रदरफोर्डियम

रदरफोर्डियम रासायनिक प्रतीक Rf एवं परमाणु संख्या 104 वाला रासायनिक तत्व है, जिसका नाम भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट रदरफोर्ड के नाम पर रखा गया है। सिंथेटिक तत्व के रूप में, यह प्रकृति में नहीं पाया जाता है एवं इसका निर्माण केवल कण त्वरक में ही किया जा सकता है। यह रेडियोधर्मी है; सबसे स्थिर ज्ञात आइसोटोप, 267Rf, का आधा जीवन लगभग 48 मिनट है।

आवर्त सारणी में, यह d ब्लॉक तत्व है एवं चौथी-पंक्ति संक्रमण तत्वों में से दूसरा है। यह अवधि 7 में है एवं समूह 4 का तत्व है। रसायन विज्ञान के प्रयोगों ने पुष्टि की है कि रदरफोर्डियम समूह 4 में हेफ़नियम के समरूप (रसायन विज्ञान) के रूप में व्यवहार करता है। रदरफोर्डियम के रासायनिक गुण केवल आंशिक रूप से वर्णित हैं। वे अन्य समूह 4 तत्वों के साथ अपेक्षा करते हैं, अपितु कुछ गणनाओं ने संकेत दिया था कि सापेक्षतावादी क्वांटम रसायन विज्ञान के कारण तत्व महत्वपूर्ण रूप से भिन्न गुण प्रदर्शित कर सकता है।

1960 के दशक में, सोवियत संघ में परमाणु अनुसंधान के संयुक्त संस्थान एवं कैलिफोर्निया में लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला में थोड़ी मात्रा में रदरफोर्डियम का उत्पादन किया गया था। शोध की प्राथमिकता एवं इसलिए तत्वका नाम सोवियत एवं अमेरिकी वैज्ञानिकों के मध्य विवादित था, एवं यह 1997 तक नहीं था कि शुद्ध एवं व्यावहारिक रसायन के भिन्नता्राष्ट्रीय संघ (आईयूपीएसी) ने तत्व के आधिकारिक नाम के रूप में रदरफोर्डियम की स्थापना नहीं की थी।

डिस्कवरी
कथित तौर पर रदरफोर्डियम ने 1964 में डुबना (उस समय सोवियत संघ) में परमाणु अनुसंधान के संयुक्त संस्थान में रासायनिक तत्वों की शोध की थी। वहां के शोधकर्ताओं ने प्लूटोनियम-242 लक्ष्य पर नियॉन-22 आयनों के साथ बमबारी की एवं जिरकोनियम टेट्राक्लोराइड (ZrCl4) के साथ अंतःक्रिया द्वारा क्लोराइड में रूपांतरण के पश्चात धीरे-धीरे थर्मोक्रोमैटोग्राफी द्वारा प्रतिक्रिया उत्पादों को भिन्न कर दिया। टीम ने ईका हेफ़नियम गुणों को चित्रित करने वाले वाष्पशील क्लोराइड के अंदर निहित सहज विखंडन गतिविधि की पहचान की। चूँकि आधा जीवन सटीक रूप से निर्धारित नहीं किया गया था, पश्चात की गणनाओं ने संकेत दिया कि उत्पाद संभवतः रदरफोर्डियम-259 (मानक नोटेशन में 259Rf) था:
 * + →  → Cl4

1969 में, कलिफ़ोरनियम विश्वविद्यालय, बर्कले के शोधकर्ताओं ने कार्बन-12 आयनों के साथ कैलिफ़ोर्निया 249 लक्ष्य पर बमबारी करके तत्व को निर्णायक रूप से संश्लेषित किया एवं 257Rf के अल्फा क्षय को मापा, जो नोबेलियम 253 की डॉटर क्षय से संबंधित था::
 * + →  + 4

1973 में अमेरिकी संश्लेषण की स्वतंत्र रूप से पुष्टि की गई थी एवं 257Rf क्षय उत्पाद, नोबेलियम-253 कश्मीर अल्फा एक्स-रे के मौलिक हस्ताक्षर में अवलोकन से जनक के रूप में रदरफोर्डियम की पहचान सुरक्षित की गई थी।

