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Articulo de referencia

Unbinilio

El unbinilio , también conocido como eka-radio o elemento 120 , es un elemento químico hipotético ; tiene el símbolo Ubn y el número atómico 120. Unbinilio y Ubn son el nombre y...

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El unbinilio , también conocido como eka-radio o elemento 120 , es un elemento químico hipotético ; tiene el símbolo Ubn y el número atómico 120. Unbinilio y Ubn son el nombre y el símbolo sistemáticos provisionales de la IUPAC , respectivamente, que se utilizan hasta que el elemento sea descubierto, confirmado y se decida un nombre permanente. En la tabla periódica de los elementos, se espera que sea un elemento del bloque s , un metal alcalinotérreo y el segundo elemento del octavo período . Ha atraído la atención debido a algunas predicciones de que podría estar en la isla de estabilidad .

El unbinilio aún no se ha sintetizado, a pesar de los múltiples intentos de equipos alemanes y rusos. La evidencia experimental de estos intentos muestra que los elementos del periodo 8 probablemente serían mucho más difíciles de sintetizar que los elementos conocidos hasta ahora. Se planea que nuevos intentos de síntesis por parte de equipos estadounidenses, rusos y chinos comiencen a mediados de la década de 2020; en particular, un intento de sintetizar el elemento seguía en curso en septiembre de 2025., en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en los Estados Unidos.

La posición del unbinilio como séptimo metal alcalinotérreo sugiere que tendría propiedades similares a las de sus congéneres más ligeros ; sin embargo, los efectos relativistas pueden hacer que algunas de sus propiedades difieran de las esperadas según la aplicación directa de las tendencias periódicas . Por ejemplo, se espera que el unbinilio sea menos reactivo que el bario y el radio , que su comportamiento sea más similar al del estroncio , y si bien debería presentar el estado de oxidación +2 característico de los metales alcalinotérreos, también se predice que presente los estados de oxidación +4 y +6, desconocidos en cualquier otro metal alcalinotérreo.

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 cantidades variables de neutrones —o partículas con carga alternativa—. [ 9 ]

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. [ 15 ] 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. [ 16 ] 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. [ 16 ]

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. [ 16 ] [ 17 ] Esto sucede porque, durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [ 16 ] 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. [ 16 ]

La fusión resultante es un estado excitado [ 20 ] —denominado núcleo compuesto— y, por lo tanto, es muy inestable. [ 16 ] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [ 21 ] 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 neutrones, 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. [ 21 ] 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. [ 22 ] [ 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. [ 24 ] 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. [ 24 ] La transferencia tarda aproximadamente 10 −6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [ 27 ] 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. [ 24 ]

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. [ 28 ] 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. [ 29 ] [ 30 ] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados ​​[ 31 ] y se han observado hasta ahora [ 32 ] 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, [ 34 ] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [ 35 ] 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. [ 29 ] [ 30 ]

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. [ 36 ]

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. [ 37 ] 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. [ 30 ] 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), [ 38 ] y en 30  órdenes de magnitud desde el torio (elemento  90) hasta el fermio (elemento  100). [ 39 ] 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. [ 30 ] [ 40 ] 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. [ 30 ] [ 40 ] 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. [ 41 ] Experimentos en núcleos superpesados ​​más ligeros, [ 42 ] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [ 38 ] 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). [ 24 ] 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

Los elementos 114 a 118 ( del flerovio al oganesón ) se descubrieron en reacciones de "fusión caliente" bombardeando los actínidos plutonio a californio con calcio-48 , un isótopo rico en neutrones cuasiestable que podría usarse como proyectil para producir más isótopos ricos en neutrones de elementos superpesados. [ 53 ] Esto no puede extenderse fácilmente a los elementos 119 y 120, porque requeriría un blanco de los siguientes actínidos einstenio y fermio . Se necesitarían decenas de miligramos de estos para crear tales blancos, pero hasta ahora solo se han producido microgramos de einstenio y picogramos de fermio. [ 54 ] La producción más práctica de otros elementos superpesados ​​requeriría bombardear actínidos con proyectiles más pesados ​​que el 48 Ca, [ 53 ] pero se espera que esto sea más difícil. [ 54 ] Los intentos de sintetizar los elementos 119 y 120 llevan al límite la tecnología actual, debido a las secciones transversales decrecientes de las reacciones de producción y sus vidas medias probablemente cortas , [ 55 ] que se espera que sean del orden de microsegundos. [ 1 ] [ 56 ]

