوم طبيعيًا في أي مكان من الكون، ولا يمكن إنشاؤه إلا من خلال التخليق النووي الاصطناعي في مسرعات الجسيمات. ويمثل هذا العنصر فائق الثقل مادة لم توجد طبيعيًا قط منذ الانفجار العظيم.

التخليق في مسرعات الجسيمات

ينشئ العلماء اللورنسيوم بقذف أهداف من البركليوم أو الكاليفورنيوم بأيونات البورون أو الكربون أو النيتروجين في المسرعات الخطية. واستخدم تخليق Berkeley الأصلي عام 1961 مسرع الأيونات الثقيلة الخطي (HILAC) لإنتاج اللورنسيوم-258 من خلال قذف الكاليفورنيوم-252.

عمر نصف قصير للغاية

يمتلك أكثر نظائر اللورنسيوم استقرارًا، ²⁶⁶Lr، عمر نصف لا يتجاوز 11 ساعة، مما يجعل بقاء أي لورنسيوم بدائي منذ تكوّن الأرض أمرًا مستحيلًا. وتتحلل معظم نظائر اللورنسيوم خلال دقائق أو ثوانٍ من إنشائها.

إنتاج على المقياس الذري

يُقاس إنتاج اللورنسيوم عالميًا بعدد الذرات المفردة في كل عملية تخليق، إذ يبلغ الإنتاج السنوي العالمي ربما مئات إلى آلاف الذرات موزعة على جميع منشآت البحث. ويتطلب كل تخليق أهدافًا نادرة من الأكتينيدات وإنفاقًا هائلًا للطاقة.

غياب كوني

وعلى خلاف العناصر المتكوّنة من خلال التخليق النووي النجمي أو تشظية الأشعة الكونية أو التخليق النووي البدائي، لا يمكن أن يتكوّن اللورنسيوم طبيعيًا بسبب عمر نصفه القصير للغاية ومتطلبات التفاعل النووي المحددة. ولا يوجد إلا بفضل الإنجاز التكنولوجي البشري.

التعامل

السلامة

لورنسيوم مشع. لا يملك نظيرًا مستقرًا — تتحلل كل نواة. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.

خطر النشاط الإشعاعي الشديد

خطر شديد للغاية: اللورنسيوم عنصر اصطناعي مشع للغاية يطلق جسيمات ألفا الخطرة وإشعاع بيتا، ويخضع للانشطار التلقائي. وحتى الذرات المفردة تمثل مخاطر صحية نظرية، مما يتطلب أعلى مستويات الحماية من الإشعاع والاحتواء.

انبعاث جسيمات ألفا

تطلق نظائر اللورنسيوم جسيمات ألفا عالية الطاقة يمكن أن تسبب أضرارًا خلوية شديدة وطفرات جينية. وقد يؤدي التلوث الداخلي إلى جرعة إشعاعية مركزة في الأعضاء، مما قد يسبب متلازمة الإشعاع الحادة والوفاة خلال أيام.

بروتوكولات الأمان القصوى

يتطلب البحث أنظمة مناولة عن بُعد داخل خلايا ساخنة محمية بشدة، ورصدًا مستمرًا للإشعاع، وقدرات للاستجابة في حالات الطوارئ. ويجب على العاملين الحفاظ على مسافات آمنة واستخدام المناولة الروبوتية حصريًا عند التعامل مع عينات اللورنسيوم.

مخاطر التلوث والنفايات

تصبح جميع المواد التي تلامس اللورنسيوم نفايات مشعة عالية المستوى تتطلب إجراءات متخصصة للتخلص منها. وحتى التلوث المجهري ينشئ مخاطر إشعاعية مستمرة يجب إدارتها وفقًا للوائح السلامة النووية الصارمة.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن لورنسيوم

ما هو لورنسيوم؟

لورنسيوم (رمزه Lr) هو العنصر 103 في الجدول الدوري، وينتمي إلى أكتينيد في الدورة 7. آخر أكتينيد، وله توزيع إلكتروني خالف النمط المتوقع. من المتوقع أن يكون صلبًا عند درجة حرارة الغرفة، وهو مشع.

ما التوزيع الإلكتروني لـ لورنسيوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـلورنسيوم هو [Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹، ويشغل 7 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3.

ما نقطتا انصهار وغليان لورنسيوم؟

لم تُكثَّف أي عينة من لورنسيوم قط، لذا فكلتا القيمتين محسوبتان وليستا مقاستين: يُتوقع أن ينصهر عند 1900 K (1626.9 °C) ويغلي عند لم تُقَس.

ما الكتلة الذرية لـ لورنسيوم؟

لا يملك لورنسيوم أي نظير مستقر، ولذلك لا يملك وزناً ذرياً معيارياً. والرقم المذكور، 262، هو العدد الكتلي لأطول نظائره المعروفة عمراً.

ما كثافة لورنسيوم؟

يُتوقع أن تبلغ كثافة لورنسيوم نحو 15.6 g/cm³، مع أنه لم تُصنع قط عينة كبيرة بما يكفي لوزنها. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³ للمقارنة.

ما الكهروسلبية لـ لورنسيوم؟

تبلغ كهروسلبية لورنسيوم وفق مقياس باولنغ 1.3. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف لورنسيوم ومتى؟

اكتُشف لورنسيوم في 1961 على يد Lawrence Berkeley National Laboratory. سُمّي على اسم إرنست لورنس.

ما مدى وفرة لورنسيوم على الأرض؟

لا يوجد لورنسيوم طبيعيًا على الأرض بأي كمية تُذكر — بل يُنتج في مفاعل أو مُسرّع.

هل لورنسيوم مشع؟

نعم. لا يوجد لـ لورنسيوم أي نظير مستقر — إذ تتحلل كل نواته. لا يوجد في الطبيعة بكميات قابلة للاستخدام، ويجب تصنيعه.

→ السابق No نوبليوم العنصر 102 · أكتينيد التالي ← Rf رذرفورديوم العنصر 104 · فلز انتقالي