नामकरण विवाद
शोध के प्रारंभिक प्रतिस्पर्धात्मक विचारों के परिणामस्वरूप, तत्व नामकरण विवाद उत्पन्न हुआ। चूंकि सोवियत संघ ने दावा किया था कि उन्होंने सबसे पूर्व नए तत्व का पता लगाया था, उन्होंने सोवियत परमाणु अनुसंधान के पूर्व प्रमुख इगोर कुरचटोव (1903-1960) के सम्मान में कुरचटोवियम (कू) नाम का परामर्श दिया था। यह नाम सोवियत ब्लॉक की पुस्तकों में तत्व के आधिकारिक नाम के रूप में उपयोग किया गया था। चूँकि, अमेरिकियों न्यूज़ीलैंड के भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट रदरफोर्ड को सम्मानित करने के लिए जिन्हें परमाणु भौतिकी के पिता के रूप में जाना जाता है, नए तत्व के लिए रदरफोर्डियम (Rf) नाम का प्रस्ताव रखा। 1992 में, इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री/इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड फिजिक्स ट्रांसफरमियम वर्किंग ग्रुप (टीडब्लूजी) ने शोध के विचारों का आकलन किया एवं निष्कर्ष निकाला कि दोनों समूहों ने तत्व 104 के संश्लेषण के लिए समकालीन साक्ष्य प्रदान किए एवं इसका श्रेय दोनों समूहों के मध्य किया जाना चाहिए।

अमेरिकी समूह ने टीडब्लूजी के निष्कर्षों पर कर्कश प्रतिक्रिया लिखी, जिसमें कहा गया कि उन्होंने डबना समूह के परिणामों पर बहुत अधिक बल दिया था। विशेष रूप से उन्होंने बताया कि रूसी समूह ने 20 वर्षों की अवधि में कई बार अपने दावों के विवरण में परिवर्तन किया है, ऐसा तथ्य जिससे रूसी टीम अस्वीकार नहीं करती है। उन्होंने यह भी कहा कि टीडब्लूजी ने रूसियों द्वारा किए गए रसायन विज्ञान के प्रयोगों को अधिक श्रेय दिया एवं टीडब्लूजी पर समिति पर उचित रूप से योग्य कर्मियों को नहीं रखने का आरोप लगाया। टीडब्लूजी ने यह कहते हुए प्रतिक्रिया दी कि यह विषय नहीं था एवं अमेरिकी समूह द्वारा उठाए गए प्रत्येक बिंदु का आकलन करने के पश्चात कहा कि उन्हें शोध की प्राथमिकता के संबंध में अपने निष्कर्ष को परिवर्तित करने का कोई कारण नहीं मिला। आईयूपीएसी ने अंततः अमेरिकी टीम द्वारा सुझाए गए नाम (रदरफोर्डियम) का उपयोग किया। इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (आईयूपीएसी) ने अस्थायी, व्यवस्थित तत्व नाम के रूप में उन्निलक्वाडियम (Unq) को स्वीकार किया, जो अंक 1, 0 एवं 4 के लिए लैटिन नामों से लिया गया है। 1994 में, आईयूपीएसी ने तत्वों 104 के लिए नामों का सेट सुझाया। 109 के माध्यम से, जिसमें डबनिअम (Db) तत्व 104 बन गया एवं रदरफोर्डियम तत्व 106 बन गया। इस सिफारिश की अमेरिकी वैज्ञानिकों ने कई कारणों से आलोचना की थी। सबसे पूर्व, उनके सुझावों को तोड़-मरोड़ कर प्रस्तुत किया गया: रदरफोर्डियम एवं हैनियम नाम, मूल रूप से 104 एवं 105 तत्वों के लिए बर्कले द्वारा सुझाए गए, रदरफोर्डियम एवं हैनियम नाम, क्रमशः 106 एवं 108 तत्वों के लिए पुन: असाइन किए गए थे। दूसरे, एलबीएल की पूर्व मान्यता के अतिरिक्त, दोनों 104 एवं 105 तत्वों के लिए समान सह-शोधकर्ता के रूप में जेआईएनआर द्वारा पसंद किए गए नाम दिए गए थे। तीसरा एवं सबसे महत्वपूर्ण, आईयूपीएसी ने तत्व 106 के लिए सीबोर्गियम नाम को अस्वीकार कर दिया, केवल इस नियम को स्वीकृति प्रदान की कि जीवित व्यक्ति के नाम पर तत्व का नाम नहीं रखा जा सकता, यद्यपि आईयूपीएसी ने इसकी शोध का एकमात्र श्रेय LBNL टीम को दिया था। 1997 में, आईयूपीएसी ने तत्व104 का नाम परिवर्तित करके 109 कर दिया एवं तत्व 104 को वर्तमान नाम रदरफोर्डियम दिया। डब्नियम नाम उसी समय तत्व 105 को दिया गया था।