Intentos de síntesis

Pasado

Tras su éxito en la obtención de oganesón mediante la reacción entre 249Cf y 48Ca en 2006, el equipo del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna inició experimentos entre marzo y abril de 2007 para intentar crear unbinilio con un haz de 58Fe y un blanco de 244Pu . [ 57 ] [ 58 ] El intento no tuvo éxito, [ 59 ] y el equipo ruso planeó mejorar sus instalaciones antes de intentar la reacción nuevamente. [ 59 ]

244 94 Pu+ 58 26 Fe→ 302 120 Ubn* → sin átomos

En abril de 2007, el equipo del Centro Helmholtz GSI para la Investigación de Iones Pesados ​​en Darmstadt , Alemania, intentó crear unbinilio utilizando un blanco de 238 U y un haz de 64 Ni : [ 60 ]

238 92 U+ 64 28 Ni→ 302 120 Ubn* → sin átomos

No se detectaron átomos. El GSI repitió el experimento con mayor sensibilidad en tres ejecuciones separadas en abril-mayo de 2007, enero-marzo de 2008 y septiembre-octubre de 2008, todas con resultados negativos, alcanzando un límite de sección transversal de 90 fb. [ 60 ]

En 2011, después de actualizar su equipo para permitir el uso de objetivos más radiactivos, los científicos del GSI intentaron la reacción de fusión bastante asimétrica: [ 61 ]

248 96 Cm+ 54 24 Cr→ 302 120 Ubn* → sin átomos

Se esperaba que el cambio en la reacción quintuplicara la probabilidad de sintetizar unbinilio, [ 62 ] ya que el rendimiento de tales reacciones depende fuertemente de su asimetría. [ 55 ] Aunque esta reacción es menos asimétrica que la reacción 249 Cf+ 50 Ti, también crea más isótopos de unbinilio ricos en neutrones que deberían recibir mayor estabilidad por su proximidad al cierre de capa en N = 184. [ 63 ] Se observaron tres señales en mayo de 2011; se consideró una posible asignación a 299 Ubn y sus hijos, [ 64 ] pero no se pudo confirmar, [ 65 ] [ 66 ] [ 63 ] y un análisis diferente sugirió que lo observado era simplemente una secuencia aleatoria de eventos. [ 67 ]

En agosto-octubre de 2011, un equipo diferente del GSI, utilizando las instalaciones de TASCA, probó una reacción nueva, aún más asimétrica: [ 61 ] [ 68 ]

249 98 Cf+ 50 22 Ti→ 299 120 Ubn* → sin átomos

Debido a su asimetría, [ 69 ] se predijo que la reacción entre 249 Cf y 50 Ti sería la reacción práctica más favorable para sintetizar unbinilio, aunque produce un isótopo de unbinilio menos rico en neutrones que cualquier otra reacción estudiada. No se identificaron átomos de unbinilio. [ 68 ]

Esta reacción se investigó nuevamente entre abril y septiembre de 2012 en el GSI. Este experimento utilizó un blanco de 249Bk y un haz de 50Ti para producir el elemento 119 , pero dado que el 249Bk se desintegra en 249Cf con una vida media de aproximadamente 327  días, se pudieron buscar simultáneamente los elementos 119 y 120:

249 97 Bk+ 50 22 Ti→ 299 119 Uue* → sin átomos
249 98 Cf+ 50 22 Ti→ 299 120 Ubn* → sin átomos

No se observó ni el elemento 119 ni el elemento 120. [ 70 ]

