Hasij: Hemijski element sa simbolom Hs i atomskim brojem 108

On je sintetički (ne nalazi se u prirodi već je dobijen vještački) i radioaktivni element. Hasij je visoko radioaktivan; njegovi najstabilniji poznati izotopi imaju poluživot od otprilike deset sekundi. Najstabilniji izotop hasija ne može se odrediti na osnovu postojećih podataka zbog nesigurnosti koja proizilazi iz malog broja mjerenja. Interval pouzdanosti poluživota ²⁶⁹Hs koji odgovara jednoj standardnoj devijaciji je, na osnovu postojećih podataka, 16±6 sekundi, dok je interval ²⁷⁰Hs 9±4 sekunde. Također je moguće da je ^277mHs stabilniji od oba ova, sa njegovim poluživotom vjerovatno 110±70 sekundi, ali je samo jedan događaj raspada ovog izotopa registrovan od 2016. Do danas je sintetizirano više od 100 atoma hasija.

Hasij,  ₁₀₈Hs

Hasij u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Hasij, Hs, 108
Serija	Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok	8, 7, d
Izgled	-
Zastupljenost	0 %
Atomske osobine
Atomska masa	[269] u
Atomski radijus (izračunat)	126 (pretpostavljeno) ( -) pm
Kovalentni radijus	134 (pretpostavljeno) pm
Van der Waalsov radijus	? pm
Elektronska konfiguracija	[Rn] 5f146d67s2
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 32, 14, 2
1. energija ionizacije	733,3 (pretpostavljeno) kJ/mol
2. energija ionizacije	1756 (pretpostavljeno) kJ/mol
3. energija ionizacije	2827 (pretpostavljeno) kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto (pretpostavljeno)
Kristalna struktura	heksagonalna gusto pakovana (pretpostavljeno)
Gustoća	40700 (pretpostavljeno) kg/m3
Magnetizam	?
Tačka topljenja	? K (? °C)
Tačka ključanja	? K (? °C)
Molarni volumen	? m3/mol
Toplota isparavanja	? kJ/mol
Toplota topljenja	? kJ/mol
Brzina zvuka	? m/s
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	8, 6, 5, 4, 3, 2 (pretpostavljeno)
Oksid	?
Elektronegativnost	(Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 277Hs sin 30 s SR 271Hs sin ~4 s α 9,27 - 9,13 267Sg 270Hs sin 22 s α 9,02 - 8,88 266Sg 269Hs sin 9,7 s α 9,21; 9,10; 8,97 265Sg
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja Oznaka upozorenja nepoznata
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: / S: /
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

U periodnom sistemu nalazi se u d-bloku transaktinidnih elemenata. Hasij pripada elementima 7. periode i 8. grupe periodnog sistema, pa je stoga šesti član 6d serije prelaznih metala. Hemijski eksperimenti potvrdili su da se hasij ponaša kao teži homolog osmija iz 8. grupe elemenata. Njegove hemijske osobine su samo djelimično proučene, a do danas je poznato da u velikoj mjeri odgovaraju osobinama drugih elemenata iz iste grupe. Očekuje se da bi hasij u većim količinama mogao biti srebrenasti metal koji lahko reagira sa kisikom iz zraka, gradeći isparljivi tetroksid.

Prvu sintezu elementa 108 pokušao je 1978. godine ruski tim naučnika kojeg su predvodili Jurij Colakovič Oganesjan i Vladimir Utjonkov na Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja (JINR) u ruskom gradu Dubna, koristeći reakcije kojim bi mogli dobiti izotope hasija-270 i 264. Međutim, dobijeni podaci nisu bili u skladu sa očekivanim, te su pet godina kasnije izveli nove eksperimente, kada su ova dva izotopa hasija dobijena zajedno sa izotopom 263. Eksperiment je ponovljen 1984. i potvrđen.

