اكتشاف عنصر المايتنريوم

في الكيمياء يعد عنصر المايتنريوم (Meitnerium) أحد العناصر الكيميائية، إذ يمتلك الرمز Mt والرقم الذري 109 في الجدول الدوري، كما ويصنف المايتنريوم على أنه أحد المعادن الانتقالية، وهو يكون على شكل مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة.

اكتشاف عنصر المايتنريوم

لقد تم إنتاج المايتنريوم لأول مرة بواسطة كلا من بيتر ارمبروستر وجوتفريد مونزينبر وفريقهم العاملين في جمعية أبحاث الأيونات الثقيلة في دارمشتات بألمانيا في عام 1982 ميلادي، حيث أنهم قاموا بقصف ذرات نظير البزموت 209 بأيونات نظير الحديد 58 بجهاز يعرف باسم المعجل الخطي.

أنتج التفاعل السابق ذرات من نظير المايتنريوم 266، وهو نظير بعمر نصف يبلغ حوالي 3.8 ميلي ثانية (0.0038 ثانية)، بالإضافة إلى نيوترون حر، أن من أكثر نظائر المايتنريوم استقرارًا هو نظير المايتنريوم 278، إذ يبلغ عمر نصفه حوالي 8 ثوانٍ، كما أنه يتحلل إلى نظير البوريوم 274 من خلال عملية اضمحلال ألفا.

في عام 1982 ميلادي، قام فيزيائيون من ألمانيا الغربية بمعهد أبحاث الأيونات الثقيلة (Gesellschaft für Schwerionenforschung [GSI]) في دارمشتات بتركيب نظير من نظائر المايتنريوم ذات العدد الكتلي 266، وباستخدام معجل خطي عالي الطاقة قام محققو GSI تحت إشراف قام بيتر أرمبروستر بقصف أهداف نظير البزموت 209 بأشعة من أيونات نظير الحديد 58 لمدة 10 أيام تقريبًا.

أسفر عن تفاعل الاندماج الناتج بين ذرات البزموت والحديد عن نواة واحدة فقط للعنصر الجديد ومع ذلك فإن حساسية تقنية الكشف المستخدمة تركت القليل من الشك فيما يتعلق بصحة التحديد، أن من أكثر النظائر استقرارًا نظير المايتنريوم 276، حيث أن له عمر نصف يبلغ 0.72 ثانية.

المايتنريوم عبارة عن عنصر مُنتَج صناعياً ينتمي إلى مجموعة ما بعد اليورانيوم، ومن المتوقع أن يكون له خواص كيميائية تشبه خصائص عنصر الإيريديوم، تم تسمية العنصر على شرف الفيزيائية النمساوية المولد ليز مايتنر، في 29 أغسطس من عام 1982 ميلادي، صنع الفيزيائيون في مختبر أبحاث الأيونات الثقيلة دارمشتات الواقع في ألمانيا الغربية وحددوا العنصر 109 عن طريق عملية قصف هدف نظير (209-Bi) بنوى متسارعة من أيونات نظير (58-Fe) إذا كانت الطاقة المجمعة لنواتين عالية بدرجة كافية فيمكن عندها أن يتم التغلب على قوى التنافر بين النوى.

في هذه التجربة لقد تطلب الأمر أسبوعًا من القصف المستهدف لإنتاج نواة واحدة مدمجة، حيث أكد الفريق وجود العنصر 109 بأربعة قياسات مستقلة، إذ ارتدت الذرة المشكلة حديثًا عن الهدف بسرعة متوقعة، وتم فصلها عن نوى أصغر وأسرع بواسطة مرشح سرعة مطور حديثًا، كما وقد تم قياس وقت الرحلة إلى الكاشف وطاقة الضرب ووجد أنهما يتطابقان مع القيم المتوقعة.

بدأت نواة 266X بالتحلل 5 مللي ثانية بعد اصطدامها بالكاشف، إذ انبعث جسيم ألفا عالي الطاقة، ينتج 262 / 107X، وهذا بدوره أطلق جسيم ألفا ليصبح 258/105 ديسيبل، والذي بدوره التقط إلكترونًا وأصبح 258 / 104Rf، وهذا بدوره يتحلل إلى نويدات أخرى، حيث أظهرت هذه التجربة جدوى استخدام تقنيات الاندماج كطريقة لصنع نوى جديدة ثقيلة.

معلومات عامة عن المايتنريوم

• عنصر المايتنريوم لا يوجد بشكل طبيعي في قشرة الأرض، إذ أنه تم تصنيع المايتنريوم لأول مرة من قبل العلماء الألمان في مركز GSI لأبحاث الأيونات الثقيلة باستخدام التفاعل النووي 209Bi (58Fe ، n) 266MtHs، ولقد تم تسمية العنصر على اسم الفيزيائي ليز مايتنر الذي اكتشف عنصر البروتكتينيوم.

