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Oganesón

El oganesón es un elemento químico sintético ; tiene el símbolo Og y el número atómico 118. Fue sintetizado por primera vez en 2002 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuc...

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El oganesón es un elemento químico sintético ; tiene el símbolo Og y el número atómico 118. Fue sintetizado por primera vez en 2002 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , cerca de Moscú , Rusia, por un equipo conjunto de científicos rusos y estadounidenses. En diciembre de 2015, fue reconocido como uno de los cuatro nuevos elementos por el Grupo de Trabajo Conjunto de los organismos científicos internacionales IUPAC e IUPAP . Fue nombrado formalmente el 28 de noviembre de 2016. [ 15 ] [ 16 ] El nombre honra al físico nuclear Yuri Oganessian , quien desempeñó un papel fundamental en el descubrimiento de los elementos más pesados ​​de la tabla periódica.

El oganesón tiene el número atómico más alto y la masa atómica más alta de todos los elementos conocidos . En la tabla periódica de los elementos es un elemento del bloque p , un miembro del grupo 18 y el último miembro del período 7. Su único isótopo conocido, el oganesón-294 , es altamente radiactivo , con una vida media de 0,7 ms . [ 17 ] Esta vida media es demasiado corta para estudios químicos. [ 18 ] Debido a los efectos relativistas , los estudios teóricos predicen que sería un sólido a temperatura ambiente y significativamente reactivo, [ 3 ] [ 17 ] a diferencia de los otros miembros del grupo 18 (los gases nobles ).

Introducción

Síntesis de núcleos superpesados

Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear.
Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno, emitiendo un neutrón . Las reacciones que han creado nuevos elementos hasta el momento han sido similares, aunque en su lugar se pueden emitir diferentes cantidades de neutrones —o partículas con carga alternativa—. [ 19 ]

Un núcleo atómico superpesado [ a ] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [ b ] en uno solo; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que reaccionen. [ 25 ] El material hecho de los núcleos más pesados ​​se convierte en un blanco, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si están lo suficientemente cerca el uno del otro; normalmente, los núcleos (todos con carga positiva) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero solo dentro de una distancia muy corta de un núcleo; por lo tanto, los núcleos del haz se aceleran enormemente para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [ 26 ] La energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades tan altas como una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desintegrarse. [ 26 ]

El simple hecho de acercarse lo suficiente no basta para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se aproximan, suelen permanecer juntos durante unos 10-20 segundos  y luego se separan (no necesariamente con la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. [ 26 ] [ 27 ] Esto sucede porque, durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [ 26 ] Cada par de un blanco y un haz se caracteriza por su sección transversal : la probabilidad de que se produzca la fusión si dos núcleos se aproximan, expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe alcanzar para que se produzca la fusión. [ c ] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden atravesar la repulsión electrostática mediante el efecto túnel. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca más allá de esa fase, las interacciones nucleares múltiples dan lugar a una redistribución de la energía y a un equilibrio energético. [ 26 ]

La fusión resultante es un estado excitado [ 30 ] —denominado núcleo compuesto— y, por lo tanto, es muy inestable. [ 26 ] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [ 31 ] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , que se llevarían la energía de excitación; si esta última no es suficiente para la expulsión de un neutrón, la fusión produciría un rayo gamma . Esto ocurre en aproximadamente 10⁻¹⁶ segundos  después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [ 31 ] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la IUPAC/IUPAP establece que un elemento químico solo puede ser reconocido como descubierto si un núcleo del mismo no se ha desintegrado en 10⁻¹⁴ segundos . Este valor se eligió como una estimación del tiempo que tarda un núcleo en adquirir electrones y, por lo tanto, mostrar sus propiedades químicas. [ 32 ] [ d ]

Desintegración y detección

El haz pasa a través del blanco y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, este es transportado con el haz. [ 34 ] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [ e ] y se transfiere a un detector de barrera superficial , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también se marcan su energía y el tiempo de llegada. [ 34 ] La transferencia tarda aproximadamente 10 −6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [ 37 ] El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [ 34 ]

La estabilidad de un núcleo está proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es muy corto; a medida que los núcleos se hacen más grandes, su influencia sobre los nucleones más externos ( protones y neutrones) se debilita. Al mismo tiempo, el núcleo se desgarra por la repulsión electrostática entre protones, y su alcance no está limitado. [ 38 ] La energía de enlace total proporcionada por la interacción fuerte aumenta linealmente con el número de nucleones, mientras que la repulsión electrostática aumenta con el cuadrado del número atómico, es decir, esta última crece más rápido y se vuelve cada vez más importante para los núcleos pesados ​​y superpesados. [ 39 ] [ 40 ] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados ​​[ 41 ] y se han observado hasta ahora [ 42 ] se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración que son causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [ f ] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210  nucleones, [ 44 ] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [ 45 ] En ambos modos de desintegración, los núcleos se ven inhibidos de desintegrarse por barreras de energía correspondientes para cada modo, pero pueden atravesarlas por efecto túnel. [ 39 ] [ 40 ]