Hasij je zvanično otkriven 1984. godine, a otkrio ga je njemački tim istraživača kojeg su predvodili Peter Armbruster i Gottfried Münzenberg na Institutu za istraživanje teških iona (njem. Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) u Darmstadtu. Naučnici su bombardirali metu sačinjenu od izotopa olova-208 sa ubrzanim jezgrima atoma željeza-58, nakon čega su dobili tri atoma izotopa hasija-265. Nakon tog otkrića nastala je polemika u naučnim krugovima o tome ko bi zvanično trebao dobiti zasluge za otkriće hasija. IUPACova transfermijska radna grupa (TWG) u svom izvještaju 1992. naznačila je saradnju njemačkih naučnika kao zvanično otkriće elementa. Naveli su da je Institut u Darmstadtu "detaljnije, i uz bolja ubjeđenja" pružio dokaze, a pošto su kombinirani podaci iz Dubne i Darmstadta potvrdili da je sintetizirani element upravo hasij, GSI je dobio zasluge za otkriće. IUPACova grupa je prethodno znala da su podaci također davali osnova da se rusko otkriće iz 1983. navede kao zvaničano, ali su naveli da je "element 108 sa velikom vjerovatnoćom igrao značajnu ulogu u eksperimentu u Dubni".

Ime hasij predložili su Peter Armbruster i njegovi saradnici, koji su zvanično priznati kao otkrivači elementa 1992, a izveli su ga iz latinskog imena njemačke savezne pokrajine Hessen (Hassia), gdje se institut i nalazi. Koristeći Mendeljejevu predloženu nomenklaturu za neimenovane i neotkrivene hemijske elemente, hasij bi se trebao zvati i eka-osmij. Godine 1979. tokom takozvanih "Transfermijskih ratova" (ali prije sinteze hasija), IUPAC je objavio preporuke prema kojim bi se ovaj element trebao nazivati unniloktij (sa pripadajućim simbolom Uno), što je predstavljalo sistematsko privremeno ime, sve dok se element ne otkrije (i otkriće potvrdi), te se zatim ne dodijeli stalno ime. Iako su hemičari i fizičari općenito prihvatili ime hasij, počev od škola do napredne literature, mnogi naučnici su ignorirali IUPACovu preporuku, te ga zovu jednostavno "element 108" sa simbolom (108), ili samo 108, dok neki koriste predloženo ime "hasij".

IUPACova komisija je 1994. predložila da se element 108 nazove hahnij (Hn) prema njemačkom fizičaru Nobelovcu Ottu Hahnu, nakon ranijeg prijedloga ottohahnij (Oh), iako je dugogodišnja praksa bila da osoba ili osobe koje otkriju element imaju pravo predložiti ime, tako da bi se elementi nazvani po Hahnu i Lise Meitner (majtnerij) nalazili jedan do drugog, u čast njihovom zajedničkom otkriću nuklearne fisije. Ovaj potez je bio zbog toga što nisu smatrali da je pokrajina Hessen išta "učinila" da bi se element nazvao po njoj. Nakon protesta njemačkih naučnika i Američkog hemijskog društva, IUPAC se predomislio te je naziv hasij (Hs) internacionalno prihvaćen 1997. godine.

Razni proračuni pokazuju da bi hasij trebao biti najteži poznati element iz 8. grupe periodnog sistema, i da je to u skladu sa periodnim zakonima. Njegove osobine bi općenito trebale odgovarati onima koje se očekuju za teže homologe osmija, uz nekoliko neznatnih odstupanja zbog relativističkih efekata.

Fizičke

Lakši članovi 8. grupe elemenata imaju relativno visoke tačke topljenja (Fe, 1538 °C; Ru, 2334 °C; Os, 3033 °C). Zbog sličnosti s njima, predviđa se da bi i hasij trebao biti u čvrstom agregatnom stanju pri sobnoj temperaturi, mada pretpostavljena tačka topljenja hasija nije precizno izračunata. Ovaj metal bi se trebao kristalizirati u heksagonalnoj gusto pakovanoj kristalnoj rešeci (^c/_a = 1,59), slično kao i njegov lakši kongener osmij. Za čisti metalni hasij izračunat je modul kompresije (otpor ravnomjernom pritisku) uporediv onom kod dijamanta (442 GPa). Za hasij se očekuje da ima približnu gustoću od 40,7 g/cm³, što bi bila najviša gustoća od 118 poznatih elemenata i gotovo dvostruko veća od gustoće osmija, koji se danas smatra najgušćim mjerljivim elementom, sa 22,61 g/cm³. Ovi rezultati izvedeni su iz njegove velike atomske mase, pojave kontrakcija lantanoida i aktinoida te relativističkih efekata, mada bi proizvodnja mjerljivih količina hasija bila nepraktična a uzorak bi se vrlo brzo raspao. Osmije je najgušći element u prvih šest perioda periodnog sistema, a za njegov teži kongener hasij se očekuje da će biti najgušći element prvih sedam perioda u PSE.