• نظرًا لأنه قد تم إنتاج كميات صغيرة فقط من المايتنريوم، فإنه لا يستخدم حاليًا خارج نطاق البحث العلمي الأساسي، كما أنه عبارة عن عنصر اصطناعي مشع لا يُعرف عنه سوى القليل، ويصنف على أنه معدن وهو صلب في درجة حرارة الغرفة.

• يحتوي المايتنريوم على سبعة نظائر بنصف عمر معروف، الأكثر استقرارًا منها هو النظير (278-Mt)، مع عمر نصف يبلغ حوالي ثماني ثوان، كما أنه يتحلل إلى النظير  (274-Bh) من خلال عملية اضمحلال ألفا.

• يعتمد الوزن الذري لعناصر عبر اليورانيوم التي يصنعها الإنسان على النظير الأطول عمراً منها، حيث أنه يجب اعتبار هذه الأوزان الذرية مؤقتة، لأنه من الممكن إنتاج نظير جديد بعمر نصف أطول في المستقبل.

• تم صنع كميات صغيرة فقط من المايتنريوم، حاليًا، حيث يتم استخدامه فقط في الدراسة العلمية.

• المايتنريوم هو عبارة عن عنصر معاملات مشعة للغاية غير موجود في الطبيعة، تم تصنيع العنصر لأول مرة في عام 1982 ميلادي، أكثر النظائر المعروفة استقرارًا له عمر نصف يبلغ 7.6 ثانية فقط مما يجعله قصير العمر جدًا للتطبيق العملي أو الدراسة الكيميائية المتعمقة، ومن المتوقع مشاركة الخصائص مع معادن مجموعة البلاتين بناءً على مكانها في الجدول الدوري.

• تم تسمية عنصر المايتنريوم على شرف الفيزيائية النمساوية ليز مايتنر المكتشف المشارك للانشطار النووي وعنصر البروتكتينيوم وتأثير أوجيه، ولقد تم تجاهل مساهمات مايتنز في العلوم بشكل روتيني خلال حياتها (1878-1968) ميلادي، وهي حقيقة قد ساهمت على الأرجح في توصية IUPAC بهذا التسمية في عام 1994 ميلادي، فضلاً عن التبني الرسمي للاسم في عام 1997 ميلادي.

• تمامًا مثل عناصر عبر اليورانيوم تتوافق مع العناصر الكيميائية ذات العدد الذري أكبر من 92 (العدد الذري لليورانيوم)، فإن عناصر الانتقالية هي تلك العناصر التي لها عدد ذري ​​أكبر من 100 (العدد الذري للفرميوم)، وعلى الرغم من أن العناصر الانتقالية عبارة عن مجموعة فرعية من عناصر عبر اليورانيوم، وكلها غير مستقرة وتتحلل إشعاعيًا إلى عناصر أخرى، فإن الحاجة إلى هذا التصنيف تنبع من عدد من الأسباب.

• بصرف النظر عن حقيقة عدم وجود أي من العناصر الانتقالية بشكل طبيعي وأنه يتم تصنيعها جميعًا بشكل مصطنع أحيانًا بصعوبة كبيرة، فهي متحدة أيضًا في حقيقة أنه لا يزال هناك القليل جدًا من المعلومات حول هذه العناصر، حيث أنه قد تم إنتاج عدد قليل فقط من ذرات كل منها بعيد جدا.

• في 29 أغسطس 1982 ميلادي، نجحوا مرة أخرى عندما أنتجوا ذرة واحدة من المايتنريوم، لقد تم تصنيع العنصر عن طريق قصف هدف نظير البزموت 209 بنواة متسارعة من نظير الحديد 58، مما ينتج عنه ذرة واحدة، النظير المنتج المايتنريوم 266 يحتوي على 157 نيوترونًا في نواته مع 109 بروتونات، والتي تحدد العنصر وتعطيه العدد الذري.

• الطريقة الأصلية المستخدمة لإنتاج ذرة في عام 1982 ميلادي تكررت في عامي 1988 ميلادي و 1997 ميلادي، حيث أنتجت ذرتين و 12 ذرة على التوالي، في حين تم الإبلاغ أيضًا عن عدد من نظائر المايتنريوم الأخرى، فإن كل هذه النظائر لها فترات نصف عمر تتراوح من ميلي ثانية إلى بضع ثوانٍ على الأكثر.

• يشير التوافر المحدود للعنصر من حيث الكميات والوقت إلى أن دراسته كانت صعبة للغاية حتى باستخدام التقنيات التجريبية التي تُعرف مجتمعة بأساليب الذرة في الوقت، وعلى الرغم من أن كيمياء العنصر تظل سرًا غير معروف، إلا أن هناك مجالًا للتفاؤل حيث اقترحت الأبحاث وجود نظائر ذات عمر نصف أطول، وعندما يكتشف العلماء طرق إنتاج ذرات تلك النظائر، فإن الخواص الكيميائية والفيزيائية للمايتنريوم ستخرج أخيرًا من عالم التكهنات المثقفة.