Periyodik Cetvelin En Alt Kısmında, Ayrı Bir Bölmede Bulunan Aktinitler Neyin Nesi?
Nedir bunlar?
atom numaraları 89 ile 103 arasına olan 15 radyoaktif elementten oluşmakla beraber aktinitler ismi serideki ilk element olan aktinyumdan ve esas olarak elementlerin radyoaktivitelerini ima eden yunanca aktis, "ışın" kelimesinden alır (ampul elementi).
Detaylandıralım
aktinitler... pek üstüne bahsedilmeyen, periyodik cetvelde altta ayrı bir kısma taşınan, devamlı hor görülen bir ailedir ama kuantum mekaniği, nükleer fizik ve enerji fiziği gelişiminde büyük rol oynayan metaller buradadır. tehlikenin kendisidir bu elementler, ömürleri bazen 1 saniye altında olan, var mı yok mu belirsiz metallerin bulunduğu yere aittirler.
bir bilimci olarak olabildiği kadar basit formatta bu elementlerin özelliklerini açıklamaya çalışacağım ama önce temel olarak metal elementlerinden gireyim.
periyodik cetvelde elementlerin dağılımı nasıl?
periyodik cetvelin %80'i metal, %6'sı yarımetaldir fakat çoğu kullanılamaz. baktığımızda bilinen 118 element içinde 11 tanesi ametaldir. 11 ametal içinde biri vardır ki çok özeldir. buna karbon diyoruz. karbon hem kendinden üretilen elmas, fulleren, grafen, grafitle hem de organik bileşikleriyle tek başına bir teknolojidir.
neden her metal kullanışlı değildir?
metal dediğinizde çoğumuzun aklına hatalı şekilde "demir" gelir. hatta bir tutamaç gördüğümüzde "demire tutunmalıyım" diye geçiririz aklımızdan, oysa ki halk dilindeki yanlış bir kullanımdır bu.
çevremizde kullanabildiğimiz metaller sünekliği ve tokluğu olan mekanik alanlarda kullanılan ürünlerdir fakat sınırlı sayıdadırlar. bu metaller alaşımlanarak veya kaplanarak kullanılabilir, korozyon dayanımları yüksektir.
en popüler metaller "b grubundadır (yani periyodik cetveldeki holde)" metaller en az kullanım oranından en yüksek orana doğru şöyle sıralanabilir: çinko, titanyum, bakır, aluminyum, demir.
yan metal ve alaşımlama amaçlı kullanılanlar: nikel, kalay, krom, antimon, molibden
periyodik cetvelde aşağı doğru inildikçe metallin kullanışsız olduğunu, saf formunu bile taşıyamadığını görüyoruz.
peki neden? bunun 2 sebebi mevcut:
1) elektron affinitesi, yani düşük iyonlaşma enerjisidir. sağdan sola, yukarıdan aşağı gidildikçe metallerin elektron vermesini engellemek zorlaşıyor ve hızlıca kimyasal bağ yapıyorlar. hiçbir şey olmadı, oksijen ya da havadaki hidroksit moleküllerini kendinlerine bağlıyorlar. baktığımızda en stabil kalan kısmın "b grubu" olduğunu görüyoruz.
2) bunun diğer sebebi nükleer bozulma yani nötron/proton oranının çoğu elementte yüksek olmasıdır. bu durum çekirdeği kararsızlaştırarak atomların fırlamasına sebep olur. örneğin 92 atomunuz var, yani uranyumsunuz, n/p sayısınız yüzünden zamanla 91->90->89 atom olursunuz. atom parçalanır, kimliğini kaybeder. unutmayalım ki elementlere isim veren proton sayılarıdır. proton sayısı değiştiği anda o elementin adı da değişir. şimdi bir yerlere varmaya başladık sanırım.
kısacası: keşfedilecek veya keşfedilmiş trans-uranyum metallerinin çoğunun bu sebeple endüstriyel veya pratik işe yarar uygulaması mevcut değildir. çünkü n/p oranları stabil kalmasına engeldir.
bilinmeyen elementin yeri nasıl belli olabilir?