Aparato para la creación de elementos superpesados
Esquema de un aparato para la creación de elementos superpesados, basado en el separador de retroceso lleno de gas de Dubna instalado en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares del JINR. La trayectoria dentro del detector y el aparato de enfoque del haz cambia debido a un imán dipolar en el primero y a imanes cuadrupolares en el segundo. [ 46 ]

Las partículas alfa se producen comúnmente en desintegraciones radiactivas porque la masa de una partícula alfa por nucleón es lo suficientemente pequeña como para dejar algo de energía para que la partícula alfa se utilice como energía cinética para salir del núcleo. [ 47 ] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes instancias de fisión de núcleos idénticos. [ 40 ] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea se vuelve rápidamente más importante: las vidas medias parciales de fisión espontánea disminuyen en 23  órdenes de magnitud desde el uranio (elemento  92) hasta el nobelio (elemento  102), [ 48 ] y en 30  órdenes de magnitud desde el torio (elemento  90) hasta el fermio (elemento  100). [ 49 ] El modelo anterior de gota líquida sugirió entonces que la fisión espontánea ocurriría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para núcleos con aproximadamente 280  nucleones. [ 40 ] [ 50 ] El modelo de capas nucleares posterior sugirió que los núcleos con aproximadamente 300  nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serían más resistentes a la fisión espontánea y sufrirían principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [ 40 ] [ 50 ] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla predicha podría estar más lejos de lo previsto originalmente; también mostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha están deformados y ganan estabilidad adicional debido a los efectos de capa. [ 51 ] Experimentos en núcleos superpesados ​​más ligeros, [ 52 ] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [ 48 ] han mostrado una estabilidad mayor de la previamente anticipada contra la fisión espontánea, lo que demuestra la importancia de los efectos de capa en los núcleos. [ g ]

Las desintegraciones alfa se registran mediante las partículas alfa emitidas, y los productos de desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; si dicha desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción puede determinarse fácilmente. [ h ] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estaban realmente relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que debe estar en el mismo lugar). [ 34 ] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración que experimenta, como la energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [ i ] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [ j ]

La información disponible para los físicos que buscan sintetizar un elemento superpesado es, por lo tanto, la información recopilada en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, y los de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y buscan concluir que, efectivamente, fue causado por un nuevo elemento y que no pudo haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para concluir que definitivamente se creó un nuevo elemento y que no existe otra explicación para los efectos observados; se han cometido errores en la interpretación de los datos. [ k ]

Historia

Primeras especulaciones

La posibilidad de un séptimo gas noble , después del helio , neón , argón , criptón , xenón y radón , se consideró casi inmediatamente después del descubrimiento del grupo de los gases nobles. El químico danés Hans Peter Jørgen Julius Thomsen predijo en abril de 1895, un año después del descubrimiento del argón, que existía toda una serie de gases químicamente inertes similares al argón que servirían de puente entre los grupos de los halógenos y los metales alcalinos : esperaba que el séptimo de esta serie pusiera fin a un período de 32 elementos que contenía torio y uranio y que tuviera un peso atómico de 292, cercano al 294 que se conoce actualmente para el primer y único isótopo confirmado del oganesón. [ 63 ] El físico danés Niels Bohr señaló en 1922 que este séptimo gas noble debería tener el número atómico 118 y predijo su estructura electrónica como 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, coincidiendo con las predicciones modernas. [ 64 ] Posteriormente, el químico alemán Aristid von Grosse escribió un artículo en 1965 prediciendo las probables propiedades del elemento 118. [ 11 ] Pasaron 107 años desde la predicción de Thomsen hasta que el oganesón fue sintetizado con éxito, aunque sus propiedades químicas no han sido investigadas para determinar si se comporta como el congénere más pesado del radón. [ 65 ] En un artículo de 1975, el químico estadounidense Kenneth Pitzer sugirió que el elemento 118 debería ser un gas o un líquido volátil debido a efectos relativistas . [ 66 ]

Afirmaciones de descubrimiento no confirmadas

A finales de 1998, el físico polaco Robert Smolańczuk publicó cálculos sobre la fusión de núcleos atómicos para la síntesis de átomos superpesados , incluido el oganesón. [ 67 ] Sus cálculos sugirieron que podría ser posible obtener el elemento 118 fusionando plomo con criptón en condiciones cuidadosamente controladas, y que la probabilidad de fusión ( sección transversal ) de esa reacción sería cercana a la de la reacción plomo- cromo que había producido el elemento 106, el seaborgio . Esto contradecía las predicciones de que las secciones transversales para reacciones con blancos de plomo o bismuto disminuirían exponencialmente a medida que aumentara el número atómico de los elementos resultantes. [ 67 ]

En 1999, investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley utilizaron estas predicciones y anunciaron el descubrimiento de los elementos 118 y 116 en un artículo publicado en Physical Review Letters , [ 68 ] y muy poco después los resultados se publicaron en Science . [ 69 ] Los investigadores informaron que habían realizado la reacción

208 82 Pb+ 86 36 Kr→ 293 118 Og+n.

