Unbiquadium - Unbiquadium

Unbiquadium , também conhecido como elemento 124 ou eka-urânio , é o elemento químico hipotético com número atômico 124 e símbolo de espaço reservado Ubq. Unbiquadium e Ubq são o nome e o símbolo temporários da IUPAC , respectivamente, até que o elemento seja descoberto, confirmado e um nome permanente seja decidido. Na tabela periódica, unbiquadium se espera que seja um g-bloco superactinide e o sexto elemento no oitavo período . Unbiquadium tem atraído atenção, pois pode estar dentro da ilha de estabilidade , levando a meias-vidas mais longas, especialmente para ³⁰⁸ Ubq, que se prevê ter um número mágico de nêutrons (184).

Apesar de várias pesquisas, o unbiquadium não foi sintetizado, nem foi encontrado qualquer isótopo de ocorrência natural . Acredita-se que a síntese do unbiquadium será muito mais desafiadora do que a de elementos mais leves não descobertos , e a instabilidade nuclear pode representar mais dificuldades na identificação do unbiquadium, a menos que a ilha de estabilidade tenha um efeito estabilizador mais forte do que o previsto nesta região.

Como membro da série dos superactinídeos, espera-se que o unbiquadium tenha alguma semelhança com seu possível urânio congênere mais leve . Espera-se que os elétrons de valência do unbiquadium participem de reações químicas com bastante facilidade, embora os efeitos relativísticos possam influenciar significativamente algumas de suas propriedades; por exemplo, a configuração do elétron foi calculada para diferir consideravelmente daquela prevista pelo princípio de Aufbau .

Introdução

Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear . Dois núcleos se fundem em um, emitindo um nêutron . As reações que criaram novos elementos para este momento foram semelhantes, com a única diferença possível que vários nêutrons singulares às vezes eram liberados, ou mesmo nenhum.

Vídeo externo
Visualização de fusão nuclear malsucedida, com base em cálculos da Australian National University

Os núcleos atômicos mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanhos desiguais em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de os dois reagirem. O material formado pelos núcleos mais pesados ​​é transformado em alvo, que é então bombardeado pelo feixe de núcleos mais leves. Dois núcleos só podem se fundir em um se se aproximarem um do outro; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A interação forte pode superar essa repulsão, mas apenas dentro de uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são, portanto, grandemente acelerados a fim de tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. Chegar perto sozinho não é suficiente para dois núcleos se fundirem: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por aproximadamente ^10-20  segundos e então se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formar um único núcleo. Se a fusão ocorrer, a fusão temporária - denominada núcleo composto - é um estado excitado . Para perder sua energia de excitação e atingir um estado mais estável, um núcleo composto fissiona ou ejeta um ou vários nêutrons , que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a ¹⁶  segundos após a colisão inicial.

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos de reação) e transferido para um detector de barreira de superfície , que pára o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também marcados são sua energia e o tempo da chegada. A transferência leva cerca de 10 ⁻⁶  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. O núcleo é registrado novamente assim que sua decadência é registrada, e a localização, a energia e o tempo de decadência são medidos.

A estabilidade de um núcleo é fornecida pela interação forte. No entanto, seu alcance é muito curto; à medida que os núcleos se tornam maiores, sua influência sobre os núcleos mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre prótons, pois tem alcance ilimitado. Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos e, até agora, observou-se que decaem principalmente por meio de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decadência alfa e fissão espontânea ; esses modos são predominantes para núcleos de elementos superpesados . Os decaimentos alfa são registrados pelas partículas alfa emitidas e os produtos do decaimento são fáceis de determinar antes do decaimento real; se tal decaimento ou uma série de decaimentos consecutivos produz um núcleo conhecido, o produto original de uma reação pode ser determinado aritmeticamente. A fissão espontânea, entretanto, produz vários núcleos como produtos, de modo que o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas.

A informação à disposição dos físicos com o objetivo de sintetizar um dos elementos mais pesados ​​são, portanto, as informações coletadas nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector e de seu decaimento. Os físicos analisam esses dados e procuram concluir que ele foi de fato causado por um novo elemento e não poderia ter sido causado por um nuclídeo diferente do alegado. Freqüentemente, os dados fornecidos são insuficientes para concluir que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; erros na interpretação dos dados foram cometidos.

