Kopernicij je sintetični kemični element s simbolom Cn in atomskim številom 112. Njegovi znani izotopi so izredno radioaktivni in so bili ustvarjeni le v laboratoriju. Najstabilnejši znani izotop, kopernicij-285, ima razpolovni čas približno 28 sekund. Kopernicij je bil prvič ustanovljen leta 1996 v Centru za raziskave težkih ionov GSI Helmholtz blizu Darmstadta v Nemčiji. Ime je dobil po astronomu Nikolaju Koperniku.
V periodnem sistemu elementov je kopernicij transaktinoidni element v d-bloku in element 12. skupine. Med reakcijami z zlatom se je izkazalo, da je izredno hlapljiva snov, tako da je verjetno plin ali hlapljiva tekočina pri standardni temperaturi in tlaku.
Izračunano je, da ima kopernicij več lastnosti, ki se razlikujejo od njegovih lažjih homologov v 12. skupini, cinka, kadmija in živega srebra; zaradi relativističnih učinkov se lahko namesto s 7s veže s 6d elektroni in je morda bolj podoben žlahtnim plinom, kot je radon, kot pa homologom 12. skupine. Izračuni kažejo, da lahko kopernicij kaže oksidacijsko stanje +4, medtem ko ga živo srebro kaže samo v eni spojini spornega obstoja, cink in kadmij pa sploh ne. Prav tako naj bi bilo težje oksidirati kopernicij iz nevtralnega stanja kot druge elemente 12. skupine in dejansko naj bi bil kopernicij najžlahtnejša kovina v periodnem sistemu. Trden kopernicij naj bi bil vezan večinoma z disperzijskimi silami, tako kot žlahtni plini; napovedi o njegovi strukturi prepovedanega pasu so različne, od žlahtne kovine do polprevodnika ali celo izolatorja.
Uvod
Zgodovina
Odkritje Kopernicij so Sigurd Hofmann, Victor Ninov in drugi prvič ustvarili 9. februarja 1996 v Gesellschaftu für Schwerionenforschung (GSI) v Darmstadtu v Nemčiji. Ta element je nastal z obstreljevanjem tarče iz jeder svinca-208 s pospešenimi jedri cinka-70 v težkoionskem pospeševalniku. En sam atom (o drugem so poročali, vendar je bilo ugotovljeno, da je temeljil na podatkih, ki si jih je izmislil Ninov) kopernicija je bil pridobljen in imel masno število 277.
Pb + Zn → Cn* → Cn + Nt
Maja 2000 je GSI uspešno ponovil poskus za sintezo še enega atoma kopernicija-277. Ta reakcija se je leta 2004 ponovila na RIKEN-u z uporabo s plinom napolnjenega odbojnega separatorja in leta 2013 so sintetizirali še tri atome in potrdili podatke o razpadu, ki jih je sporočila ekipa GSI. To reakcijo so že poskusili leta 1971 na Združenem inštitutu za jedrske raziskave v Dubni v Rusiji, da bi dosegli 276Cn, vendar neuspešno.
Skupna delovna skupina IUPAC/IUPAP (JWP) je ocenila trditev o odkritju kopernicija s strani skupine GSI v letih 2001 in 2003. V obeh primerih so ugotovili, da ni dovolj dokazov za podporo njihove trditve. To je bilo v prvi vrsti povezano z nasprotujočimi si podatki o razpadu znanega nuklida raderfordija-261. Med letoma 2001 in 2005 je skupina GSI preučila reakcijo 248Cm(26Mg,5n)269Hs in lahko potrdila podatke o razpadanju hasija-269 in raderfordija-261. Ugotovljeno je bilo, da so bili obstoječi podatki o raderfordiju-261 za njegov izomer zdaj imenovan raderfordij-261m.
Maja 2009 je JWP znova poročal o trditvah o odkritju elementa 112 in uradno priznal ekipo GSI kot odkritelje elementa 112. Ta odločitev je temeljila na potrditvi lastnosti razpada jeder produktov, pa tudi na potrditvenih poskusih v podjetju RIKEN.
Od leta 1998 so bili opravljeni tudi poskusi na Združenem inštitutu za jedrske raziskave v Dubni v Rusiji za sintezo težjega izotopa 283Cn v reakciji vroče fuzije 238U(48Ca,3n)283Cn; največ opaženih atomov 283Cn je razpadlo s spontano cepitvijo, čeprav je bila zaznana veja alfa razpada na 279Ds. Medtem ko so bili začetni poskusi namenjeni ugotovitvi nuklida z dolgim razpolovnim časom treh minut na podlagi njegovega kemičnega vedenja, je bilo ugotovljeno, da ni podoben živemu srebru, kot bi pričakovali (kopernicij je v periodnem sistemu pod živim srebrom) in zdaj se zdi, da dolgoživa dejavnost morda sploh ne bi bila od 283Cn, temveč od njegovega produkta z zajetjem elektrona 283Rg, s krajšim 4-sekundnim razpolovnim časom, povezanim z 283Cn. (Druga možnost je dodelitev metastabilnemu izomernemu stanju, 283mCn.) Medtem ko je s kasnejšim navzkrižnim bombardiranjem z reakcijama 242Pu + 48Ca in 245Cm + 48Ca uspelo potrditi lastnosti 283Cn in njegovih staršev 287Fl in 291Lv, kar je imelo pomembno vlogo pri sprejemanju odkritij flerovija in livermorija (elementa 114 in 116) s strani JWP leta 2011, je to delo nastalo po delu GSI na 277Cn in prednost je bila dodeljena GSI.