En 2001, publicaron una retractación después de que investigadores de otros laboratorios no pudieran replicar los resultados y el laboratorio de Berkeley tampoco pudiera replicarlos. [ 70 ] En junio de 2002, el director del laboratorio anunció que la afirmación original del descubrimiento de estos dos elementos se había basado en datos fabricados por el autor principal Victor Ninov . [ 71 ] [ 72 ] Resultados experimentales y predicciones teóricas más recientes han confirmado la disminución exponencial de las secciones transversales con blancos de plomo y bismuto a medida que aumenta el número atómico del nucleido resultante. [ 73 ]

Informes de descubrimiento

Diagrama esquemático de la desintegración alfa del oganesón-294, con una vida media de 0,89 ms y una energía de desintegración de 11,65 MeV. El livermorio-290 resultante se desintegra por desintegración alfa, con una vida media de 10,0 ms y una energía de desintegración de 10,80 MeV, en flerovio-286. El flerovio-286 tiene una vida media de 0,16 s y una energía de desintegración de 10,16 MeV, y sufre desintegración alfa en copernicio-282 con una tasa de fisión espontánea de 0,7. El copernicio-282 tiene una vida media de solo 1,9 ms y una tasa de fisión espontánea de 1,0.
Vía de desintegración radiactiva del isótopo oganesón-294. [ 13 ] Se indican la energía de desintegración y la vida media promedio para el isótopo padre y cada isótopo hijo . La fracción de átomos que experimentan fisión espontánea (FE) se muestra en verde.

La primera desintegración genuina de átomos de oganesón se observó en 2002 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Rusia, por un equipo conjunto de científicos rusos y estadounidenses. Dirigido por Yuri Oganessian , un físico nuclear ruso de etnia armenia, el equipo incluyó científicos estadounidenses del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. [ 74 ] El descubrimiento no se anunció de inmediato, porque la energía de desintegración de 294 Og coincidía con la de 212m Po , una impureza común producida en reacciones de fusión destinadas a producir elementos superpesados, y por lo tanto el anuncio se retrasó hasta después de un experimento confirmatorio de 2005 destinado a producir más átomos de oganesón. [ 75 ] El experimento de 2005 utilizó una energía de haz diferente (251  MeV en lugar de 245  MeV) y espesor del blanco (0,34  mg/cm 2 en lugar de 0,23  mg/cm 2 ). [ 13 ] El 9 de octubre de 2006, los investigadores anunciaron [ 13 ] que habían detectado indirectamente un total de tres (posiblemente cuatro) núcleos de oganesón-294 (uno o dos en 2002 [ 76 ] y dos más en 2005) producidos mediante colisiones de átomos de californio -249 e iones de calcio-48 . [ 77 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]

249 98 Cf+ 48 20 Ca→ 294 118 Og+ 3norte.

En 2011, la IUPAC evaluó los resultados de 2006 de la colaboración Dubna-Livermore y concluyó: "Los tres eventos reportados para el isótopo Z = 118 tienen una muy buena redundancia interna, pero al no tener un anclaje a núcleos conocidos, no satisfacen los criterios de descubrimiento". [ 82 ]

Debido a la muy pequeña probabilidad de reacción de fusión (la sección transversal de fusión es de ~ 0,3–0,6 pb  o(3–6) × 10 −41  m 2 ) el experimento duró cuatro meses e implicó una dosis de haz de2,5 × 10¹⁹ iones de calcio que tuvieron que ser disparados al objetivo de californio para producir el primer evento registrado que se cree que fue la síntesis de oganesón. [ 83 ] Sin embargo, los investigadores estaban muy seguros de que los resultados no eran un falso positivo , ya que la probabilidad de que las detecciones fueran eventos aleatorios se estimó en menos de una parte en100 000 . [ 84 ]

En los experimentos, se observó la desintegración alfa de tres átomos de oganesón. También se propuso una cuarta desintegración por fisión espontánea directa. Se calculó una vida media de 0,89 ms: 294 Og se desintegra en 290Lv por desintegración alfa . Dado que solo había tres núcleos, la vida media derivada de las vidas medias observadas tiene una gran incertidumbre:0,89 +1,07 −0,31  ms . [ 13 ]

294 118 Og→ 290 116 Nivel+ 4 2 Él

La identificación de los 294Los núcleos Og se verificaron mediante la creación por separado del presunto núcleo hijo 290.Lv directamente mediante un bombardeo de 245Cm con 48iones de Ca ,

245 96 Cm+ 48 20 Ca→ 290 116 Lv+ 3norte,

y comprobando que el 290La desintegración de Lv coincidió con la cadena de desintegración del 294.Núcleos Og . [ 13 ] El núcleo hijo 290Lv es muy inestable, decayendo con una vida útil de 14 milisegundos en 286.Fl , que puede experimentar fisión espontánea o desintegración alfa en 282Cn , que sufrirá fisión espontánea. [ 13 ]

Confirmación

En diciembre de 2015, el Grupo de Trabajo Conjunto de los organismos científicos internacionales Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) reconoció el descubrimiento del elemento y asignó la prioridad del descubrimiento a la colaboración Dubna-Livermore. [ 85 ] Esto se debió a dos confirmaciones en 2009 y 2010 de las propiedades de la nieta de 294 Og, 286 Fl, en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , así como a la observación de otra cadena de desintegración consistente de 294 Og por el grupo Dubna en 2012. El objetivo de ese experimento había sido la síntesis de 294 Ts a través de la reacción 249 Bk( 48 Ca,3n ), pero la corta vida media de 249 Bk resultó en que una cantidad significativa del objetivo se desintegrara a 249 Cf, lo que resultó en la síntesis de oganesón en lugar de tenesino . [ 86 ]