keşfedilecek metallerin isimleri belirsizdir ama atom noları bellidir. bu ne demek? teorik olarak yeni keşfedilecek elementler periyodik cetvelde atom nosuna göre sıralanmıştır. belli sıralarda element yoktur. ama burada da teorik olarak element olduğu düşünülür. esas ilginç konu ise yeni keşfedilecek metallerin çoğu laboratuar ortamında nükleer reaksiyonla keşfedilebilir ve bunların çoğu işlevsizdir.
aktinit metalleri ne işimize yarar?
aktinitler çok yüksek atom nosuna sahi oldukları ve nötron/proton sayıları yüksek olması sebebiyle kullanışlı değildir ve ışıma yaparlar.
bu gibi metaller ticari amaçlarla değil, yüksek atom nolu elementlerin davranışını anlamak, ışımalar ile kuantum mekaniğini yorumlamak, nükleer fiziğe yol açmak veya geliştirmek için genellikle sentezlenirler. aktinitler içinde olmasa da oganesson gibi öyle metaller vardır ki formlarını 1 saniye (0,89 ms olarak ölçülmüş) bile koruyamazlar, yarılanarak başka bir elemente dönüşürler. mesela promethium... atom no'su 61 olan bir element, yüksek atom nolu radyoaktif bir elementin yarılanması esnasında çıkar ve yok olur. yeryüzünde doğal yollarda herhangi bir kayacın içinde bulunmaz. kısacası varlar ama yoklar. üretiliyorlar ama atomik miktarda... yani insan gözünün ayırt edebileceği miktarda bile üretim yapılamıyor zaten çok kısa süre atom fırlatarak daha kararlı olabilecekleri elementlere dönüşüyorlar.
daha trajik olanı, oganesson elementinin 8a grubunda olmasıdır. bilmeyenler için 8a en kararlı oktet kuralına göre dış yörünge elektronları kararlı olan bir gruptur evet elektronları kararlıdır fakat atomları değildir. pratik olarak şöyle diyebiliriz: "yapabilseydi kimyasal reaksiyon yapmazdı fakat başka bir elemente dönüşebilir."
gelelim kimyada periyodik cetvelde dahi hakkında az bahsedilen, "burası çok önemli değil, dışarıda gösteriyoruz diye geçiştirilen aktinitlere. tersi fiziği ve kimyayı geliştiren, çernobil faciasına sebep olan metaller bu bölgededir. metal diyip geçmeyin, bir metal dünyayı yok edebileceği gibi hayatın kaynağı da olabilir. işte uranyum metali tam da burada, aktinitlerin içinde yer alır ve sonrasında gelen bütün elementler insan tarafından yapay olarak üretilmiştir.
keşfedilen yeni metaller laboratuar ortamında kısa süreliğine kendi formunda kalarak n/p oranını stabil hale getirmek için hızlıca nükleer ışımayla en yakın kararlı metale dönüşürler. bu da genelde kurşun olur.
biraz daha detaylandıralım
bu metallerin atom no'su genellikle yüksektir. incelediğimizde (bu elementlerden bazıları 2015'te onay almıştır) nihonium (2003 yılı) (nh, 113), moscovium (2003 yılı) (mc, 115), tennessine (2011) (ts, 117), oganesson (2002) (og, 118) gibilerinin atom no'larının 82'den yani kurşundan büyük olduklarını görürüz. atom no'su 92'ye yani uranyum'a kadar elementler doğal olarak yeryüzünde bulunurken büyük olan elementlere transuranyum elementleri denir ve bu element ya nükleer bozulma ya da partikül hızlandırıcı deneyler esnasında tesadüfi keşfedilmiştir. keşfedilen bu metallerin bir çoğu kurşun ile bir başka elementin füzyonu sonunda üretilir. yüksek atom nosu sebebiyle nükleer ayrışmaya uygundur. bir süre sonra bazen radon gazı yayarak, yarılanma ömrü sonunda kararlı olan kurşuna dönüşürler. bilin bakalım radon gazı üstüne çalışmaları yapan nükleer fizikçi kimdir?
(bkz: marie curie)
ref: monica halka, ph.d., and brian nordstrom, ed.d, "lanthanides & actinides", facts on file, 2011