História

Tentativas de síntese

Como as camadas nucleares completas (ou, de forma equivalente, um número mágico de prótons ou nêutrons ) podem conferir estabilidade adicional aos núcleos de elementos superpesados, aproximando-se do centro da ilha de estabilidade , pensou-se que a síntese do elemento 124 ou próximo elementos povoariam núcleos de vida mais longa dentro da ilha. Cientistas do GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) tentaram medir a fissão direta e retardada de núcleos compostos de elementos com Z = 114, 120 e 124, a fim de sondar os efeitos de camada nesta região e localizar o próximo próton esférico Concha. Em 2006, com os resultados completos publicados em 2008, a equipe forneceu os resultados de uma reação envolvendo o bombardeio de um alvo natural de germânio com íons de urânio:

²³⁸
₉₂você
+ ^nat
₃₂Ge
→ ^{308.310.311.312.314}
Ubq
* → fissão

A equipe relatou que foi capaz de identificar a fissão de núcleos compostos com meia-vida> 10 ⁻¹⁸ s. Este resultado sugere um forte efeito estabilizador em Z = 124 e aponta para a próxima camada de prótons em Z > 120, não em Z = 114 como se pensava anteriormente. Um núcleo composto é uma combinação solta de núcleos que ainda não se organizaram em camadas nucleares. Não tem estrutura interna e é mantido unido apenas pelas forças de colisão entre o alvo e o núcleo do projétil. Estima-se que sejam necessários cerca de 10 a ¹⁴  s para que os nucleons se organizem em camadas nucleares, ponto em que o núcleo composto se torna um nuclídeo , e esse número é usado pela IUPAC como a meia-vida mínima que um isótopo alegado deve ter para potencialmente ser reconhecido como sendo descoberto. Assim, os experimentos GANIL não contam como uma descoberta do elemento 124.

A fissão do núcleo composto ³¹² 124 também foi estudada em 2006 no acelerador tandem de íons pesados ​​ALPI no Laboratori Nazionali di Legnaro (Legnaro National Laboratories) na Itália:

²³²
₉₀º
+ ⁸⁰
₃₄Se
→ ³¹²
Ubq
* → fissão

Da mesma forma que experimentos anteriores realizados no JINR ( Joint Institute for Nuclear Research ), fragmentos de fissão agruparam-se em torno de núcleos duplamente mágicos , como ¹³² Sn ( Z = 50, N = 82), revelando uma tendência de núcleos superpesados ​​de expulsar tais núcleos duplamente mágicos em fissão. O número médio de nêutrons por fissão do núcleo composto de ³¹² 124 (em relação aos sistemas mais leves) também aumentou, confirmando que a tendência de núcleos mais pesados ​​emitindo mais nêutrons durante a fissão continua na região de massa superpesada.

Possível ocorrência natural

Um estudo em 1976 por um grupo de pesquisadores americanos de várias universidades propôs que os elementos superpesados primordiais , principalmente livermorium , unbiquadium, unbihexium e unbiseptium , poderiam ser a causa de danos inexplicáveis ​​por radiação (particularmente radiohalos ) em minerais. Foi então sugerido que o Unbiquadium existe na natureza com seu possível urânio congênere em quantidades detectáveis, em uma abundância relativa de ^10-11 . Acredita-se que tais núcleos de unbiquadium sofram decaimento alfa com meia-vida muito longa até flerovium , que então existiria no chumbo natural em uma concentração semelhante ( ^10-11 ) e sofreria fissão espontânea . Isso levou muitos pesquisadores a procurá-los na natureza de 1976 a 1983. Um grupo liderado por Tom Cahill, professor da Universidade da Califórnia em Davis , afirmou em 1976 que havia detectado partículas alfa e raios-X com as energias certas para causar os danos observados, suportando a presença desses elementos. Outros alegaram que nenhum havia sido detectado e questionaram as características propostas dos núcleos superpesados ​​primordiais. Em particular, eles citaram que o número mágico N = 228 necessário para aumentar a estabilidade criaria um núcleo com excesso de nêutrons no unbiquadium que não seria beta-estável . Esta atividade também foi proposta como sendo causada por transmutações nucleares em cério natural , aumentando ainda mais a ambigüidade sobre esta alegada observação de elementos superpesados.

A extensão possível dos elementos superpesados ​​primordiais na Terra hoje é incerta. Mesmo se for confirmado que eles causaram os danos da radiação há muito tempo, eles agora podem ter se decomposto em meros vestígios, ou mesmo ter desaparecido completamente. Também é incerto se tais núcleos superpesados ​​podem ser produzidos naturalmente, já que a fissão espontânea deve encerrar o processo r responsável pela formação de elementos pesados ​​entre os números de massa 270 e 290, bem antes de elementos como o unbiquadium poderem ser formados.