Presente

El equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley , California , Estados Unidos, había planeado utilizar el ciclotrón de 88 pulgadas para crear nuevos elementos mediante proyectiles de 50 Ti, [ 54 ] en respuesta a predicciones teóricas que indicaban la viabilidad de producir el elemento 120. [ 71 ] Este plan se elaboró ​​incluso antes de que comenzara la invasión rusa de Ucrania en 2022, lo que interrumpió la colaboración entre el JINR y otros institutos. [ 71 ] Primero, se probó la reacción 244 Pu+ 50 Ti, creando con éxito dos átomos de 290 Lv en 2024. Dado que esto fue exitoso, se planeó un intento de producir el elemento 120 en la reacción 249 Cf+ 50 Ti para comenzar a finales de 2025. [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), que previamente colaboró ​​con el JINR, está colaborando con el LBNL en este proyecto. [ 71 ] Para junio de 2025, se estaban realizando actualizaciones en el LBNL en preparación para la búsqueda del elemento 120, [ 76 ] [ 77 ] y para septiembre, la búsqueda había comenzado. [ 78 ]

Planificado

Los planes del JINR para investigar la reacción 249Cf + 50Ti en sus nuevas instalaciones se vieron interrumpidos por la invasión rusa de Ucrania en 2022, tras la cual la colaboración entre el JINR y otros institutos cesó por completo debido a las sanciones. Por lo tanto, el 249Cf ya no podía utilizarse como objetivo, puesto que tendría que producirse en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en Estados Unidos. [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] En su lugar, se utilizará la reacción 248Cm + 54Cr . [ 82 ] En 2023, el director del JINR, Grigory Trubnikov , declaró que esperaba que los experimentos para sintetizar el elemento 120 comenzaran en 2025. [ 83 ] Como preparación para esto, el JINR informó del éxito de la reacción 238 U + 54 Cr a finales de 2023, produciendo un nuevo isótopo de livermorio, 288 Lv . Este fue un resultado inesperadamente bueno; el objetivo había sido determinar experimentalmente la sección transversal de una reacción con proyectiles de 54 Cr y prepararse para la síntesis del elemento 120. Es la primera reacción exitosa que produce un elemento superpesado utilizando un blanco de actínido y un proyectil más pesado que 48 Ca. [ 84 ]

El equipo del Centro de Investigación de Iones Pesados ​​en Lanzhou , operado por el Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia China de Ciencias , también planea sintetizar los elementos 119 y 120. Las reacciones empleadas incluirán blancos de actínidos (p. ej. , 243 Am, 248 Cm) y proyectiles de metales de transición de la primera fila (p. ej. , 50 Ti, 51 V, 54 Cr, 55 Mn). [ 85 ]

Nomenclatura

La nomenclatura de Mendeleev para elementos no nombrados y no descubiertos llamaría al unbinilio eka- radio . [ 86 ] Las recomendaciones de la IUPAC de 1979 lo llaman temporalmente unbinilio (símbolo Ubn ) hasta que se descubra, se confirme el descubrimiento y se elija un nombre permanente. [ 87 ] Aunque los nombres sistemáticos de la IUPAC se utilizan ampliamente en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, los científicos que trabajan teórica o experimentalmente con elementos superpesados ​​suelen llamarlo "elemento 120", con el símbolo E120 , (120) o 120 . [ 1 ]

Propiedades previstas

Estabilidad nuclear e isótopos

Un gráfico 2D con celdas rectangulares coloreadas en blanco y negro, que se extiende desde la LLC hasta la URC, con celdas que se vuelven más claras a medida que se acercan a esta última.
Un diagrama de estabilidad de nucleidos utilizado por el equipo de Dubna en 2010. Los isótopos caracterizados se muestran con bordes. Más allá del elemento 118 (oganesón, el último elemento conocido), se espera que la línea de nucleidos conocidos entre rápidamente en una región de inestabilidad. La región elíptica encierra la ubicación prevista de la isla de estabilidad, centrada en el elemento 112, el copernicio . [ 55 ]
Los orbitales con un número cuántico azimutal alto se elevan en energía, eliminando lo que de otro modo sería una brecha en la energía orbital correspondiente a una capa de protones cerrada en el elemento 114, como se muestra en el diagrama de la izquierda, que no tiene en cuenta este efecto. Esto eleva la siguiente capa de protones a la región alrededor del elemento 120, como se muestra en el diagrama de la derecha, lo que potencialmente aumenta las vidas medias de los isótopos de los elementos 119 y 120. [ 88 ]

