Дармщатий е един от най-загадъчните представители на свръхтежките елементи, разположен в края на седмия период на периодичната система с атомно число 110. Той принадлежи към трансактиноидите и се нарежда в група 10, заедно с никел, паладий и платина.
| Дармщатий | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Дармщатий |
| Латинско / международно наименование | Darmstadtium |
| Химичен символ | Ds |
| Пореден номер (атомно число) | 110 |
| Период и група в таблицата | Период 7, Група 10 |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок, трансактиноид |
| Категория / тип елемент | Радиоактивен синтетичен елемент |
| Атомна маса | ~281 u |
| Изотопи | Ds-267 до Ds-281 |
| Средна атомна маса | Липсва |
| Плътност | Теоретично ~34–37 g/cm³ |
| Температура на топене | Неизвестна |
| Температура на кипене | Неизвестна |
| Кристална структура | Вероятно кубична или хексагонална |
| Цвят / външен вид | Предполагаемо метален, сребрист |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо (теоретично) |
| Откривател / година на откриване | GSI Дармщат, 1994 |
| Място на откриване | Дармщат, Германия |
| Етимология на името | В чест на град Дармщат |
| Химическа формула | Самостоятелен елемент |
| Окислителни степени | +4 (подобна на Pt) |
| Електронна конфигурация | [Rn] 5f¹⁴ 6d⁸ 7s² |
| Електроотрицателност | ~1.7 (теоретична) |
| Йонизационна енергия | ~7.6 eV |
| Ковалентен радиус | ~128 pm |
| Атомен радиус | ~118 pm |
| Топлопроводимост | Неизвестна |
| Електрическа проводимост | Предполагаемо висока |
| Магнитни свойства | Неопределени |
| Състояние на електрони при възбуждане | 6d → 7p преходи |
| Спектрален цвят / линии | Частични данни |
| Честота в земната кора | 0 |
| Наличие във Вселената | Нулево |
| Основни минерали и съединения | Не съществуват |
| Разпространение в природата | Не се среща |
| Начини за получаване / добив | Обстрелване на олово с никел-62 |
| Основни производители в света | GSI, Дубна, Бъркли |
| Основни приложения | Фундаментални научни изследвания |
| Участие в сплави / съединения | Няма |
| Биологично значение | Липсва |
| Токсичност и безопасност | Силно радиоактивен |
| Пределно допустима концентрация | Не е определена |
| Влияние върху човешкия организъм | Радиационен риск при контакт |
| Роля в биохимичните процеси | Няма |
| Използване в индустрията | Не се използва |
| Използване в електрониката / енергетиката | Няма |
| Използване в медицината / фармацията | Не се използва |
| Ядрени свойства | Алфа-разпад, спонтанно делене |
| Полуживот на радиоактивни изотопи | Ds-281 ~14 сек. (най-стабилен) |
| Тип радиоактивен разпад | Алфа-разпад |
| Енергия на връзката | Теоретична |
| Наличие в атмосферата / океаните | Нулево |
| Влияние върху околната среда | Няма екологично влияние |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Невъзможни |
| Глобално годишно производство | Единични атоми |
| Годишна консумация | Само научни лаборатории |
| Основни вносители / износители | Ускорителни центрове |
| Историческо значение | Част от серията свръхтежки елементи, създадени в GSI |
| Научна дисциплина | Ядрена химия, ускорителна физика |
| Интересни факти | Теоретично може да проявява платиновоподобна химия |
| CAS номер | 54083-77-1 |
| PubChem CID | 56951744 |
| UN номер / код за транспортна безопасност | Не се транспортира |
| Периодични тенденции | Сходства с платина, но с релативистични аномалии |
| Спектър на излъчване | Ограничени данни |
| Енергийно ниво на външния електрон | 6d |
| Промишлени рискове и мерки за безопасност | Строги радиационни процедури |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Твърдо (теоретично) |
| Класификация по IUPAC | Радиоактивен трансактиноид |
| Символика и културно значение | Кръстен на германския научен град Дармщат |
Макар химическите му свойства да напомнят теоретично на тези на платината, реалното му поведение остава почти изцяло непознато, защото дармщатий съществува единствено като отделни атоми, живеещи едва части от секундата.
Именно тази крайна нестабилност превръща елемента в уникален научен обект, който представлява гранична територия между познатата химия и фундаменталната физика на свръхтежките ядра. Дармщатий е важен за науката не само защото се намира в района, където се очаква проявата на т.нар. „остров на стабилността“, но и защото неговата електронна структура е силно повлияна от релативистични ефекти.