Poimenovanje alt=a painted portrait of Copernicus|levo|sličica|185x185_pik| Nikolaj Kopernik, ki je oblikoval heliocentrični model s planeti, ki krožijo okoli Sonca, ki je nadomestil Ptolemejev prejšnji geocentrični model. Z uporabo Mendelejeve nomenklature za neimenovane in neodkrite elemente bi moral biti koperncij poimenovan eka-živo srebro. Leta 1979 je IUPAC objavil priporočila, v skladu s katerimi naj bi se element imenoval ununbij (z ustreznim simbolom Uub), tj. sistematično ime elementa kot začasno ime, dokler element ne bi bil odkrit (in odkritje nato potrjeno) ter določeno stalno ime. Čeprav so bila priporočila pogosto uporabljena v kemijski skupnosti na vseh ravneh, od učilnic kemije do poglobljenih učbenikov, so bila med znanstveniki s tega področja večinoma prezrta, ki so ga poimenovali "element 112" s simbolom E112, (112) ali celo preprosto 112.
Po potrditvi odkritja ekipe GSI jih je IUPAC zaprosil, naj predlagajo trajno ime za element 112. Dne 14. julija 2009 so predlagali kopernicij s simbolom Cp, po Nikolaju Koperniku "v čast izjemnemu znanstveniku, ki je spremenil naš pogled na svet".
V standardnem šestmesečnem času razprave med znanstvenimi skupnostmi o imenovanju je bilo poudarjeno, da se simbol Cp prej poveže z imenom kasiopej (kasiopij), ki je zdaj znan kot Lutecij (Lu) in spojino ciklopentadien. Iz tega razloga IUPAC ni dovolil uporabe Cp kot simbola, zaradi česar je skupina GSI kot alternativo predlagala simbol Cn. 19. februarja 2010, na 537. obletnico Kopernikovega rojstva, je IUPAC uradno sprejel predlagano ime in simbol.
Izotopi Kopernicij nima stabilnih ali naravnih izotopov. V laboratoriju je bilo sintetiziranih več radioaktivnih izotopov, bodisi z zlivanjem dveh atomov bodisi z opazovanjem razpada težjih elementov. Poročali so o sedmih različnih izotopih z masnimi števili 277 in 281–286, poročali pa so tudi o enem nepotrjenem metastabilnem izomeru 285mCn. Večina teh razpada pretežno z alfa razpadom, nekateri pa s spontano cepitvijo, kopernicij-283 pa ima lahko vejo z zajetjem elektrona.
Izotop kopernicij-283 je bil pomemben za potrditev odkritij elementov flerovija in livermorija.
Razpolovna doba Vsi potrjeni izotopi kopernicija so izredno nestabilni in radioaktivni; na splošno so težji izotopi stabilnejši od lažjih. Najbolj stabilni znani izotop, 285Cn, ima razpolovno dobo 29 sekund; 283Cn ima razpolovni čas 4 sekunde in nepotrjena 285mCn in 286Cn imata razpolovni čas približno 15 in 8,45 sekunde. Drugi izotopi imajo razpolovni čas krajši od ene sekunde. 281Cn in 284Cn imata razpolovni čas nekaj desetink sekunde, druga dva izotopa pa imata razpolovni čas malo pod eno milisekundo. Predvideno je, da imata lahko težja izotopa 291Cn in 293Cn razpolovni dobi, daljši od nekaj desetletij, saj naj bi ležala blizu središča teoretičnega otoka stabilnosti in bi lahko nastala v r-procesu ter da bi ju lahko zaznali v kozmičnih žarkih, čeprav bi se pojavljala v količinah približno 10−12-krat toliko kot svinca.
Najlažji izotopi kopernicija so bili sintetizirani z neposredno fuzijo med dvema lažjima jedroma in kot produkti razpada (razen 277Cn, za katerega ni znano, da je produkt razpada), medtem ko je za težje izotope znano, da nastanejo le z razpadom težjih jeder. Najtežji izotop, pridobljen z neposredno fuzijo, je 283Cn; tri težje izotope, 284Cn, 285Cn in 286Cn, smo opazili le kot produkte razpada elementov z večjimi atomskimi števili.