Del 1 de octubre de 2015 al 6 de abril de 2016, el equipo de Dubna realizó un experimento similar con 48 proyectiles de Ca dirigidos a un blanco de californio de isótopos mixtos que contenía 249Cf , 250Cf y 251Cf , con el objetivo de producir los isótopos de oganesón más pesados ​​295Og y 296Og . Se utilizaron dos energías de haz: 252  MeV y 258  MeV. Solo se detectó un átomo con la energía de haz más baja, cuya cadena de desintegración coincidía con la previamente conocida del 294Og (que finaliza con la fisión espontánea del 286Fl ), y no se detectó ninguno con la energía de haz más alta. El experimento se interrumpió entonces, ya que el adhesivo de los marcos del sector cubrió el blanco e impidió que los residuos de evaporación llegaran a los detectores. [ 87 ] La producción de 293 Og y su hijo 289 Lv, así como el isótopo aún más pesado 297 Og, también es posible utilizando esta reacción. Los isótopos 295 Og y 296 Og también pueden producirse en la fusión de 248 Cm con proyectiles de 50 Ti. [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] Estos isótopos más pesados ​​y probablemente más estables pueden ser útiles para investigar la química del oganesón. [ 90 ] [ 91 ] Una búsqueda en 2017 en RIKEN utilizando esta reacción no tuvo éxito. [ 92 ]

Nomenclatura

El elemento 118 recibió el nombre de oganesón (Og) en honor a Yuri Oganessian , pionero en el descubrimiento de elementos sintéticos . Oganessian y la cadena de desintegración del oganesón-294 aparecieron representados en un sello postal de Armenia emitido el 28 de diciembre de 2017.

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no nombrados y no descubiertos , el oganesón a veces se conoce como eka-radón (hasta la década de 1960 como eka-emanación , siendo emanación el antiguo nombre del radón ). [ 11 ] En 1979, la IUPAC asignó el nombre sistemático provisional ununoctio al elemento no descubierto, con el símbolo correspondiente Uuo , [ 93 ] y recomendó que se utilizara hasta después del descubrimiento confirmado del elemento. [ 94 ] Aunque ampliamente utilizado en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones fueron ignoradas en su mayoría por los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 118", con el símbolo E118 , (118) , o simplemente 118 . [ 4 ]

Antes de la retractación en 2001, los investigadores de Berkeley tenían la intención de nombrar al elemento ghiorsium ( Gh ), en honor a Albert Ghiorso (un miembro destacado del equipo de investigación). [ 95 ]

Los descubridores rusos informaron su síntesis en 2006. Según las recomendaciones de la IUPAC, los descubridores de un nuevo elemento tienen derecho a sugerir un nombre. [ 96 ] En 2007, el director del instituto ruso declaró que el equipo estaba considerando dos nombres para el nuevo elemento: flyorium , en honor a Georgy Flyorov , fundador del laboratorio de investigación en Dubna; y moskovium , en reconocimiento al óblast de Moscú donde se encuentra Dubna. [ 97 ] También declaró que, aunque el elemento fue descubierto como una colaboración estadounidense, que proporcionó el objetivo de californio, el elemento debería ser nombrado en honor a Rusia ya que el Laboratorio Flyorov de Reacciones Nucleares en JINR era la única instalación en el mundo que podía lograr este resultado. [ 98 ] Estos nombres fueron sugeridos posteriormente para el elemento 114 (flerovio) y el elemento 116 (moscovio). [ 99 ] Flerovio se convirtió en el nombre del elemento 114; El nombre final propuesto para el elemento 116 fue livermorium , [ 100 ] y posteriormente se propuso y aceptó moscovium para el elemento 115. [ 101 ]

Tradicionalmente, los nombres de todos los gases nobles terminan en "-ón", con la excepción del helio , que no se sabía que fuera un gas noble cuando se descubrió. Sin embargo, las directrices de la IUPAC vigentes en el momento de la aprobación del descubrimiento exigían que todos los elementos nuevos se nombraran con la terminación "-io", incluso si resultaban ser halógenos (que tradicionalmente terminan en "-ina") o gases nobles (que tradicionalmente terminan en "-ón"). [ 102 ] Si bien el nombre provisional ununoctio siguió esta convención, una nueva recomendación de la IUPAC publicada en 2016 recomendó usar la terminación "-ón" para los nuevos elementos del grupo 18 , independientemente de si resultan tener las propiedades químicas de un gas noble. [ 103 ]

Los científicos involucrados en el descubrimiento del elemento 118, así como en los de los elementos 117 y 115 , celebraron una teleconferencia el 23 de marzo de 2016 para decidir sus nombres. El elemento 118 fue el último en ser nombrado; después de que se le pidiera a Oganessian que abandonara la llamada, los científicos restantes decidieron unánimemente que el elemento llevara el nombre de "oganesón" en su honor. Oganessian fue un pionero en la investigación de elementos superpesados ​​durante sesenta años, desde los inicios del campo: su equipo y sus técnicas propuestas condujeron directamente a la síntesis de los elementos del 107 al 118. Mark Stoyer, químico nuclear del LLNL, recordó más tarde: "Teníamos la intención de proponer ese nombre desde Livermore, y surgieron propuestas simultáneas desde varios lugares. No sé si podemos afirmar que fuimos nosotros quienes propusimos el nombre, pero era nuestra intención". [ 104 ]

