في الكيمياء يعد الأينشتاينيوم عبارة عن عنصر كيميائي برمز Es والرقم الذري 99 في الجدول الدوري، ويصنف الأينشتاينيوم كأحد الأكتينيدات، وهو على صورة مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.
اكتشاف عنصر الأينشتاينيوم
لقد تم اكتشاف عنصر الأينشتاينيوم من قبل فريق من العلماء بقيادة ألبرت غيورسو في عام 1952 ميلادي أثناء دراسة الحطام الإشعاعي الناتج عن عملية تفجير أول قنبلة هيدروجينية، والنظير الذي اكتشفوه الأينشتاينيوم 253 وله عمر نصف يبلغ حوالي 20 يومًا، وقد تم إنتاجه عن طريق الجمع بين 15 نيوترونًا مع نظير اليورانيوم 238، والذي خضع بعد ذلك لسبع عمليات اضمحلال بيتا.
اليوم يتم إنتاج عنصر الأينشتاينيوم من خلال سلسلة طويلة من التفاعلات النووية التي تتضمن قصف كل نظير في السلسلة بالنيوترونات ثم السماح للنظير الناتج بالخضوع لاضمحلال بيتا، إن من أكثر نظائر الأينشتاينيوم استقرارًا هو نظير الأينشتاينيوم 252 وله عمر نصف يبلغ حوالي 471.7 يومًا، كما أنه يتحلل إلى نظير البيركليوم 248 من خلال عملية اضمحلال ألفا أو إلى الكاليفورنيوم 252 من خلال عملية التقاط الإلكترون.
لقد تم تحديد عنصر الأينشتينيوم وهو العنصر السابع عبر اليورانيوم من سلسلة الأكتينيد التي سيتم اكتشافها بواسطة غيورسو وزملاؤه في بيركلي في ديسمبر 1952 ميلادي في الحطام من أول انفجار نووي حراري كبير، والذي حدث في المحيط الهادئ في نوفمبر 1952 ميلادي، ولقد تم إنتاج نظير 253Es، وسميت على اسم ألفريد أينشتاين.
في عام 1961 ميلادي قد تم إنتاج ما يكفي من عنصر الأينشتينيوم لفصل كمية ميكروسكوبية من النظير 253، ووزن هذه العينة حوالي 0.01 ميكروغرام، وتم قياسها باستخدام ميزان مغناطيسي خاص، ولقد تم استخدام النظير 253Es المنتجة لإنتاج المندليفيوم (العنصر 101) عن طريق عملية القصف النيوتروني.
لقد تم إنتاج حوالي 3 ميكروغرام من عنصر الأينشتينيوم في مفاعل النظائر عالية التدفق (HFIR) في مختبرات أوك ريدج الوطنية من خلال: تشعيع الكيلوجرامات بكميات النظير 239Pu في مفاعل لعدة سنوات لإنتاج النظير 242Pu، ومن خلال تصنيع النظير 242Pu في كريات من أكسيد البلوتونيوم ومسحوق الألومنيوم وتحميل الكريات في قضبان الهدف لإشعاع أولي لمدة عام واحد في مصنع نهر سافانا وتشعيع الأهداف لمدة 4 أشهر أخرى في HFIR.
ثم بعد ذلك تمت إزالة الأهداف للفصل الكيميائي لأينشتينيوم من منتجات ابنة الكاليفورنيوم، ومن الممكن أن يوجد حوالي 2 ملليجرام من الآينشتينيوم في حملات HFIR الخاصة،
لا يوجد الأينشتينيوم بشكل طبيعي في القشرة الأرضية، حيث تم تحديده لأول مرة في ديسمبر 1952 ميلادي من قبل علماء أمريكيين من مختبر أرغون الوطني بالقرب من شيكاغو في إلينوي ومختبر لوس ألاموس الوطني في لوس ألاموس نيو مكسيكو ومختبر جامعة كاليفورنيا في بيركلي في كاليفورنيا في حطام الأسلحة النووية الحرارية.
لقد تم تسمية العنصر باسم ألبرت أينشتاين، ولقد كان النظير 253Es هو أول نظير تم تحديده ويبلغ عمر النصف له 20.47 يومًا، النظير ذو أطول عمر نصفي هو النظير 252Es مع عمر نصف 472 يومًا، لا توجد استخدامات لنظائر أينشتينيوم خارج البحث العلمي الأساسي لإنتاج عناصر أعلى عبر اليورانيوم ودراسات علم الأكتينيد، وبسبب كلا من الإشعاع والحرارة المنبعثة من نظائر أينشتينيوم، فإنه من الصعب استخدامها في التجارب والدراسات.
تظهر دراسات التتبع باستخدام النظير 253Es أن الآينشتينيوم له خصائص كيميائية نموذجية لعنصر الأكتينيد الثقيل ثلاثي التكافؤ، كما وتم الإبلاغ عن حالات الأكسدة من II و III لأينشتينيوم، وتم افتراض حالة الأكسدة IV من دراسات نقل البخار ولكن لم يتم إثباتها بشكل لا لبس فيه.