समस्थानिक


रदरफोर्डियम का कोई स्थिर या स्वाभाविक रूप से होने वाला समस्थानिक नहीं है। कई रेडियोधर्मी समस्थानिकों को प्रयोगशाला में परमाणुओं को जोड़कर या भारी तत्वों के क्षय को देखकर संश्लेषित किया गया है। 253 से 270 (264 एवं 269 के अपवाद के साथ) परमाणु द्रव्यमान के साथ सोलह भिन्न-भिन्न समस्थानिकों की सूचना दी गई है। इनमें से अधिकांश का क्षय मुख्य रूप से सहज विखंडन मार्गों से होता है।।

स्थिरता एवं आधा जीवन
समस्थानिकों में से जिनकी अर्ध-आयु ज्ञात है, उनमें से हल्के समस्थानिकों की अर्द्ध-आयु सामान्यतः कम होती है; 253Rf एवं 254Rf के लिए 50 μs से कम का आधा जीवन देखे गए। 256Rf, 258Rf, 260Rf लगभग 10 ms पर अधिक स्थिर होते हैं, 255Rf, 257Rf, 259Rf, एवं 262Rf 1 से 5 सेकंड के मध्य रहते हैं, एवं 261Rf, 265Rf, एवं 263Rf क्रमशः लगभग 1.1, 1.5 एवं 10 मिनट पर अधिक स्थिर होते हैं। सबसे भारी समस्थानिक सबसे अधिक स्थिर होते हैं, 267Rf की मापी गई अर्ध आयु लगभग 48 मिनट है।

सबसे हल्के समस्थानिकों को दो हल्के नाभिकों एवं क्षय उत्पादों के मध्य प्रत्यक्ष संलयन द्वारा संश्लेषित किया गया था। प्रत्यक्ष संलयन द्वारा निर्मित सबसे भारी आइसोटोप 262Rf है; भारी समस्थानिकों को केवल बड़े परमाणु क्रमांक वाले तत्वों के क्षय उत्पादों के रूप में देखा गया है। भारी समस्थानिक 266Rf एवं 268Rf को भी डब्नियम समस्थानिकों 266Db एवं 268Db की इलेक्ट्रॉन कैप्चर डॉटर के रूप में रिपोर्ट किया गया है, परन्तु सहज विखंडन के लिए उनका आधा जीवन छोटा है। ऐसा लगता है कि 270Db का संभावित डॉटर, 270Rf के लिए भी यही सत्य है। ये तीन समस्थानिक अपुष्ट रहते हैं।

1999 में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के अमेरिकी वैज्ञानिकों ने घोषणा की कि वे 293Og के तीन परमाणुओं को संश्लेषित करने में सफल रहे हैं। यह बताया गया था कि इन जनक नाभिकों ने 265Rf नाभिक का निर्माण के लिए क्रमिक रूप से सात अल्फा कणों का निर्माण उत्सर्जन किया था, परन्तु उनका दावा 2001 में वापस ले लिया गया था। इस आइसोटोप का 2010 में 285Fl की क्षय श्रृंखला में अंतिम उत्पाद के रूप में अन्वेषण किया गया था।