En discusiones internas, la IUPAC preguntó al JINR si querían que el elemento se escribiera "oganeson" para que coincidiera más con la ortografía rusa. Oganessian y el JINR rechazaron esta oferta, citando la práctica de la era soviética de transliterar nombres al alfabeto latino según las reglas del idioma francés ("Oganessian" es una transliteración de este tipo) y argumentando que "oganesson" sería más fácil de vincular con la persona. [ 105 ] [ l ] En junio de 2016, la IUPAC anunció que los descubridores planeaban darle al elemento el nombre de oganesson (símbolo: Og ). El nombre se hizo oficial el 28 de noviembre de 2016. [ 101 ] En 2017, Oganessian comentó sobre la denominación: [ 106 ]

Para mí, es un honor. El descubrimiento del elemento 118 fue realizado por científicos del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Rusia y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en Estados Unidos, y fueron mis colegas quienes propusieron el nombre de oganesón. Mis hijos y nietos llevan décadas viviendo en Estados Unidos, pero mi hija me escribió para decirme que no pudo dormir la noche que lo escuchó porque no paró de llorar. [ 106 ]

— Yuri Oganessian

La ceremonia de nombramiento del moscovio, el tenesino y el oganesón se celebró el 2 de marzo de 2017 en la Academia Rusa de Ciencias en Moscú. [ 107 ]

En una entrevista de 2019, cuando se le preguntó qué se sentía al ver su nombre en la tabla periódica junto a Einstein , Mendeleev , los Curie y Rutherford , Oganessian respondió: [ 105 ]

¡Para nada! Verás, no es algo común. En ciencia, es costumbre nombrar algo nuevo en honor a su descubridor. El problema es que hay pocos elementos y esto ocurre rara vez. Pero fíjate en cuántas ecuaciones y teoremas matemáticos llevan el nombre de alguien. ¿Y en medicina? Alzheimer , Parkinson . No tiene nada de especial.

Características

Aparte de sus propiedades nucleares, no se han medido otras propiedades del oganesón ni de sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [ 108 ] y al hecho de que se desintegra muy rápidamente. Por lo tanto, solo se dispone de predicciones.

Estabilidad nuclear e isótopos

Oganesson (fila 118) se encuentra ligeramente por encima de la " isla de estabilidad " (elipse blanca) y, por lo tanto, sus núcleos son ligeramente más estables de lo que se predice.

La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, cuyo isótopo más estable, 247 Cm , tiene una vida media cuatro órdenes de magnitud mayor que la de cualquier elemento subsiguiente. Todos los nucleidos con un número atómico superior a 101 experimentan desintegración radiactiva con vidas medias inferiores a 30 horas. Ningún elemento con números atómicos superiores a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. [ 109 ] Esto se debe a la repulsión de Coulomb cada vez mayor de los protones, de modo que la fuerza nuclear fuerte no puede mantener el núcleo unido contra la fisión espontánea durante mucho tiempo. Los cálculos sugieren que, en ausencia de otros factores estabilizadores, no deberían existir elementos con más de 104 protones . [ 110 ] Sin embargo, los investigadores de la década de 1960 sugirieron que las capas nucleares cerradas alrededor de 114 protones y 184 neutrones deberían contrarrestar esta inestabilidad, creando una isla de estabilidad en la que los nucleidos podrían tener vidas medias de miles o millones de años. Si bien los científicos aún no han alcanzado la isla, la mera existencia de los elementos superpesados ​​(incluido el oganesón) confirma que este efecto estabilizador es real, y en general, los nucleidos superpesados ​​conocidos se vuelven exponencialmente más largos a medida que se acercan a la ubicación predicha de la isla. [ 111 ] [ 112 ] El oganesón es radiactivo , desintegrándose por desintegración alfa y fisión espontánea, [ 113 ] [ 114 ] con una vida media que parece ser menor a un milisegundo . No obstante, esto sigue siendo mayor que algunos valores predichos. [ 115 ] [ 116 ]

Los cálculos que utilizan un modelo de tunelización cuántica predicen la existencia de varios isótopos más pesados ​​de oganesón con vidas medias de desintegración alfa cercanas a 1  ms. [ 117 ] [ 118 ]

Los cálculos teóricos realizados sobre las vías sintéticas y la vida media de otros isótopos han demostrado que algunos podrían ser ligeramente más estables que el isótopo sintetizado 294 Og, muy probablemente 293 Og, 295 Og, 296 Og, 297 Og, 298 Og , 300 Og y 302 Og (este último alcanzando el cierre de capa N = 184). [ 115 ] [ 119 ] De estos, 297 Og podría ofrecer las mejores posibilidades de obtener núcleos de vida más larga, [ 115 ] [ 119 ] y por lo tanto podría convertirse en el foco de futuros trabajos con este elemento. Algunos isótopos con muchos más neutrones, como algunos ubicados alrededor de 313 Og, también podrían proporcionar núcleos de vida más larga. [ 120 ] Los isótopos de 291 Og a 295 Og podrían producirse como hijos de los isótopos del elemento 120 que se pueden alcanzar en las reacciones 249–251 Cf+ 50 Ti, 245 Cm+ 48 Ca y 248 Cm+ 48 Ca. [ 121 ]  