При атоми с толкова голямо ядро скоростта на електроните става достатъчно висока, за да предизвика изменения в подреждането на орбиталите. Това означава, че поведението на дармщатий не може да бъде предвидено чрез класическите модели, използвани за по-леките елементи, което отваря нови хоризонти пред теоретичната химия и физика.
История на откриването
Дармщатий е синтезиран за първи път през 1994 година в германския Институт за тежка йонна физика GSI в Дармщат. Екипът, ръководен от Петер Армбрюстер и Готфрид Мюнценберг, успява да произведе атоми на елемента чрез реакция между оловна мишена и ускорени ядра на никел-62.
При успешното сливане на двете ядра се образува дармщатий-269, който бързо се разпада чрез алфа-излъчване. Това откритие се превръща в част от изключителната серия успехи на GSI, където в рамките на няколко години са синтезирани и други свръхтежки елементи като хасий, мейтнерий и рьонтгений.
Именно резултатите от тези експерименти утвърждават института като един от световните лидери в изследването на границите на периодичната система.
След кратко обсъждане от страна на IUPAC името „дармщатий“ е официално прието, като представлява директна препратка към град Дармщат — научния център, в който елементът е открит. Това е акт на признание към мястото, което е изиграло ключова роля за развитието на науката за свръхтежките елементи в края на XX век.
Атомна структура и релативистични особености
Електронната конфигурация на дармщатий, определена чрез теоретични модели, е [Rn] 5f¹⁴ 6d⁸ 7s². В група 10 това подреждане предполага химия, подобна на платина и паладий. Но при елемент 110 релативистичните ефекти стават толкова силни, че електроните в 6d орбиталите променят енергийното си разпределение.
Това води до непредвидими свойства, които правят дармщатий уникален в групата. Съвременните компютърни модели показват, че релативистичното свиване на 7s електроните и разширяването на 6d орбиталите може да доведе до химия, която се отклонява значително от тази на платината.
Някои модели дори предполагат, че дармщатий може да проявява нестандартно поведение в образуването на комплекси и съединения, което превръща елемента в ключов тест за границите на периодичността.
Физични и химични свойства
Нито едно макроскопично свойство на дармщатий не е измерено експериментално, защото изотопите му се разпадат за около милисекунда. Въпреки това теоретичните изследвания предполагат, че дармщатий е плътен метал с висока температура на топене и структура, подобна на платината.
Смята се, че би имал силна метална връзка и редица каталитични свойства, ако съществуваше в по-големи количества. Химичните експерименти с единични атоми показват, че дармщатий образува летливи комплекси, съдържащи хлор, което потвърждава аналогията с платината.
Малкото налични данни подсказват, че дармщатий може да образува стабилни съединения в степен на окисление +4, а други степени като +2 или +6 са теоретично възможни. Тези експерименти са технически изключително сложни, защото изискват детекция на поведението на единични атоми, движещи се в поток на газова среда, преди да се разпаднат.
Изотопи и радиоактивност
До момента са известни множество изотопи на дармщатий, всички силно нестабилни. Най-стабилният сред тях е Ds-281, който има период на полуразпад около 14 секунди и представлява изключително ценен обект за изследване.
Тази относителна стабилност предоставя възможност за по-прецизни измервания, сравними с тези на други свръхтежки елементи, и помага в проверката на теоретичните модели за поведението на ядрата с много голям атомен номер.
Повечето изотопи на дармщатий се разпадат чрез алфа-излъчване, а при някои е наблюдавано и спонтанно делене. Изучаването на техните разпадни вериги е от ключово значение за картографирането на региона на свръхтежките елементи.
Производство и научно значение
Дармщатий се създава чрез реакции от типа „сливане-изпаряване“, които изискват изключително мощни ускорителни инсталации. Успехът при неговия синтез е пряко доказателство за технологичната мощ на модерните ускорителни центрове.
Производството на дармщатий е стъпка към разбирането на химията на елементите отвъд 110 — включително рьонтгений, коперниций и флеровий.
Научното значение на дармщатий е фундаментално. Той служи като тест за валидността на теоретичните модели, които се опитват да опишат химичните и физичните свойства при екстремни атомни номера. Чрез него науката проверява колко далеч може да се простира периодичният закон и какви нови явления възникват в тази крайна област.
Историческо и културно значение
Името „дармщатий“ е символично признание за град Дармщат — един от европейските центрове на висшата наука и дом на GSI, където са открити редица свръхтежки елементи. Това го превръща в своеобразна визитка на научния прогрес в Германия и в паметен знак за труда на поколения физици и химици.
Дармщатий олицетворява границата между познатия свят и този, който науката тепърва разкрива. Той е доказателство, че човешкото познание може да проникне в области, които доскоро бяха недостъпни, и че стремежът към откритие остава движеща сила в развитието на цивилизацията.