اكتشاف عنصر الدارمشتاتيوم

في الكيمياء يعد عنصر الدارمشتاتيوم أحد العناصر الكيميائية برمز Ds ورقم ذري مقداره 110 في الجدول الدوري، إذ يصنف على أنه أحد المعادن الانتقالية، ومن المتوقع أن يكون الدارمشتاتيوم في الحالة الصلبة في درجة حرارة الغرفة.

اكتشاف عنصر الدارمشتاتيوم

لقد تم إنتاج عنصر الدارمشتاتيوم لأول مرة بواسطة بيتر ارمبروستر وجوتفريد مونزينبر وفريقهم العاملين في جمعية أبحاث الأيونات الثقيلة في دارمشتات بألمانيا في 9 نوفمبر 1994 ميلادي، حيث أنهم قاموا بعملية قصف ذرات الرصاص بأيونات النيكل بجهاز يعرف باسم المعجل الخطي.

أنتجت العملية السابقة ذرة واحدة من نظير الدارمشتاتيوم 269، وهو عبارة عن نظير يمتلك عمر نصف يبلغ حوالي 0.17 مللي ثانية (0.00017 ثانية)، وبعد أن تم إطلاق ما لا يقل عن مليار مليار (1،000،000،000،000،000،000) أيون نيكل على هدف الرصاص على مدار أسبوع، أكثر نظائر دارمشتاتيوم ثباتًا وهو الدارمشتاتيوم 281، ويبلغ عمر نصفه حوالي 20 ثانية، حوالي 15٪ من الوقت يتحلل إلى نظير الهاسيوم 277 عن طريق عملية تحلل ألفا، أما الـ 85٪ المتبقية من الوقت فتتحلل من خلال عملية الانشطار التلقائي.

في 9 نوفمبر 1994 ميلادي وفي تمام الساعة 4:39 مساءً تم اكتشاف أول ذرة برقم ذري 110 في (GSI) في دارمشتات بألمانيا، حيث أنه تم إنتاج العنصر 110 عن طريق عملية دمج ذرة النيكل والرصاص معًا، إذ تم تحقيق ذلك من خلال عملية تسريع ذرات النيكل إلى طاقة عالية في معجل الأيونات الثقيلة.

“يحدث هذا التفاعل النادر فقط عند سرعة محددة جدًا لقذيفة النيكل، وعلى مدار عدة أيام  يجب إطلاق عدة مليارات من ذرات النيكل على هدف رئيسي من أجل إنتاج وتحديد ذرة واحدة من العنصر 110، إذ يتم اختيار الذرات الناتجة عن اصطدام النيكل بالرصاص بواسطة مرشح السرعة ثم يتم التقاطها في نظام الكاشف الذي يقيس تحللها.

طاقة نوى الهليوم المنبعثة تعمل على تحديد الذرة، لقد تم العثور على هذا العنصر فقط ليكون له عمر أقل من 1/1000 من الثانية، ومن المتوقع أن يتم تطوير نسخة أثقل من العنصر 110، والتي قد تكون أكثر استقرارًا، والتي تعيش لفترة أطول قليلاً، تم تأكيد اسم الدارمشتاتيوم من قبل (IUPAC) في أغسطس 2003 ميلادي.

معلومات عامة عن الدارمشتاتيوم

• لا يوجد الدارمشتاتيوم بشكل طبيعي في قشرة الأرض، إذ تم تصنيع الدارمشتاتيوم لأول مرة من قبل فريق دولي من العلماء من GSI في دارمشتات ألمانيا والمعهد المشترك للأبحاث النووية (JINR) في دوبنا، روسيا وجامعة كومينيوس في براتيسلافا، سلوفاكيا وجامعة ييفاسكيلا، فنلندا في مركز أبحاث الأيونات الثقيلة في دارمشتات، ألمانيا في عام 1994 ميلادي باستخدام التفاعل النووي 208Pb (62Ni ، n) 269Ds.

• تم تسمية عنصر الدارمشتاتيوم على اسم المكان الذي تم فيه التوليف الأول، لا يوجد لدى الدارمشتاتيوم تطبيقات نظيرية معروفة بصرف النظر عن البحث العلمي.

• نظرًا لأنه لم يتم إنتاج سوى عدد قليل من ذرات دارمشتاتيوم، فليس له حاليًا أي استخدامات خارج نطاق البحث العلمي الأساسي.

• الدارمشتاتيوم هو عبارة عن عنصر اصطناعي في الجدول الدوري يتحلل بسرعة، نظائره ذات الكتلة 279-281 لها نصف عمر تقاس بالميكرو ثانية، سمي على اسم مكان اكتشافه دارمشتات.

• لا يوجد لدى عنصر الدارمشتاتيوم أي تطبيق معروف ولا يُعرف عنه سوى القليل، كما أنه لم يتم العثور على عليه منفردا في البيئة؛ لأنه عنصر اصطناعي.