En un modelo de tunelización cuántica , la vida media de desintegración alfa de 294Se predijo que Og sería0,66 +0,23 −0,18  ms [ 115 ] con el valor Q experimental publicado en 2004. [ 122 ] El cálculo con valores Q teóricos del modelo macroscópico-microscópico de Muntian–Hofman–Patyk–Sobiczewski da resultados algo inferiores pero comparables. [ 123 ]

Propiedades atómicas y físicas calculadas

El oganesón pertenece al grupo 18 , los elementos de valencia cero . Los miembros de este grupo suelen ser inertes a la mayoría de las reacciones químicas comunes (por ejemplo, la combustión) porque su capa de valencia externa está completamente llena con ocho electrones . Esto produce una configuración estable de mínima energía en la que los electrones externos están fuertemente ligados. [ 124 ] Se cree que, de manera similar, el oganesón tiene una capa de valencia externa cerrada en la que sus electrones de valencia están dispuestos en una configuración 7s² 7p⁶ . [ 3 ]

En consecuencia, algunos esperan que el oganesón tenga propiedades físicas y químicas similares a otros miembros de su grupo, asemejándose más al gas noble que está por encima de él en la tabla periódica, el radón . [ 125 ] Siguiendo la tendencia periódica , se esperaría que el oganesón fuera ligeramente más reactivo que el radón. Sin embargo, los cálculos teóricos han demostrado que podría ser significativamente más reactivo. [ 7 ] Además de ser mucho más reactivo que el radón, el oganesón puede ser incluso más reactivo que los elementos flerovio y copernicio , que son homólogos más pesados ​​de los elementos más químicamente activos plomo y mercurio , respectivamente. [ 3 ] La razón del posible aumento de la actividad química del oganesón en relación con el radón es una desestabilización energética y una expansión radial de la última subcapa 7p ocupada . [ 3 ] Más precisamente, las considerables interacciones espín-órbita entre los electrones 7p y los electrones 7s inertes conducen efectivamente a un cierre de la segunda capa de valencia en el flerovio y a una disminución significativa en la estabilización de la capa cerrada del oganesón. [ 3 ] También se ha calculado que el oganesón, a diferencia de los otros gases nobles, enlaza un electrón con liberación de energía, o en otras palabras, exhibe afinidad electrónica positiva , [ 126 ] [ 127 ] debido al nivel de energía 8s estabilizado relativísticamente y al nivel 7p 3/2 desestabilizado , [ 128 ] mientras que se predice que el copernicio y el flerovio no tienen afinidad electrónica. [ 129 ] [ 130 ] Sin embargo, se ha demostrado que las correcciones electrodinámicas cuánticas son bastante significativas para reducir esta afinidad al disminuir la unión en el anión Og − en un 9%, lo que confirma la importancia de estas correcciones en elementos superpesados . [ 126 ] Los cálculos de 2022 esperan que la afinidad electrónica del oganesón sea de 0,080(6)  eV. [ 8 ]

Las simulaciones de Monte Carlo de la dinámica molecular del oganesón predicen que tiene un punto de fusión de325 ± 15  K y un punto de ebullición de450 ± 10  K debido a efectos relativistas (si se ignoran estos efectos, el oganesón se fundiría a ≈220  K ). Por lo tanto, el oganesón probablemente sería un sólido en lugar de un gas en condiciones estándar , aunque aún con un punto de fusión bastante bajo. [ 5 ] [ 17 ]

Se espera que el oganesón tenga una polarizabilidad extremadamente amplia , casi el doble que la del radón. [ 3 ] Debido a su tremenda polarizabilidad, se espera que el oganesón tenga una primera energía de ionización anómalamente baja de aproximadamente 860  kJ/mol, similar a la del cadmio y menor que las del iridio , platino y oro . Esto es significativamente menor que los valores predichos para el darmstadtio , roentgenio y copernicio, aunque es mayor que el predicho para el flerovio. [ 131 ] Su segunda energía de ionización debería ser de alrededor de 1560  kJ/mol. [ 8 ] Incluso la estructura de capas en el núcleo y la nube electrónica del oganesón se ve fuertemente afectada por efectos relativistas: se espera que las subcapas electrónicas de valencia y del núcleo en el oganesón estén "difuminadas" en un gas de Fermi homogéneo de electrones, a diferencia de las del radón y el xenón "menos relativistas" (aunque hay cierta deslocalización incipiente en el radón), debido a la división espín-órbita muy fuerte del orbital 7p en el oganesón. [ 132 ] Un efecto similar para los nucleones, particularmente los neutrones, es incipiente en el núcleo de capa de neutrones cerrada 302 Og y es fuertemente efectivo en el hipotético núcleo superpesado de capa cerrada 472 164 , con 164 protones y 308 neutrones. [ 132 ] Los estudios también han predicho que, debido al aumento de las fuerzas electrostáticas, el oganesón puede tener una estructura de semiburbuja en la densidad de protones, con pocos protones en el centro de su núcleo. [ 133 ] [ 134 ] Además, los efectos de espín-órbita pueden hacer que el oganesón a granel sea un semiconductor , con una brecha de banda deSe predice 1,5 ± 0,6  eV. Todos los gases nobles más ligeros son aislantes : por ejemplo, se espera que la banda prohibida del radón a granel sea7,1 ± 0,5  eV. [ 135 ]