La estabilidad de los núcleos disminuye considerablemente con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, cuya vida media es cuatro órdenes de magnitud mayor que la de cualquier elemento conocido con un número atómico superior. Todos los isótopos 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. [ 89 ] Sin embargo, debido a razones aún no bien comprendidas, existe un ligero aumento de la estabilidad nuclear alrededor de los números atómicos 110-114 , lo que da lugar a la aparición de lo que en física nuclear se conoce como la " isla de estabilidad ". Este concepto, propuesto por el profesor Glenn Seaborg de la Universidad de California , explica por qué los elementos superpesados ​​duran más de lo previsto. [ 90 ]

Se predice que los isótopos de unbinilio tienen vidas medias de desintegración alfa del orden de microsegundos . [ 91 ] [ 92 ] En un modelo de tunelización cuántica con estimaciones de masa de un modelo macroscópico-microscópico, se ha predicho que las vidas medias de desintegración alfa de varios isótopos de unbinilio ( 292–304 Ubn) están alrededor de 1–20 microsegundos. [ 91 ] [ 93 ] [ 94 ] [ 92 ] Algunos isótopos más pesados ​​pueden ser más estables; Fricke y Waber predijeron que 320 Ubn sería el isótopo de unbinilio más estable en 1971. [ 3 ] Dado que se espera que el unbinilio se desintegre a través de una cascada de desintegraciones alfa que conducen a la fisión espontánea alrededor del copernicio , también se predice que las vidas medias totales de los isótopos de unbinilio se miden en microsegundos. [ 1 ] [ 56 ] Esto tiene consecuencias para la síntesis de unbinilio, ya que los isótopos con vidas medias inferiores a un microsegundo se desintegrarían antes de llegar al detector. [ 1 ] [ 56 ] Sin embargo, nuevos modelos teóricos muestran que la brecha de energía esperada entre los orbitales de protón 2f 7/2 (llenado en el elemento 114) y 2f 5/2 (llenado en el elemento 120) es menor de lo esperado, por lo que el elemento 114 ya no parece ser una capa nuclear cerrada esférica estable, y esta brecha de energía puede aumentar la estabilidad de los elementos 119 y 120. Se espera que el siguiente núcleo doblemente mágico esté alrededor del esférico 306 Ubb (elemento 122), pero la baja vida media esperada y la baja sección transversal de producción de este nucleido hacen que su síntesis sea un desafío. [ 88 ]

Dado que el elemento 120 llena el orbital protónico 2f 5/2 , se ha prestado mucha atención al núcleo compuesto 302 Ubn* y sus propiedades. Entre 2000 y 2008 se realizaron varios experimentos en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en Dubna para estudiar las características de fisión del núcleo compuesto 302 Ubn*. Se utilizaron dos reacciones nucleares: 244 Pu + 58 Fe y 238 U + 64 Ni. Los resultados revelaron que núcleos como este se fisionan predominantemente expulsando núcleos de capa cerrada como el 132 Sn ( Z  =  50, N  =  82). También se encontró que el rendimiento de la vía de fusión-fisión era similar entre los proyectiles de 48 Ca y 58 Fe, lo que sugiere un posible uso futuro de proyectiles de 58 Fe en la formación de elementos superpesados. [ 95 ]

En 2008, el equipo de GANIL , Francia, describió los resultados de una nueva técnica que intenta medir la vida media de fisión de un núcleo compuesto a alta energía de excitación, ya que los rendimientos son significativamente mayores que los de los canales de evaporación de neutrones. También es un método útil para investigar los efectos del cierre de capas en la supervivencia de los núcleos compuestos en la región superpesada, lo que puede indicar la posición exacta de la siguiente capa de protones ( Z  =  114, 120, 124 o 126). El equipo estudió la reacción de fusión nuclear entre iones de uranio y un blanco de níquel natural: [ 96 ] [ 97 ]