अनुमानित गुण
रदरफोर्डियम या इसके यौगिकों के बहुत कम गुणों को मापा गया है; यह इसके अधिक सीमित एवं महंगे उत्पादन के कारण है एवं तथ्य यह है कि रदरफोर्डियम (एवं उसके जनक) का क्षय बहुत जल्दी होता है। कुछ विलक्षण रसायन-संबंधी गुणों को मापा गया है, परन्तु रदरफोर्डियम धातु के गुण अज्ञात हैं एवं केवल पूर्वानुमान उपलब्ध ही हैं।

रासायनिक
रदरफोर्डियम प्रथम ट्रांसएक्टिनाइड तत्व है एवं संक्रमण धातुओं की 6d श्रृंखला का दूसरा सदस्य है। इसकी आयनीकरण क्षमता, परमाणु त्रिज्या, रेडी, कक्षीय ऊर्जा, एवं इसके आयनित राज्यों के जमीनी स्तर पर गणना हेफ़नियम के समान है एवं सीसे से बहुत भिन्न है। इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला गया कि रदरफोर्डियम के मूल गुण टाइटेनियम, ज़िरकोनियम एवं हेफ़नियम के नीचे समूह 4 के अन्य तत्वों के समान होंगे। इसके कुछ गुण गैस-चरण प्रयोगों एवं जलीय रसायन द्वारा निर्धारित किए गए थे। ऑक्सीकरण अवस्था +4 पश्चात के दो तत्वों के लिए एकमात्र स्थिर अवस्था है एवं इसलिए रदरफोर्डियम को भी स्थिर +4 अवस्था प्रदर्शित करनी चाहिए। इसके अतिरिक्त, रदरफोर्डियम के कम स्थिर +3 अवस्था बनाने में सक्षम होने की भी उम्मीद है। Rf4+/Rयुगल की मानक कमी क्षमता -1.7 V से अधिक होने का अनुमान है।

रदरफोर्डियम के रासायनिक गुणों की प्रारंभिक भविष्यवाणियां उन गणनाओं पर आधारित थीं जिन्होंने संकेत दिया था कि इलेक्ट्रॉन शेल पर सापेक्ष प्रभाव इतना शक्तियुक्त हो सकता है कि p ऑर्बिटल्स में d ऑर्बिटल्स की अपेक्षा में कम ऊर्जा स्तर होगा, जो इसे 6d का रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉन कॉन्फ़िगरेशन देता है।1 7s2 7p1 या 7s2 भी 7p2, इसलिए तत्व हेफ़नियम की अपेक्षा में सीसे की तरह अधिक व्यवहार करता है। उच्च गणना विधियों एवं रदरफोर्डियम यौगिकों के रासायनिक गुणों के प्रायोगिक अध्ययन से यह प्रदर्शित किया जा सकता है कि ऐसा नहीं होता है एवं रदरफोर्डियम इसके अतिरिक्त समूह 4 के अन्य तत्वों के समान व्यवहार करता है। पश्चात में इसे उच्च स्तर की सटीकता के साथ प्रारंभिक गणनाओं में प्रदर्शित किया गया था  कि Rf परमाणु की मूल अवस्था 6d2 7s2  है संयोजी विन्यास एवं निम्न स्तर का उत्तेजित 6d1 7s2 7p1 केवल 0.3–0.5 eV की उत्तेजन ऊर्जा वाली स्थिति है।

जिरकोनियम एवं हेफ़नियम के अनुरूप, रदरफोर्डियम को स्थिर, दुर्दम्य ऑक्साइड, RfO2 बनाने के लिए प्रक्षेपित किया जाता है। यह हैलोजन से अभिक्रिया करके टेट्राहैलाइड, RfX4 बनाता है, जो ऑक्सीहैलाइड्स RfOX2 बनाने के लिए पानी के संपर्क में हाइड्रोलाइज़ होता है। टेट्राहैलाइड्स वाष्प चरण में मोनोमेरिक टेट्राहेड्रल अणुओं के रूप में सम्मिलित वाष्पशील ठोस होते हैं।