Compuestos predichos

Modelo esquelético de una molécula plana con un átomo central unido simétricamente a cuatro átomos periféricos (de flúor).
XeFEl compuesto 4 tiene una geometría molecular plano-cuadrada.
Modelo esquelético de una molécula tetraédrica con un átomo central (oganesón) unido simétricamente a cuatro átomos periféricos (de flúor).
OgFSe predice que el compuesto 4 tendrá una geometría molecular tetraédrica.

El único isótopo confirmado del oganesón, el 294Og , tiene una vida media demasiado corta para ser investigado químicamente de forma experimental. Por lo tanto, aún no se han sintetizado compuestos de oganesón. [ 75 ] Sin embargo, se han realizado cálculos sobre compuestos teóricos desde 1964. [ 11 ] Se espera que si la energía de ionización del elemento es suficientemente alta, será difícil de oxidar y, por lo tanto, el estado de oxidación más común sería 0 (como en el caso de los gases nobles); [ 136 ] sin embargo, este no parece ser el caso. [ 65 ]

Cálculos sobre la molécula diatómica Og2 mostró unade enlaceaproximadamente equivalente a la calculada paraHg2 , y unaenergía de disociaciónde 6 kJ/mol, aproximadamente 4 veces mayor que la delRn2. [ 3 ] Lo más sorprendente es que se calculó que tenía unalongitud de enlacemáscorta que enRn.2 por 0,16 Å, lo que sería indicativo de una interacción de enlace significativa. [ 3 ] Por otro lado, el compuesto OgH+exhibe una energía de disociación (es decir,afinidad protónicadel oganesón) que es menor que la de RnH+. [ 3 ]

Se predice que el enlace entre el oganesón y el hidrógeno en OgH es muy débil y puede considerarse una interacción pura de van der Waals en lugar de un verdadero enlace químico . [ 6 ] Por otro lado, con elementos altamente electronegativos, el oganesón parece formar compuestos más estables que, por ejemplo, el copernicio o el flerovio . [ 6 ] Se ha predicho que los estados de oxidación estables +2 y +4 existen en los fluoruros OgF2 yOgF4. [ 137 ] El estado +6 sería menos estable debido a la fuerte unión de la subcapa 7p1/2. [ 65 ] Esto es resultado de las mismas interacciones espín-órbita que hacen queel oganesón sea inusualmente reactivo. Por ejemplo, se demostró que la reacción del oganesón conF2 para formar el compuestoOgF2 liberaría una energía de 106 kcal/mol, de la cual aproximadamente 46 kcal/mol provienen de estas interacciones. [ 6 ] Para comparar, la interacción espín-órbita para la molécula similarRnF2 es aproximadamente 10 kcal/mol de una energía de formación de 49 kcal/mol. [ 6 ] La misma interacción estabiliza laconfiguracióntetraédrica TdparaOgF4 , a diferencia delplano cuadradoD4hdeXeF4 , queRnFTambién se espera que 4 tenga; [ 137 ] esto se debe a que se espera que OgF4tenga dospares de electrones inertes(7s y 7p1/2). Como tal, se espera que OgF6no esté unido, continuando una tendencia esperada en la desestabilización del estado de oxidación +6 (de igual manera se espera que RnF6sea mucho menos estable queXeF6). [ 138 ] [ 139 ] El enlace Og–F será muy probablementeiónicoen lugar decovalente, lo que hace que los fluoruros de oganesón no sean volátiles. [ 7 ] [ 140 ] Se predice que OgF2es parcialmenteiónicoelectropositividaddel oganesón. [ 141 ] Se predice que el oganesón es suficientemente electropositivo [ 141 ] para formar un enlace Og–Cl concloro. [ 7 ]