Očekuje se da bi atomski radijus hasija iznosio oko 126 pm. Zbog relativističke stabilizacije 7s orbitale i destabilizacije 6d orbitale, predviđa se da bi ion Hs⁺ mogao imati elektronsku konfiguraciju [Rn] 5f¹⁴ 6d⁵ 7s², dajući elektron iz 6d umjesto iz 7s, što je suprotno ponašanju svojih lakših homologa. S druge strane, očekuje se da bi ion Hs²⁺ mogao imati elektronsku konfiguraciju [Rn] 5f¹⁴6d⁵ 7s¹, analogno izračunatoj konfiguraciji iona Os²⁺.

Hemijske

Hasih je šesti član 6d serije prelaznih metala te se očekuje da bi mogao imati osobine metala platinske grupe. Izračuni potencijala ionizacije, atomskog radijusa, kao i radijusa, energija orbitala i osnovnih nivoa njegovih ioniziranih stanja pokazuju da je dosta sličan osmiju, što implicira da bi osobine hasija mogle biti slične osobinama drugih elemenata osme grupe periodnog sistema: željeza, rutenija i osmija. Neke od tih osobina već su potvrđene hemijskim eksperimentima u gasovitoj fazi. Elementi 8. grupe imaju vrlo širok raspon oksidacijskih stanja, a između ostalog rutenij i osmij iskazuju neobično oksidacijsko stanje +8 (što je drugo najviše oksidacijsko stanje bilo kojeg elementa, vrlo rijetko među drugim elementima) a to stanje postaje stabilnije što se ide niže kroz 8. grupu. Prema ovim pretpostavkama, moglo bi se očekivati da hasij ima potpuno stabilno stanje +8. Analogno svojim lakšim kongenerima, očekuje se da bi hasij također mogao imati stabilna niža oksidacijska stanja poput +6, +5, +4, +3 i +2. Zapravo, očekuje se da bi hasij(IV) mogao biti stabilniji od naprimjer hasija(VIII) u vodenim rastvorima.

Elementi 8. grupe iskazuju vrlo zanimljivu hemiju svojih oksida, a pomoću koje se ekstrapolacijom vrlo lahko može doći do hemije oksida hasija. Poznato je da svi lakši članovi ove grupe imaju (ili se previđa da imaju) tetrokside, MO₄. Njihova oksidacijska moć opada idući niz grupu naniže. FeO₄ nije poznat zbog nevjerovatno velikog afiniteta željeza prema elektronu (količine energije otpušene kada se elektron dodaje na neutralni atom ili molekulu gradeći negativni ion) što rezultira formiranje dobro poznatog oksoaniona željeza(VI), FeO2−
4. Rutenij-tetroksid, RuO₄, nastaje oksidacijom rutenija(VI) u kiselini, i vrlo lahko podliježe redukciji do rutenata(VI), RuO2−
4. Oksidacija metalnog rutenija u prisustvu zraka gradi dioksid RuO₂. Za razliku od njih, osmij saogrijeva gradeći stabilni tetroksid OsO₄, koji se kompleksira sa hidroksidnim ionom dajući osmij(VIII)-at kompleks, [OsO₄(OH)₂]²⁻. Prema tome, osobine eka-osmija odnosno hasija bi se trebale demonstrirati građenjem stabilnog, vrlo isparljivog tetroksida HsO₄, koji bi mogao kompleksiranjem sa hidroksidom davati hasatni(VIII) ion, [HsO₄(OH)₂]²⁻. Rutenij- i osmij-tetroksid su vrlo isparljivi, zbog svoje simetrične tetraedarske molekularne geometrije te zato što su neutralnog naboja; te bi hasij-tetroksid na sličan način trebao biti vrlo isparljiva čvrsta tvar. Trend isparljivosti tetroksida 8. grupe elemenata je poznat otprilike u ovom redoslijedu RuO₄ < OsO₄ > HsO₄, što se u potpunosti potvrđuje izračunatim rezultatima. Naročito, izračunate entalpije adsorpcije (energija neophodna za adheziju atoma, molekula ili iona da bi formirali gas, tekućinu ili rastvorenu čvrstu tvar na površini) za HsO₄ iznosi −(45,4 ± 1) kJ·mol⁻¹ na kvarcu, što se vrlo dobro slaže sa eksperimentalnim vrijednostima od −(46 ± 2) kJ·mol⁻¹.

