نوبليوم (No) — العنصر 102: الخصائص والحقائق

Q: ما التوزيع الإلكتروني لـ نوبليوم؟

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

البنية

ذرة نوبليوم

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 2

يحتوي نوبليوم على 7 أغلفة مشغولة تضم 102 إلكترونات في المجموع. ويضم الغلاف الخارجي 2، وهي الإلكترونات التي تُجري التفاعلات الكيميائية.

البروتونات: 102
الإلكترونات: 102
النيوترونات (النظير الأكثر شيوعًا): 157
حالات الأكسدة: +2, +3

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

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

الفيزيائية

الكثافة 9.9 g/cm³~ 64%

نقطة الانصهار 1100 K~ 48%

نقطة الغليان —

الحرارة النوعية —

الموصلية الحرارية —

الذرية

نصف القطر الذري 246 pm 83%

نصف القطر التساهمي 176 pm~

نصف قطر فان دير فالس 246 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.3 30%

طاقة التأين 639.7 kJ/mol 41%

الألفة الإلكترونية —

الوجود

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزNo

العدد الذري102

الكتلة الذرية259 u

الفئةأكتينيد

المستوى الفرعيf

البنية البلوريةunknown

حالات الأكسدة+2, +3

سنة الاكتشاف1958

اكتشفهJoint Institute for Nuclear Research

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 نوبليوم؟

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 نوبليوم عند 1100 K؛ ولم تُقَس نقطة غليانه.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع نوبليوم في سلسلة أكتينيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر الأكتينيدات الأخرى

89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es 100Fm 101Md 103Lr

جميع عناصر الأكتينيدات

القصة

ماهيّة نوبليوم وكيف اكتشفناه

موضوع نزاع اكتشاف استمر عقدًا بين فرق سويدية وأمريكية وسوفييتية.

اكتشاف نوبليوم

جدل الاكتشاف الدولي (1957-1966)

أصبح اكتشاف النوبليوم أحد أكثر النزاعات إثارة للجدل في علوم الحرب الباردة. جاء الادعاء الأول من معهد نوبل في ستوكهولم، السويد عام 1957، تلاه ادعاءات متنافسة من علماء سوفييت في دوبنا وباحثين أمريكيين في بيركلي، مما أدى إلى صراع استمر عقدًا حول أولوية الاكتشاف.

الادعاء السويدي الأول

في عام 1957، أعلن فيزيائيو معهد نوبل السويدي اكتشاف العنصر 102، بقذف الكوريوم-244 بأيونات الكربون-13. واقترحوا اسم «نوبليوم» تكريمًا لألفرد نوبل. لكن مختبرات أخرى لم تتمكن من إعادة إنتاج نتائجهم، وسحب الفريق السويدي ادعاءاته في نهاية المطاف.

نجاح الاتحاد السوفييتي

تحقق التخليق المؤكد عام 1966 على يد فريق جورجي فليروف في المعهد المشترك للأبحاث النووية في دوبنا، الاتحاد السوفييتي. ونجح الفريق في إنشاء النوبليوم-256 بقذف اليورانيوم-238 بأيونات النيون-22، مقدمًا دليلًا حاسمًا على وجود العنصر 102.

قرار IUPAC (1992)

حسم الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الجدل أخيرًا في عام 1992، مانحًا الفريق السوفييتي فضل الاكتشاف الرسمي. ومع ذلك، احتُفظ باسم «نوبليوم» بسبب انتشاره الواسع في المؤلفات العلمية، مما أوجد وضعًا غير معتاد لم يكن فيه واضعو الاسم هم المكتشفين.

الدبلوماسية العلمية في الحرب الباردة

عكس جدل النوبليوم توترات الحرب الباردة الأوسع في مجال العلوم، إذ ارتبط الفخر الوطني والمكانة السياسية باكتشاف العناصر. وأظهر الحل النهائي قدرة التعاون العلمي الدولي على تجاوز الانقسامات السياسية في سبيل الوصول إلى الحقيقة.

الاستخدامات

استخدامات نوبليوم

أبحاث الكيمياء النووية

يؤدي النوبليوم دورًا مهمًا في فهم كيمياء العناصر فائقة الثقل، ولا سيما دراسة سلوك المدارات الإلكترونية في ظل ظروف الشحنة النووية القصوى. يدرس العلماء النوبليوم للتحقق من تنبؤات التأثيرات النسبية في الذرات الثقيلة واستكشاف الروابط الكيميائية التي تتجاوز الاتجاهات الدورية التقليدية.