Se ha predicho que un compuesto de oganesón y tenesina , OgTs 4 , es potencialmente estable químicamente. [ 142 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ En física nuclear , un elemento se llama pesado si su número atómico es alto; el plomo (elemento 82) es un ejemplo de un elemento pesado. El término "elementos superpesados" generalmente se refiere a elementos con número atómico mayor que 103 (aunque hay otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [ 20 ] o 112 ; [ 21 ] a veces, el término se presenta como un equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de la hipotética serie de superactínidos ). [ 22 ] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de alta masa (para el elemento dado) y núcleos de alta masa, respectivamente.
  2. ↑ En 2009, un equipo del JINR liderado por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hassio en una reacción simétrica 136 Xe + 136 Xe. No lograron observar un solo átomo en dicha reacción, estableciendo el límite superior de la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, en 2,5 pb . [ 23 ] En comparación, la reacción que condujo al descubrimiento del hassio, 208 Pb + 58 Fe, tuvo una sección transversal de ~20pb (más específicamente, 19 +19 -11 pb), según la estimación de los descubridores. [ 24 ]    
  3. ↑ La cantidad de energía aplicada a la partícula del haz para acelerarla también puede influir en el valor de la sección transversal. Por ejemplo, en la reacción 28 14 Si + 1 0 n → 28 13 Al + 1 1 p , la sección transversal cambia suavemente de 370 mb a 12,3 MeV a 160 mb a 18,3 MeV, con un pico amplio a 13,5 MeV con un valor máximo de 380 mb. [ 28 ]
  4. ↑ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [ 33 ]
  5. ↑ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes se mueven más lentamente al pasar por el blanco que los núcleos del haz que no reaccionaron. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se cancelan para una velocidad específica de la partícula. [ 35 ] Dicha separación también puede complementarse con una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de ambas puede permitir estimar la masa de un núcleo. [ 36 ]
  6. ↑ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [ 43 ]
  7. ↑ Ya en la década de 1960 se sabía que los estados fundamentales de los núcleos diferían en energía y forma, así como que ciertos números mágicos de nucleones correspondían a una mayor estabilidad del núcleo. Sin embargo, se asumía que los núcleos superpesados ​​carecían de estructura nuclear, ya que estaban demasiado deformados para formarla. [ 48 ]
  8. ↑ Dado que la masa de un núcleo no se mide directamente, sino que se calcula a partir de la de otro núcleo, dicha medición se denomina indirecta. Las mediciones directas también son posibles, pero en su mayor parte no han estado disponibles para los núcleos superpesados. [ 53 ] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [ 54 ] La masa se determinó a partir de la ubicación de un núcleo después de la transferencia (la ubicación ayuda a determinar su trayectoria, que está vinculada a la relación masa-carga del núcleo, ya que la transferencia se realizó en presencia de un imán). [ 55 ]
  9. ↑ Si la desintegración ocurriera en el vacío, entonces, dado que el momento total de un sistema aislado antes y después de la desintegración debe conservarse , el núcleo hijo también recibiría una pequeña velocidad. La relación de las dos velocidades, y por consiguiente la relación de las energías cinéticas, sería inversamente proporcional a la relación de las dos masas. La energía de desintegración es igual a la suma de la energía cinética conocida de la partícula alfa y la del núcleo hijo (una fracción exacta de la primera). [ 44 ] Los cálculos también son válidos para un experimento, pero la diferencia es que el núcleo no se mueve después de la desintegración porque está ligado al detector.
  10. ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [ 56 ] un científico destacado del JINR, y por lo tanto era un "caballo de batalla" para la instalación. [ 57 ] En contraste, los científicos del LBL creían que la información sobre la fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no se había estudiado lo suficiente como para utilizarla en la identificación de un nuevo elemento, ya que existía la dificultad de establecer que un núcleo compuesto solo había eyectado neutrones y no partículas cargadas como protones o partículas alfa. [ 33 ] Por lo tanto, preferían vincular los nuevos isótopos con los ya conocidos mediante desintegraciones alfa sucesivas. [ 56 ]
  11. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [ 58 ] No hubo afirmaciones definitivas previas sobre la creación de este elemento, y sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos le asignaron el nombre de nobelio . Posteriormente se demostró que la identificación era incorrecta. [ 59 ] Al año siguiente, RL no pudo reproducir los resultados suecos y anunció en su lugar su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [ 59 ] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotio ; [ 60 ] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR posteriormente se refirió a la denominación del elemento 102 como "precipitada"). [ 61 ] Este nombre fue propuesto a la IUPAC en una respuesta escrita a su dictamen sobre la prioridad de las reivindicaciones de descubrimiento de elementos, firmada el 29 de septiembre de 1992. [ 61 ] El nombre "nobelio" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [ 62 ]
  12. ↑ En ruso, el nombre de Oganessian se escribe Оганесян [ ˈɐgənʲɪˈsʲan ] ; la transliteración correspondiente sería Oganesyan , con una s. De manera similar, el nombre ruso para el elemento es оганесон, letra por letra oganeson . Oganessian es la versión rusificada del apellido armenio Hovhannisyan ( armenio : Հովհաննիսյան [ hɔvhɑnnisˈjɑn ] ). Significa "hijo de Hovhannes ", es decir, "hijo de Juan". Es uno de los apellidos más comunes en Armenia .

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Bibliografía

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Lecturas adicionales

  • Scerri, Eric (2007). La tabla periódica: su historia y su significado . Nueva York: Oxford University Press . ISBN 978-0-19-530573-9.
  • 5 maneras en que el elemento más pesado de la tabla periódica es realmente extraño , ScienceNews.org
  • Elemento 118: Experimentos sobre el descubrimiento , archivo de la página web oficial de los descubridores
  • El elemento 118, el más pesado jamás registrado, fue detectado durante una milésima de segundo , The New York Times .
  • Es elemental: Oganesson Archivado el 27 de diciembre de 2018 en Wayback Machine
  • Oganesson en La Tabla Periódica de Vídeos (Universidad de Nottingham)
  • Sobre las reivindicaciones del descubrimiento de los elementos 110, 111, 112, 114, 116 y 118 (Informe técnico de la IUPAC)
  • Elementos web: Oganesson