معلومات عامة عن الأينشتينيوم
- الأينشتينيوم هو أول معدن ثنائي التكافؤ في سلسلة الأكتينيدات (إلكترونان مترابطان بدلاً من ثلاثة)، كما تجعل خصائص الإشعاع الذاتي لأينشتينيوم من الصعب للغاية على سبيل المثال الحصول على بيانات التصوير البلوري بالأشعة السينية، حيث تعمل أشعة جاما والأشعة السينية المكثفة من اضمحلال أينشتينيوم إلى المنتجات التابعة على تعريض غشاء / كاشف الأشعة السينية بشكل مفرط.
- من الممكن أن يتم استغلال هذا التشعيع الذاتي المكثف لدراسة الشيخوخة المتسارعة ودراسات الأضرار الإشعاعية ولعلاجات العلاج الإشعاعي المستهدفة، ومن الأمثلة على الدراسات الكيميائية للأينشتينيوم هو العواقب الكيميائية للتحلل الإشعاعي.
- مع عمر النصف القصير نسبيًا لـ Es-253 (مع عمر نصفي مقداره 20.47 يومًا) يمكن للمرء دراسة نمو ابنة النظير Bk-249 (نصف العمر 330 يومًا) والحفيدة Cf-249 (نصف العمر 351 عامًا)، حيث تشير الدلائل إلى أن Es ثنائية التكافؤ قد تتحلل إلى ابنة Bk ثنائية التكافؤ وبعد ذلك إلى ثنائية التكافؤ غير المعروفة Cf.
- لا توجد استخدامات تجارية للأينشتينيوم، ومع ذلك فهو العنصر الأثقل الذي يمكن إجراء دراسات مجمعة له والذي يسمح بإجراء دراسات أساسية لدور إلكترونات 5-f في منهجيات الأكتينيد، ونظرًا لأنه تم إنتاج كميات صغيرة فقط من الأينشتينيوم فإنه لا يستخدم حاليًا خارج نطاق البحث العلمي الأساسي.
- يتم التعرف الآن على ستة عشر نظيرًا بثلاثة أيزومرات تتراوح كتلتها الذرية من 241 إلى 256 للأينشتينيوم، والنظير 252Es لها أطول عمر نصفي (472 يومًا) ولكنها متوفرة فقط بكميات دقيقة، حيث النظائر 253Es و 254Es هي عبارة عن النظائر المختارة للدراسات الفيزيائية والكيميائية نظرًا لتوافرها ونصف عمر معقول، ومع ذلك عادة ما يتم استخدام بضعة ميكروغرامات فقط من نظائر الأينشتينيوم في التجارب لتقليل تعرض العمال وتقليل تأثيرات التشعيع الذاتي الشديدة.
- الآثار الصحية لأينشتينيوم: لا يوجد الآينشتينيوم بشكل طبيعي ولم يتم العثور عليه في قشرة الأرض لذلك لا يوجد سبب للنظر في مخاطره الصحية، ومع ذلك فهو خطير للغاية بسبب الإشعاع الذي ينبعث منه.
- الآثار البيئية لآينشتينيوم: لا يوجد الآينشتينيوم بشكل طبيعي، ولم يتم العثور عليه في قشرة الأرض لذلك لا يوجد سبب للنظر في مخاطره البيئية.
- عنصر الآينشتينيوم هو عضو في سلسلة الأكتينيدات وهو معدن ومشع وليس له استخدامات معروفة، حيث يهاجمه الأكسجين والبخار والأحماض ولكن ليس بالقلويات.
- في عام 1961 ميلادي وقد تم إنتاج ما يكفي من الأينشتينيوم لفصل كمية ميكروسكوبية من النظير 253، ووزنت هذه العينة حوالي 0.01 مجم وتم قياسها باستخدام ميزان خاص، كما وتم استخدام المواد المنتجة لإنتاج المندليفيوم.
- لقد تم إنتاج المزيد من الأينشتينيوم في مختبر أوك ريدج الوطني، ولقد تم إنشاء حوالي 3 مجم على مدار برنامج إشعاع مدته أربع سنوات ثم عملية فصل كيميائي من 1 كجم بدءًا من نظير البلوتونيوم.
- تم التعرف الآن على أربعة عشر نظيرًا من الآينشتينيوم، ولها أنصاف عمر تتراوح من ثانيتين (257) إلى 471 يومًا.
- لقد تم جمع المواد لأول مرة على ورق الترشيح بواسطة طائرات بدون طيار تحلق عبر غيوم الانفجار المشعة، وفي وقت لاحق تم التعرف على الأينشتينيوم والعنصر 100 (فيرميوم) بشكل إيجابي في الشعاب التي تم جمعها من إنيويتاك أتول وفي كل حالة يتطلب تحديد الفصل الكيميائي ومراقبة التفاعلات النووية المميزة في المختبرات.