دراسات حدود سلسلة الأكتينيد

تستخدم فرق البحث النوبليوم لدراسة نهاية سلسلة الأكتينيد والانتقال إلى العناصر فائقة الثقل. يساعد هذا البحث في تحديد الموضع الذي ينتهي عنده امتلاء مدارات f، ويوفر رؤى حول أنماط التوزيع الإلكتروني التي تؤثر في الخصائص الكيميائية للعناصر 103 وما بعدها.

دراسة عمليات التحلل النووي

تُعد نظائر النوبليوم موضوعات ممتازة لدراسة الانشطار التلقائي وسلاسل تحلل ألفا، إذ توفر بيانات حاسمة لفهم حدود الاستقرار النووي والتنبؤ بخصائص العناصر فائقة الثقل غير المكتشفة في «جزيرة الاستقرار» النظرية.

اختبار النماذج النظرية

يستخدم الفيزيائيون النوبليوم في تجارب تختبر حسابات ميكانيكا الكم للذرات فائقة الثقل، للتحقق من التنبؤات النظرية المتعلقة بتأثيرات القشرة النووية، وطاقات الربط، والمسارات المثلى لتخليق عناصر أثقل.

تقنيات الكشف المتقدمة

تدفع أبحاث النوبليوم إلى تطوير تقنيات تحليلية فائقة الحساسية، تشمل طرائق كيمياء الذرة المفردة، ومطيافية الكتلة المتقدمة، وأنظمة الكشف الإشعاعي المتطورة التي توسع حدود الممكن في العلوم النووية.

مرافق البحث المتخصصة

تقتصر تطبيقات النوبليوم حصرًا على مختبرات الأبحاث النووية المتقدمة، بما في ذلك GSI في ألمانيا، وRIKEN في اليابان، وBerkeley Lab في الولايات المتحدة. تستخدم هذه المرافق النوبليوم في أبحاث الفيزياء النووية الأساسية ودراسات تخليق العناصر فائقة الثقل.

تحليل البنية النووية

تستخدم فرق البحث النوبليوم في مطيافية أشعة غاما ودراسات التحلل النووي لقياس الخصائص النووية الدقيقة، بما في ذلك اللف، والتكافؤ، والعزوم المغناطيسية. توفر هذه القياسات بيانات أساسية لفهم بنية القشرة النووية في العناصر فائقة الثقل.

كيمياء الذرة المفردة

يجري العلماء تجارب كيميائية رائدة على الذرة المفردة باستخدام النوبليوم، ويدرسون حالات الأكسدة والسلوك الكيميائي باستخدام بضع ذرات فقط. تمثل هذه التجارب الحد الأقصى المتقدم للكيمياء، إذ تعمل عند الحد المطلق لعلم المواد.

ابتكار تقنيات الكشف

تستلزم أبحاث النوبليوم تطوير أنظمة كشف متطورة للغاية، تشمل الكواشف الحساسة للموقع، وأنظمة زمن الرحلة، وطرائق متقدمة لتحديد الجسيمات، مما يطور تقنيات الأجهزة النووية لاكتشافات المستقبل.

مصدره

الوجود الطبيعي

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

عنصر اصطناعي بالكامل

لا يوجد النوبليوم إلا من خلال التخليق الاصطناعي في مسرعات الجسيمات، ولم يُعثر عليه طبيعيًا على الأرض أو يُكتشف في الأطياف النجمية. ويمثل هذا العنصر فائق الثقل أحد أكثر إبداعات البشرية حصرية، إذ لا يوجد في أي مكان آخر في الكون المعروف.

إنتاج قائم على المسرعات

ينتج العلماء النوبليوم بقذف أهداف من الكوريوم أو الكاليفورنيوم بأيونات الكربون أو الأكسجين أو النيون في مسرعات خطية. تضمن التخليق الأصلي المتنازع عليه قذف الكوريوم-244 بأنوية الكربون-13، رغم أن الإنتاج المؤكد لم يتحقق حتى ستينيات القرن العشرين.

وجود فائق القِصر

يمتلك نظير النوبليوم الأكثر استقرارًا، ²⁵⁹No، عمر نصف لا يتجاوز 58 دقيقة، مما يجعل بقاء أي نوبليوم بدائي منذ تشكل الأرض أمرًا مستحيلًا. وتوجد ذرات النوبليوم الاصطناعية الحالية لبضع دقائق فقط قبل أن تتحلل إلى عناصر أخف.