238 92 U+ nat 28 Ni→ 296,298,299,300,302 120 Ubn* → fisión

Los resultados indicaron que los núcleos de unbinilio se produjeron a una alta  energía de excitación (≈70 MeV) que experimentaron fisión con vidas medias medibles de poco más de 10 −18 s. [ 96 ] [ 97 ] Aunque muy corta (de hecho, insuficiente para que el elemento sea considerado existente por la IUPAC , porque un núcleo compuesto no tiene estructura interna y sus nucleones no se han organizado en capas hasta que ha sobrevivido durante 10 −14  s, cuando forma una nube electrónica), [ 98 ] la capacidad de medir tal proceso indica un fuerte efecto de capa en Z  =  120. A menor energía de excitación (ver evaporación de neutrones), el efecto de la capa se verá mejorado y se puede esperar que los núcleos en estado fundamental tengan vidas medias relativamente largas. Este resultado podría explicar parcialmente la vida media relativamente larga del 294 Og medida en experimentos en Dubna. Experimentos similares han indicado un fenómeno similar en el elemento 124 pero no para el flerovio , lo que sugiere que la siguiente capa de protones se encuentra de hecho más allá del elemento 120. [ 96 ] [ 97 ] En septiembre de 2007, el equipo de RIKEN comenzó un programa que utiliza blancos de 248 Cm y ha indicado experimentos futuros para investigar la posibilidad de que 120 sea el siguiente número mágico de protones (y 184 el siguiente número mágico de neutrones) utilizando las reacciones nucleares mencionadas para formar 302 Ubn*, así como 248 Cm + 54 Cr. También planearon cartografiar más la región investigando los núcleos compuestos cercanos 296 Og*, 298 Og*, 306 Ubb* y 308 Ubb*. [ 99 ]

Los isótopos de unbinilio más probables de sintetizarse en un futuro próximo son el 295Ubn al 299Ubn , porque pueden producirse en los canales 3n y 4n de las reacciones 249–251Cf + 50Ti , 245Cm + 54Cr y 248Cm + 54Cr . [ 100 ]

Atómico y físico

Al ser el segundo elemento del periodo 8 , se predice que el unbinilio es un metal alcalinotérreo, por debajo del berilio , el magnesio , el calcio , el estroncio , el bario y el radio . Cada uno de estos elementos tiene dos electrones de valencia en el orbital s más externo (configuración electrónica de valencia n s 2 ), que se pierde fácilmente en reacciones químicas para formar el estado de oxidación +2 ; por lo tanto, los metales alcalinotérreos son elementos bastante reactivos , con la excepción del berilio debido a su pequeño tamaño. Se predice que el unbinilio continuará esta tendencia y tendrá una configuración electrónica de valencia de 8s 2. Por lo tanto, se espera que se comporte de manera muy similar a sus congéneres más ligeros ; sin embargo, también se predice que diferirá de los metales alcalinotérreos más ligeros en algunas propiedades. [ 1 ]

La razón principal de las diferencias predichas entre el unbinilio y los demás metales alcalinotérreos es la interacción espín-órbita (SO) , la interacción mutua entre el movimiento y el espín de los electrones . La interacción SO es especialmente fuerte para los elementos superpesados ​​porque sus electrones se mueven más rápido —a velocidades comparables a la velocidad de la luz— que los de los átomos más ligeros. [ 4 ] En los átomos de unbinilio, disminuye los niveles de energía de los electrones 7p y 8s, estabilizando los electrones correspondientes, pero dos de los niveles de energía de los electrones 7p están más estabilizados que los otros cuatro. [ 101 ] El efecto se llama desdoblamiento de subcapa, ya que divide la subcapa 7p en partes más y menos estabilizadas. Los químicos computacionales entienden el desdoblamiento como un cambio del segundo número cuántico ( azimutal ) l de 1 a 1/2 y 3/2 para las partes más y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente. [ 4 ] [ l ] Por lo tanto, los electrones 8s externos del unbinilio se estabilizan y se vuelven más difíciles de eliminar de lo esperado, mientras que los electrones 7p 3/2 se desestabilizan correspondientemente, lo que quizás les permite participar en reacciones químicas. [ 1 ] Esta estabilización del orbital s más externo (ya significativo en el radio) es el factor clave que afecta la química del unbinilio y hace que todas las tendencias de las propiedades atómicas y moleculares de los metales alcalinotérreos se inviertan después del bario. [ 102 ]