Leta 1999 so ameriški znanstveniki z univerze v Kaliforniji Berkeley objavili, da jim je uspelo sintetizirati tri atome 293Og. Poročali so, da so ta matična jedra zaporedoma oddala tri delce alfa, da so tvorila jedra kopernicija-281, za katera je trdila, da so bila podvržena alfa razpadu in izvržejo alfa delce z energijo razpada 10,68 MeV in razpolovno dobo 0,90 ms, vendar je bil njihov zahtevek umaknjen leta 2001. Ta izotop je leta 2010 izdelala ista ekipa. Novi podatki so bili v nasprotju s prejšnjimi (izmišljenimi)At Lawrence Berkeley, Physicists Say a Colleague Took Them for a Ride George Johnson, The New York Times, 15 October 2002 podatki.
Predvidene lastnosti Izmerjenih je bilo zelo malo lastnosti kopernicija ali njegovih spojin; to je posledica izjemno omejene in drage proizvodnje ter dejstva, da kopernicij (in njegovi starši) zelo hitro razpadejo. Izmerjenih je bilo nekaj edinstvenih kemijskih lastnosti in tališče, vendar lastnosti kopernicija kot kovine na splošno ostajajo neznane in večinoma so na voljo le napovedi.
Kemične kopernicij je deseti in zadnji član bloka 6d in je najtežji element 12. skupine v periodnem sistemu, pod cinkom, kadmijem in živim srebrom. Predvideva se, da se bo bistveno razlikoval od lažjih elementov iste skupine. Pričakuje se, da bodo valenčne s podlupine elementov 12. skupine in 7. periode najmočneje relativistično skrčene pri koperniciju. Zaradi tega in polne lupine je kopernicij verjetno zelo žlahtna kovina. Standardni potencial redukcije +2,1 V je napovedan za par Cn 2+/Cn. Kopernicijeva predvidena prva ionizacijska energija 1155 kJ/mol se skoraj ujema s žlahtnim plinom ksenonom, katerega je 1170,4 kJ/mol. Tudi kovinske vezi v koperniciju bi morale biti zelo šibke, zaradi česar bi lahko postal izredno hlapen, tako kot žlahtni plini, in bi lahko bil plin pri sobni temperaturi,"Chemistry on the islands of stability", New Scientist, 11 September 1975, p. 574, ISSN 1032-1233 vendar bi moral biti sposoben tvoriti kovinske vezi z bakrom, paladijem, platino, srebrom in zlatom; te vezi naj bi bile le približno 15–20 kJ/mol šibkejše od analognih vezi z živim srebrom. V nasprotju s prejšnjimi predlogi ab initio izračuni z visoko stopnjo natančnosti napovedujejo, da je kemija enovalenčnega kopernicija bolj podobna kemiji živega srebra kot pa žlahtnih plinov. Slednji rezultat je mogoče razložiti z močno interakcijo med spinom in tirom, ki bistveno zniža energijo pri koperniciju nezasedenega bloka 7p1/2.
Ko je kopernicij ioniziran, se lahko njegova kemija razlikuje od cinka, kadmija in živega srebra. Zaradi stabilizacije elektronskih orbital 7s in destabilizacije 6d, kar povzročajo relativistični učinki, bo verjetno imel Cn2+ elektronsko konfiguracijo [Rn] 5f14 6d8 7s2, pri čemer bo 6d orbitale uporabil pred 7s, za razliko od homologov. Dejstvo, da 6d elektroni lažje sodelujejo pri kemijski vezi, pomeni, da se lahko, ko je kopernicij ioniziran, obnaša bolj kot prehodna kovina kot njegovi lažji homologi, zlasti v možnem oksidacijskem stanju +4. V vodnih raztopinah lahko kopernicij tvori oksidacijsko stanje +2 in morda tudi +4. Dvoatomni ion , ki vsebuje živo srebro v oksidacijskem stanju +1, je dobro znan, toda ion naj bi bil nestabilen ali celo ne bi obstajal. Kopernicijev(II) fluorid, CnF2, bi moral biti bolj nestabilen kot analogna živosrebrna spojina, živosrebrov(II) fluorid (HgF2), in bi lahko celo spontano razpadel v sestavne elemente. V polarnih topilih naj bi prednostno tvoril anione in in ne analognih nevtralnih fluoridov (CnF4 oziroma CnF2), čeprav sta analogna bromidna ali jodidna iona morda bolj stabilna pri hidrolizi v vodni raztopini. in bi morala tudi obstajati v vodni raztopini. Kljub temu novejši poskusi dvomijo o morebitnem obstoju HgF4 in nekateri izračuni dejansko kažejo, da sta HgF4 in CnF4 dejansko nevezana in dvomljiva. Tvorba termodinamično stabilnih fluoridov kopernicija(II) in (IV) bi bila analogna kemiji ksenona. Pričakuje se, da bo kopernicij, analogno živosrebrovemu(II) cianidu (Hg(CN)2), tvoril stabilen cianid, Cn(CN)2.