كميات إنتاج مجهرية

يُقاس الإنتاج العالمي للنوبليوم بـ ذرات مفردة في كل تجربة، إذ قد يبلغ مجموع التخليق في العالم بضعة آلاف من الذرات سنويًا. ويتطلب هذا العنصر مسرعات جسيمات متطورة، ومواد أهداف نادرة، ومدخلات هائلة من الطاقة من أجل تخليقه.

استحالة كونية

على خلاف العناصر المتشكلة في التخليق النووي النجمي أو تفاعلات الأشعة الكونية، لا يمكن للنوبليوم أن يتشكل طبيعيًا بسبب عمر نصفه القصير للغاية ومتطلبات تفاعله النووي المحددة. إنه يمثل مادة لا توجد إلا بفضل التدخل التكنولوجي البشري.

التعامل

السلامة

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

خطر إشعاعي شديد

تحذير: النوبليوم عنصر اصطناعي مشع بشدة، ينبعث منه جسيمات ألفا الخطرة وإشعاع بيتا وأشعة غاما. وحتى الكميات بالنانوغرام تشكل مخاطر صحية جسيمة تتطلب التعامل معها في منشأة نووية متخصصة والمراقبة الإشعاعية المستمرة.

تهديدات إشعاعية متعددة

تخضع نظائر النوبليوم لـ الانشطار التلقائي وتحلل ألفا، منتجةً إشعاعاً عالي الطاقة وانبعاثات نيوترونية. وقد يؤدي التلوث الداخلي إلى تسمم إشعاعي شديد، وتلف الأعضاء، وربما متلازمة إشعاعية قاتلة خلال ساعات أو أيام.

بروتوكولات سلامة قصوى

يتطلب البحث خلايا ساخنة من الفئة A، وأنظمة معالجة آلية، وتدريعاً ثقيلاً من الرصاص. ويجب على العاملين الحفاظ على مسافة كبيرة من العينات واستخدام أدوات المعالجة عن بُعد حصراً. وتُعد المراقبة المستمرة للهواء وقدرات إزالة التلوث في حالات الطوارئ إلزامية.

التحكم في التلوث

تصبح جميع الأسطح والمعدات والمواد التي تلامس النوبليوم ملوثة إشعاعياً، وتتطلب التخلص منها بصورة متخصصة باعتبارها نفايات نووية عالية المستوى. وحتى الآثار المجهرية يمكن أن تسبب مخاطر إشعاعية مستمرة تدوم لعدة أعمار نصف.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن نوبليوم

ما هو نوبليوم؟

نوبليوم (رمزه No) هو العنصر 102 في الجدول الدوري، وينتمي إلى أكتينيد في الدورة 7. موضوع نزاع اكتشاف استمر عقدًا بين فرق سويدية وأمريكية وسوفييتية. من المتوقع أن يكون صلبًا عند درجة حرارة الغرفة، وهو مشع.

ما التوزيع الإلكتروني لـ نوبليوم؟

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

ما نقطتا انصهار وغليان نوبليوم؟

لم تُكثَّف أي عينة من نوبليوم قط، لذا فكلتا القيمتين محسوبتان وليستا مقاستين: يُتوقع أن ينصهر عند 1100 K (826.9 °C) ويغلي عند لم تُقَس.

ما الكتلة الذرية لـ نوبليوم؟

لا يملك نوبليوم أي نظير مستقر، ولذلك لا يملك وزناً ذرياً معيارياً. والرقم المذكور، 259، هو العدد الكتلي لأطول نظائره المعروفة عمراً.

ما كثافة نوبليوم؟

يُتوقع أن تبلغ كثافة نوبليوم نحو 9.9 g/cm³، مع أنه لم تُصنع قط عينة كبيرة بما يكفي لوزنها. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³ للمقارنة.

ما الكهروسلبية لـ نوبليوم؟

تبلغ كهروسلبية نوبليوم 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 نوبليوم ومتى؟

اكتُشف نوبليوم في 1958 على يد Joint Institute for Nuclear Research. سُمّي على اسم ألفرد نوبل.

ما مدى وفرة نوبليوم على الأرض؟

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

هل نوبليوم مشع؟

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

→ السابق Md مندليفيوم العنصر 101 · أكتينيد التالي ← Lr لورنسيوم العنصر 103 · أكتينيد