जलीय चरण में, Rf4+ आयन टाइटेनियम (IV) से कम एवं जिरकोनियम एवं हेफ़नियम के समान मात्रा में हाइड्रोलाइज़ करता है, इस प्रकार RfO2+ आयन में परिणामित होता है आयन। हलाइड आयनों के साथ हलाइड्स का उपचार जटिल आयनों के निर्माण को बढ़ावा देता है। क्लोराइड एवं ब्रोमाइड आयनों के उपयोग से हेक्साहैलाइड एवं  का निर्माण होता है। फ्लोराइड परिसरों के लिए, जिरकोनियम एवं हेफ़नियम हेप्टा एवं ऑक्टा कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। इस प्रकार, बड़े रदरफोर्डियम आयन के लिए, कॉम्प्लेक्स,  एवं  संभव हैं।

भौतिक एवं परमाणु
सामान्य परिस्थितियों में रदरफोर्डियम के ठोस होने की उम्मीद है एवं इसमें हेक्सागोनल क्लोज-पैक क्रिस्टल संरचना (c/a = 1.61) है, इसके लाइटर कोजेनर (रसायन विज्ञान) हेफ़नियम के समान है। यह ~17 g/cm घनत्व वाली धातु होनी चाहिए। रदरफोर्डियम की परमाणु त्रिज्या ~ 150 अपराह्न होने की उम्मीद है। 7s कक्षक के सापेक्ष स्थिरीकरण और 6d कक्षक के अस्थिर होने के कारण, Rf+ और Rf2+आयनों द्वारा 7s इलेक्ट्रॉनों के अतरिक्त 6d इलेक्ट्रॉन छोड़ने की भविष्यवाणी की गई है, जो इसके हल्के होमोलॉग के व्यवहार के विपरीत है। जब उच्च दबाव (विभिन्न रूप से 72 या ~50 GPa के रूप में गणना की जाती है) में, रदरफोर्डियम के शरीर-केंद्रित क्यूबिक क्रिस्टल संरचना में परिवर्तित होने की उम्मीद होती है; हेफ़नियम 71±1 GPa पर इस संरचना में परिवर्तित हो जाता है, परन्तु इसमें मध्यवर्ती ω संरचना होती है जिसे यह 38±8 GPa पर परिवर्तित करता है जिसमें रदरफोर्डियम की कमी होनी चाहिए।

गैस चरण
रदरफोर्डियम के रसायन विज्ञान के अध्ययन पर प्रारंभिक कार्य गैस थर्मोक्रोमैटोग्राफी एवं सापेक्ष जमाव तापमान सोखना वक्रों के माप पर केंद्रित था। तत्व की शोध की पुष्टि करने के प्रयास में डुबना में प्रारंभिक कार्य किया गया था। मूल रदरफोर्डियम रेडियोआइसोटोप की पहचान के संबंध में हालिया कार्य अधिक विश्वसनीय है। आइसोटोप 261mRf का उपयोग किया गया है, चूँकि लंबे समय तक रहने वाला आइसोटोप 267Rf (के क्षय श्रृंखला में उत्पादित 291Lv, 287Fl, एवं 283Cn) भविष्य के प्रयोगों के लिए लाभदायक हो सकता है। प्रयोग इस अपेक्षा पर निर्भर थे कि रदरफोर्डियम तत्वों की नई 6d श्रृंखला शुरू करेगा एवं इसलिए अणु की टेट्राहेड्रल प्रकृति के कारण वाष्पशील टेट्राक्लोराइड का निर्माण करेगा। रदरफोर्डियम (IV) क्लोराइड अपने हल्के होमोलॉग हेफ़नियम (IV) क्लोराइड (HfCl4) से अधिक वाष्पशील है) क्योंकि इसके बंधन अधिक सहसंयोजक बंधन हैं।

प्रयोगों की श्रृंखला ने पुष्टि की कि रदरफोर्डियम समूह 4 के विशिष्ट सदस्य के रूप में व्यवहार करता है, जिससे टेट्रावेलेंट क्लोराइड (RfCl4) एवं ब्रोमाइड (RfBr4) एवं साथ ही ऑक्सीक्लोराइड (RfOCl2) बनता है, के लिए कम अस्थिरता देखी गई। जब गैस के अतिरिक्तठोस चरण के रूप में पोटेशियम क्लोराइड प्रदान किया जाता है, तो अन्य-वाष्पशील  मिश्रित नमक के गठन का अत्यधिक संकेत मिलता है।