Debido a la estabilización de sus electrones externos 8s, se predice que la primera energía de ionización del unbinilio —la energía necesaria para extraer un electrón de un átomo neutro— es de 6,0  eV, comparable a la del calcio. [ 1 ] Se predice que el electrón del átomo de unbinilio hidrogenado —oxidado de modo que tiene solo un electrón, Ubn 119+ — se mueve tan rápidamente que su masa es 2,05 veces la de un electrón inmóvil, una característica que proviene de los efectos relativistas . Para comparar, la cifra para el radio hidrogenado es 1,30 y la cifra para el bario hidrogenado es 1,095. [ 4 ] Según extrapolaciones simples de las leyes de la relatividad, esto indica indirectamente la contracción del radio atómico [ 4 ] a alrededor de 200 pm , [ 1 ] muy cerca del del estroncio (215 pm); El radio iónico del ion Ubn²⁺ también se reduce correspondientemente a 160 pm. [ 1 ] Se espera que la tendencia en la afinidad electrónica también se invierta de manera similar en el radio y el unbinilio. [ 102 ]   

El unbinilio debería ser un sólido a temperatura ambiente, con un punto de fusión de 680  °C: [ 104 ] esto continúa la tendencia descendente hacia abajo en el grupo, siendo menor que el valor de 700  °C para el radio. [ 105 ] Se espera que el punto de ebullición del unbinilio sea alrededor de 1700  °C, que es menor que el de todos los elementos anteriores en el grupo (en particular, el radio hierve a 1737  °C), siguiendo la tendencia periódica descendente. [ 3 ] Se ha predicho que la densidad del unbinilio es de 7  g/cm³ , continuando la tendencia de densidad creciente hacia abajo en el grupo: el valor para el radio es de 5,5  g/ cm³ . [ 3 ] [ 2 ]

Químico

Se predice que la química del unbinilio es similar a la de los metales alcalinotérreos, [ 1 ] pero probablemente se comportaría más como el calcio o el estroncio [ 1 ] que como el bario o el radio. Al igual que el estroncio, el unbinilio debería reaccionar vigorosamente con el aire para formar un óxido (UbnO) y con el agua para formar el hidróxido (Ubn(OH) 2 ), que sería una base fuerte y liberaría gas hidrógeno . También debería reaccionar con los halógenos para formar sales como UbnCl 2 . [ 106 ] Si bien estas reacciones se esperarían de las tendencias periódicas , su intensidad reducida es algo inusual, ya que ignorando los efectos relativistas, las tendencias periódicas predecirían que el unbinilio sería incluso más reactivo que el bario o el radio. Esta reactividad reducida se debe a la estabilización relativista del electrón de valencia del unbinilio, aumentando la primera energía de ionización del unbinilio y disminuyendo los radios metálico e iónico ; [ 107 ] Este efecto ya se observa en el radio. [ 1 ] Por otro lado, se predice que el radio iónico del ion Ubn 2+ es mayor que el del Sr 2+ , porque los orbitales 7p se desestabilizan y, por lo tanto, son mayores que los orbitales p de las capas inferiores. [ 4 ]