Izotopi

Hasij nema poznatih stabilnih izotopa niti se javlja u prirodi. Nekoliko radioaktivnih izotopa je sintetizirano u laboratoriji, bilo putem fuzije dva atoma bilo da su detektirani pri raspadima težih elemenata. Do danas je otkriveno 12 različitih izotopa sa atomskim masama u rasponu od 263 do 277 (sa izuzecima izotopa 272, 274 i 276), od kojih izotopi: hasij-265, hasij-267, hasij-269 i hasij-277 imaju poznata metastabilna stanja (mada to nije potpuno potvrđeno za hasij-277). Većina izotopa hasija se raspada alfa raspadom, a neki od njih i spontanom fisijom.

Najlakši izotopi, koji obično imaju kraća vremena poluraspada, sintetizirani su direktnom fuzijom dva lakša atomska jezgra i kao proizvod raspada. Najteži izotop hasija koji je proizvod direktne fuzije jeste ²⁷¹Hs; svi teži izotopi su opaženi samo kao proizvod raspada elemenata sa većim atomskim brojevima. Američki naučnici sa Univerziteta Kalifornije iz Berkeleya su 1999. godine objavili da su uspješno sintetizirali tri atoma ²⁹³Og. Za ove "roditeljske" nuklide pronađeno je da su emitirali tri alfa čestice te prešli u jezgro izotopa hasija-273, a za koje se tvrdilo da se raspada alfa raspadom, emitirajući alfa česticu energija raspada od 9,78 i 9,47 MeV te vremenom poluraspada od 1,2 sekunde, međutim to otkriće je opovrgnuto 2001. godine. Isti tim je 2010. ipak uspio uspješno proizveo taj izotop. Novi podaci su odgovarali ranijim (lažiranim) podacima.

Prema izračunima, 108 je magični broj protona za deformirana jezgra (jezgra koja je daleko od sferične), a 162 je magični broj neutrona za deformirana jezgra. To znači da su takva jezgra stalno deformirana u svom osnovnom stanju ali imaju visoke i uske fisione barijere za daljnje deformacije pa prema tome mogli bi imati i relativno duga vremena poluraspada spontanom fisijom. Vremena poluraspada spontanom fisijom za slične izotope se obično umanjuje faktorom 10⁹ u odnosu na izotope u blizini sferičnog dvostruko-magičnog jezgra ²⁹⁸Fl, uzrokovano užom fisijskom barijerom za tako deformirana jezgra. Dakle, jezgro ²⁷⁰Hs ima dobre izglede da bude jezgro sa dvostrukim magičnim brojem. Eksperimentalni podaci dobijeni pri raspadu izotopa darmštatija (Z=110) ²⁷¹Ds i ²⁷³Ds dali su snažne dokaze o "magičnoj" prirodi podljuske sa N=162. Nedavne sinteze izotopa ²⁶⁹Hs, ²⁷⁰Hs i ²⁷¹Hs također u potpunosti podržavaju da je broj neutrona N=162 "magičan". Tačnije, niska energija raspada ²⁷⁰Hs u potpunosti odgovara izračunima.

Dokaz o magičnosti protonske ljuske atomskog broja Z=108 može se dobiti iz dva izvora: varijacije djelimične spontane fisije vremena poluraspada izotona i velike razlike u alfa Q vrijednosti za izotonske jezgre hasija i darmštatija. Za spontanu fisiju, neophodno je izmjeriti vremena poluraspada za izotonska jezgra ²⁶⁸Sg, ²⁷⁰Hs i ²⁷²Ds. Pošto do danas izotopi ²⁶⁸Sg i ²⁷²Ds nisu otkriveni, niti je fisija ²⁷⁰Hs ikad izmjerena, ova metoda se još uvijek ne može koristiti za potvrdu stabilizirajuće prirode ljuske Z=108. Dobar dokaz magičnosti ljuske Z=108 se ipak može pronaći u velikim razlikama u energijama alfa raspada izmjerenih za ²⁷⁰Hs, ²⁷¹Ds i ²⁷³Ds. Direktniji dokaz će doći kada se odredi energija raspada za još uvijek neotkriveno jezgro ²⁷²Ds.