Nomeação

Usando as recomendações da IUPAC de 1979 , o elemento deve ser temporariamente chamado de unbiquadium (símbolo Ubq ) até que seja descoberto, a descoberta seja confirmada e um nome permanente escolhido. Embora amplamente utilizadas na comunidade química em todos os níveis, de salas de aula de química a livros didáticos avançados, as recomendações são geralmente ignoradas entre os cientistas que trabalham teoricamente ou experimentalmente com elementos superpesados, que o chamam de "elemento 124", com o símbolo E124 , (124) ou 124 . Alguns pesquisadores também se referiram ao unbiquadium como eka-urânio , um nome derivado do sistema que Dmitri Mendeleev usou para prever elementos desconhecidos, embora tal extrapolação possa não funcionar para elementos do bloco g sem congêneres conhecidos e eka-urânio , em vez disso, se referiria a elemento 144 ou 146 quando o termo se destina a denotar o elemento diretamente abaixo do urânio.

Dificuldades de síntese

Cada elemento do mendelévio em diante foi produzido em reações de fusão-evaporação, culminando na descoberta do elemento mais pesado conhecido oganesson em 2002 e, mais recentemente, tennessine em 2010. Essas reações se aproximaram do limite da tecnologia atual; por exemplo, a síntese da tennessina exigiu 22 miligramas de ²⁴⁹ Bk e um intenso feixe de ⁴⁸ Ca por seis meses. A intensidade dos feixes na pesquisa de elementos superpesados ​​não pode exceder ¹⁰¹² projéteis por segundo sem danificar o alvo e o detector, e produzir grandes quantidades de alvos actinídeos cada vez mais raros e instáveis é impraticável. Consequentemente, experimentos futuros devem ser feitos em instalações como a fábrica de elementos superpesados ​​em construção (fábrica SHE) no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR) ou RIKEN , o que permitirá que os experimentos sejam executados por períodos mais longos de tempo com maior detecção capacidades e permitir reações de outra forma inacessíveis. Mesmo assim, espera-se que seja um grande desafio continuar os elementos anteriores 120 ou 121, dadas as curtas meias-vidas previstas e as baixas seções transversais previstas.

A produção de novos elementos superpesados ​​exigirá projéteis mais pesados ​​do que ⁴⁸ Ca, que foi usado com sucesso na descoberta dos elementos 114-118, embora isso necessite de reações mais simétricas que são menos favoráveis. Portanto, é provável que as reações entre ⁵⁸ Fe e um ²⁴⁹ Cf ou alvo de ²⁵¹ Cf recentemente disponível sejam as mais promissoras. Estudos sobre a fissão de vários núcleos de compostos superpesados descobriram que a dinâmica das reações induzidas por ⁴⁸ Ca- e ⁵⁸ Fe são semelhantes, sugerindo que projéteis de ⁵⁸ Fe podem ser viáveis ​​na produção de núcleos superpesados ​​até Z  = 124 ou possivelmente 125. É também é possível que uma reação com ²⁵¹ Cf produza o núcleo composto ³⁰⁹ Ubq * com 185 nêutrons, imediatamente acima do N  = 184 shell closure. Por esta razão, prevê-se que o núcleo composto tenha probabilidade de sobrevivência relativamente alta e baixa energia de separação de nêutrons, levando aos canais 1n – 3n e isótopos ^306–308 Ubq com uma seção transversal relativamente alta. Essas dinâmicas são altamente especulativas, pois a seção transversal pode ser muito menor se as tendências na produção dos elementos 112-118 continuarem ou as barreiras de fissão forem menores do que o esperado, independentemente dos efeitos de casca, levando a uma estabilidade diminuída contra a fissão espontânea (que é de importância crescente). No entanto, a perspectiva de alcançar a  camada N = 184 no lado rico em prótons do gráfico de nuclídeos, aumentando o número de prótons, foi considerada há muito tempo; já em 1970, o físico nuclear soviético Georgy Flyorov sugeriu bombardear um alvo de plutônio com projéteis de zinco para produzir isótopos do elemento 124 na  casca N = 184.

Propriedades previstas

Estabilidade nuclear e isótopos

Este gráfico nuclear usado pela Agência de Energia Atômica do Japão prevê os modos de decaimento dos núcleos até Z  = 149 e N  = 256. Para o unbiquadium ( Z  = 124), existem regiões previstas de estabilidade aumentada em torno de N  = 184 e N  = 228, embora muitos isótopos intermediários sejam teoricamente suscetíveis à fissão espontânea com meia-vida menor que 1 nanossegundo .