जलीय चरण
रदरफोर्डियम से इलेक्ट्रॉन विन्यास [Rn]5f14 6d2 7s2 होने की उम्मीद है एवं इसलिए आवर्त सारणी के समूह 4 में हेफ़नियम के भारी समरूपता के रूप में व्यवहार करता है। इसलिए इसे सरलता से हाइड्रेटेड Rf4+ बनाना चाहिए आयन सशक्त एसिड समाधान में एवं सरलता से हाइड्रोक्लोरिक एसिड, हाइड्रोब्रोमिक एसिड या हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल  समाधान में कॉम्प्लेक्स बनाते हैं।

रदरफोर्डियम का सबसे निर्णायक जलीय रसायन अध्ययन जापान परमाणु ऊर्जा अनुसंधान संस्थान में जापानी टीम द्वारा आइसोटोप 261mRf का उपयोग करके किया गया है। रदरफोर्डियम, हेफ़नियम, जिरकोनियम के समस्थानिकों के साथ-साथ स्यूडो-ग्रुप 4 तत्व थोरियम का उपयोग करके हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान से निष्कर्षण प्रयोगों ने रदरफोर्डियम के लिए अन्य-एक्टिनाइड व्यवहार प्रमाणित किया है। इसके हल्के होमोलॉग के साथ अपेक्षा में रदरफोर्डियम को समूह 4 में रखा गया एवं हेफ़नियम एवं जिरकोनियम के समान विधि से क्लोराइड समाधानों में हेक्साक्लोरोरुथरफ़ोर्डेट कॉम्प्लेक्स के गठन का संकेत दिया।
 * + 6 →

हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड समाधानों में बहुत समान परिणाम देखे गए। निष्कर्षण घटता में भिन्नता की व्याख्या फ्लोराइड आयन के लिए अशक्त, आत्मीयता एवं हेक्साफ्लोरोरुथेरफोर्डेट आयन के गठन के रूप में की गई थी, जबकि हेफ़नियम एवं ज़िरकोनियम आयन जटिल सात या आठ फ्लोराइड आयनों का उपयोग सांद्रता में करते हैं:


 * + 6 →

मिश्रित सल्फ्यूरिक एवं नाइट्रिक एसिड के घोल में किए गए प्रयोगों से ज्ञात होता है कि रदरफोर्डियम में हेफ़नियम की अपेक्षा में सल्फेट कॉम्प्लेक्स बनाने की दिशा में बहुत कमजोर संबंध है। यह परिणाम भविष्यवाणियों के अनुरूप है, जो उम्मीद करते हैं कि बॉन्डिंग में छोटे आयनिक योगदान के कारण रदरफोर्डियम कॉम्प्लेक्स जिरकोनियम एवं हेफ़नियम की अपेक्षा में कम स्थिर होंगे। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि रदरफोर्डियम में जिरकोनियम (71 pm) एवं हेफ़नियम (72 pm) की अपेक्षा में बड़ा आयनिक त्रिज्या (76 pm) होता है, एवं 7s कक्षीय के सापेक्षिक स्थिरीकरण एवं 6d कक्षकों के स्पिन-कक्षा विभाजन के कारण भी होता है। 2021 में किए गए सहअवक्षेपण प्रयोगों ने अपेक्षा के रूप में जिरकोनियम, हैफनियम एवं थोरियम का उपयोग करते हुए अमोनिया या सोडियम हाइड्रॉक्साइड युक्त मूल समाधान में रदरफोर्डियम के व्यवहार का अध्ययन किया। यह पाया गया कि रदरफोर्डियम अमोनिया के साथ दृढ़ता से समन्वय नहीं करता है एवं इसके अतिरिक्तहाइड्रॉक्साइड के रूप में अवक्षेपित हो जाता है, जो संभवतः Rf(OH)4 है।

बाहरी संबंध

 * RutheRfordium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
 * WebElements.com – RutheRfordium
 * WebElements.com – RutheRfordium