El unbinilio también puede mostrar el estado de oxidación +4 , [ 1 ] que no se observa en ningún otro metal alcalinotérreo, [ 108 ] además del estado de oxidación +2 que es característico de los otros metales alcalinotérreos y que también es el estado de oxidación principal de todos los metales alcalinotérreos conocidos: esto se debe a la desestabilización y expansión del espinor 7p 3/2 , lo que hace que sus electrones más externos tengan una energía de ionización menor de lo que se esperaría de otro modo. [ 1 ] [ 108 ] El estado +6 que involucra a todos los electrones 7p 3/2 se ha sugerido en un hexafluoruro , UbnF 6. [ 109 ] El estado +1 también puede ser aislable. [ 4 ] Se espera que muchos compuestos de unbinilio tengan un gran carácter covalente , debido a la participación de los electrones 7p 3/2 en el enlace: este efecto también se observa en menor medida en el radio, que muestra cierta contribución de 6s y 6p 3/2 al enlace en el fluoruro de radio (RaF 2 ) y el astaturo (RaAt 2 ), lo que resulta en que estos compuestos tengan un carácter más covalente. [ 4 ] Se predice que el potencial de reducción estándar del par Ubn 2+ /Ubn es −2,9  V, que es casi exactamente el mismo que el del par Sr 2+ /Sr del estroncio ( − 2,899  V). [ 104 ]

En la fase gaseosa, los metales alcalinotérreos no suelen formar moléculas diatómicas con enlaces covalentes como los metales alcalinos, ya que dichas moléculas tendrían el mismo número de electrones en los orbitales enlazantes y antienlazantes y tendrían energías de disociación muy bajas . [ 110 ] Por lo tanto, el enlace M–M en estas moléculas se produce predominantemente a través de fuerzas de van der Waals . [ 102 ] Las longitudes de enlace metal-metal en estas moléculas M 2 aumentan a medida que se desciende en el grupo desde Ca 2 hasta Ubn 2 . Por otro lado, sus energías de disociación de enlace metal-metal generalmente aumentan desde Ca 2 hasta Ba 2 y luego disminuyen hasta Ubn 2 , que debería ser la molécula homodiatómica del grupo 2 con el enlace más débil. La causa de esta tendencia es la creciente participación de los electrones p 3/2 y d, así como del orbital s relativísticamente contraído. [ 102 ] A partir de estas energías de disociación M 2 , se predice que la entalpía de sublimación (Δ H sub  ) del unbinilio es de 150 kJ/mol. [ 102 ]

El enlace Ubn– Au debería ser el más débil de todos los enlaces entre el oro y un metal alcalinotérreo, pero aun así debería ser estable. Esto da entalpías de adsorción extrapoladas de tamaño medio (−Δ H ads ) de 172  kJ/mol en oro (el valor del radio debería ser 237  kJ/mol) y 50  kJ/mol en plata , la más pequeña de todos los metales alcalinotérreos, lo que demuestra que sería factible estudiar la adsorción cromatográfica de unbinilio en superficies hechas de metales nobles . [ 102 ] Los valores de Δ H sub y −Δ H ads están correlacionados para los metales alcalinotérreos. [ 102 ]

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 [ 10 ] o 112 ; [ 11 ] 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 ). [ 12 ] 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 . [ 13 ] 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. [ 14 ]    
  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. [ 18 ]
  4. ↑ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [ 23 ]
  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. [ 25 ] 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. [ 26 ]
  6. ↑ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [ 33 ]
  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. [ 38 ]
  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. [ 43 ] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [ 44 ] 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). [ 45 ]
  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 razón de las dos velocidades, y por consiguiente la razón de las energías cinéticas, sería entonces inversa a la razón 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). [ 34 ] 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 , [ 46 ] un científico destacado del JINR, y por lo tanto era un "caballo de batalla" para la instalación. [ 47 ] 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. [ 23 ] Por lo tanto, preferían vincular los nuevos isótopos con los ya conocidos mediante desintegraciones alfa sucesivas. [ 46 ]
  11. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [ 48 ] 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. [ 49 ] 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. [ 49 ] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotio ; [ 50 ] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR posteriormente se refirió a la denominación del elemento 102 como "precipitada"). [ 51 ] 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. [ 51 ] El nombre "nobelio" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [ 52 ]
  12. ↑ El número cuántico corresponde a la letra del nombre del orbital electrónico: 0 a s, 1 a p, 2 a d, etc. Consulte el número cuántico azimutal para obtener más información.

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