• نظرًا لأنه غير مستقر للغاية، فإن أي كمية يتم تكوينها ستتحلل إلى عناصر أخرى بسرعة كبيرة بحيث لا يوجد سبب لدراسة آثارها على صحة الإنسان، حيث أنه نظرًا لعمرها النصفي القصير للغاية (حوالي 0.1 مللي ثانية)، فلا يوجد سبب للنظر في تأثيرات دارمشتاتيوم في البيئة.

• يحتوي عنصر الدارمشتاتيوم على تسعة نظائر ذات فترات نصف عمر معروفة، وأكثرها استقرارًا هو دارمشتاتيوم 281 مع عمر نصف يبلغ حوالي 20 ثانية، ولديه احتمالان للانحلال: 85 في المائة من الوقت يتحلل من خلال الانشطار التلقائي و 15 في المائة من الوقت يتحلل من خلال عملية تحلل ألفا.

• الدارمشتاتيوم هو عبارة عن عنصر مشع شديد الثقل لا يوجد في الطبيعة ويتحلل في غضون أجزاء من الثانية بعد التوليف، قبل تصنيعه كان العنصر يحمل الاسم المؤقت أونيليوم (Uun)، في عام 1994 ميلادي تم تصنيع النظير 269D بشكل قاطع في GSI عن طريق رمي هدف الرصاص بأيونات النيكل لعدة أيام.

• الدارمشتاتيوم هو عنصر ثقيل للغاية لم يسبق له مثيل إلا في المختبر – وحتى ذلك الحين، فإن رؤيته ليس من قبيل الصدفة، إذ إنه موجود فقط لأنه تم إنشاؤه خصيصًا، ذرة واحدة في كل مرة، من المتوقع أن يكون هذا العنصر صلبًا في درجة حرارة الغرفة، على الرغم من أنه غير مستقر لدرجة يصعب توثيق هذه الجودة، كما يُتوقع أن يكون الدارمشتاتيوم معدنًا نبيلًا – مقاوم للتآكل والأكسدة في الهواء الرطب – لكن هذا لم يتم تأكيده.

• تم تسمية دارمشتاتيوم تقريبًا باسم (wixhausium) (الرمز الذري Wi)، بعد ضاحية (Wixhausen) في دارمشتات حيث يقع GSI وتشير الشائعات إلى أنه تم تسميته تقريبًا (politzium) لأن 110 هو رقم الطوارئ المستخدم للاتصال بالشرطة في ألمانيا، وهذا العنصر الذي ليس له استخدامات على الإطلاق لم يحظ سوى باهتمام ضئيل منذ ذلك الحين.

• كان أول نظير دارمشتاتيوم يتم تصنيعه النظير (269-Ds)، في نوفمبر 1994 ميلادي من خلال تفاعل اندماج بارد بين النظير (62-Ni) و (208-Pb)، وقد تم بالفعل استغلال مفهوم الاندماج البارد، حيث يتم تكوين النواة في عملية الاندماج بطاقة الإثارة المنخفضة بنجاح في البحث عن نوى فائقة الثقل من قبل الفريق العامل في معمل التسريع GSI في دارمشتات.

• نجح الفريق في GSI بالفعل في تصنيع العناصر 107 (البوريوم) و 108 (الهاسيوم) و 109 (ميتنيريوم) في أعوام 1981 و 1984 و 1982 ميلادي على التوالي، ولقد انقضت عشر سنوات، حيث قامت خلالها المجموعة بتحسين كفاءة إعدادها التجريبي للتعامل مع الاحتمالات المتدنية باستمرار لتوليف العناصر الأثقل من أي وقت مضى.

• لمحاولة توليف العنصر 110 كان من الضروري قياس “وظيفة الإثارة” – احتمالية إنتاج كدالة للطاقة – لنظير الهاسيوم (العدد الذري = 108) (266-Hs)، ثم سمح الاستقراء للفريق بالتنبؤ بنجاح بالطاقة الصحيحة اللازمة لتخليق عنصر الدارمشتاتيوم.

• تم بالفعل إنتاج النظائر المستهدفة (269-Ds) عن طريق الاندماج بين (62-Ni) و (208-Pb)، متبوعًا بـ “تبريد” النظام المنصهر من خلال انبعاث نيوتروني واحد، ولكن كان هناك المزيد، حيث كان لدى الفريق الوقت الكافي لتغيير المقذوف إلى 64 نيوتن وتجميع نظير ثان (271-Ds)، ثم المضي قدمًا خطوة أخرى، وقاموا بتبادل الرقائق (208-Pb) التي كانت بمثابة الهدف لردود الفعل السابقتين على (209-Bi) واحد والذي يتميز ببروتون واحد آخر، وبالتالي إنتاج العنصر 111 (الرونتجينيوم).