O Unbiquadium é de interesse dos pesquisadores por causa de sua possível localização perto do centro de uma ilha de estabilidade , uma região teórica que compreende núcleos superpesados ​​de vida mais longa. Tal uma ilha de estabilidade foi proposto pela primeira vez por University of Califórnia professor de Glenn Seaborg , especificamente prevendo uma região de estabilidade centrada no elemento 126 ( unbihexium ) e englobando nas proximidades elementos, incluindo unbiquadium, com semi-vidas possivelmente, enquanto 10 ⁹ anos. Em elementos conhecidos, a estabilidade dos núcleos diminui muito com o aumento do número atômico após o urânio , o elemento primordial mais pesado , de modo que todos os isótopos observados com número atômico acima de 101 decaem radioativamente com meia-vida inferior a um dia, com exceção de dubnium -268 com meia-vida de 28 horas (1 dia e 4 horas). No entanto, há um ligeiro aumento na estabilidade nuclear nos nuclídeos em torno dos números atômicos 110 - 114 , o que sugere a presença de uma ilha de estabilidade. Isso é atribuído ao possível fechamento de conchas nucleares na região de massa superpesada , com efeitos estabilizadores que podem levar a meias-vidas da ordem de anos ou mais para alguns isótopos ainda não descobertos desses elementos. Embora ainda não comprovada, a existência de elementos superpesados ​​tão pesados ​​quanto oganesson fornece evidências de tais efeitos estabilizadores, já que elementos com um número atômico maior que aproximadamente 104 são extremamente instáveis ​​em modelos que negligenciam os números mágicos.

Nesta região da tabela periódica, N  = 184 e N  = 228 foram propostos como camadas fechadas de nêutrons, e vários números atômicos foram propostos como camadas fechadas de prótons, incluindo Z  = 124. A ilha de estabilidade é caracterizada por uma metade mais longa. vidas de núcleos localizados perto desses números mágicos, embora a extensão dos efeitos estabilizadores seja incerta devido às previsões de enfraquecimento do fechamento da camada de prótons e possível perda de dupla magia . Pesquisas mais recentes prevêem que a ilha de estabilidade será centrada nos isótopos de copernício beta-estáveis ²⁹¹ Cn e ²⁹³ Cn, o que colocaria o unbiquadium bem acima da ilha e resultaria em meias-vidas curtas, independentemente dos efeitos da casca. Um estudo de 2016 sobre as propriedades de decaimento dos isótopos de unbiquadium ^284-339 Ubq prevê que ^284-304 Ubq ficam fora da linha de gotejamento de prótons e, portanto, podem ser emissores de prótons , ^305-323 Ubq podem sofrer decaimento alfa , com algumas cadeias terminando até flerovium , e os isótopos mais pesados ​​decaem por fissão espontânea . Estes resultados, bem como os de um modelo quântico-tunneling, prever há meias-vidas mais de um milésimo de segundo para isótopos mais leves do que ³¹⁹ UBQ, como meias-vidas bem como especialmente curtos para ^309-314 UBQ na faixa de sub-microssegundos devido à efeitos desestabilizadores imediatamente acima da casca em N  = 184. Isso torna a identificação de muitos isótopos não-liquádio quase impossível com a tecnologia atual, pois os detectores não podem distinguir sinais sucessivos rápidos de decaimentos alfa em um período de tempo menor que microssegundos.

As meias-vidas de fissão espontânea cada vez mais curtas de núcleos superpesados ​​e a possível dominação da fissão sobre o decaimento alfa provavelmente também determinarão a estabilidade dos isótopos sem liquádio. Enquanto algumas meias-vidas de fissão que constituem um "mar de instabilidade" podem ser da ordem de ^10-18  s como consequência de barreiras de fissão muito baixas , especialmente em núcleos pares-pares devido aos efeitos de emparelhamento, efeitos de estabilização em N  = 184 e N  = 228 pode permitir a existência de isótopos de vida relativamente longa. Para N  = 184, as meias-vidas de fissão podem aumentar, embora ainda se espere que as meias-vidas alfa sejam da ordem de microssegundos ou menos, apesar do fechamento da casca em ³⁰⁸ Ubq. Também é possível que a ilha de estabilidade mude para a  região N = 198, onde as meias-vidas totais podem ser da ordem de segundos, em contraste com os isótopos vizinhos que sofreriam fissão em menos de um microssegundo. Na região rica em nêutrons em torno de N  = 228, as meias-vidas alfa também estão previstas para aumentar com o aumento do número de nêutrons , o que significa que a estabilidade de tais núcleos dependeria principalmente da localização da linha de estabilidade beta e da resistência à fissão. Um cálculo inicial de P. Moller, um físico do Laboratório Nacional de Los Alamos , estima a meia-vida total de ³⁵² Ubq (com N = 228) em cerca de 67 segundos, e possivelmente a mais longa na região N  = 228.

Químico

O unbiquádio é o quarto membro da série dos superactinídeos e deve ser semelhante ao urânio : ambos os elementos têm seis elétrons de valência sobre um núcleo de gás nobre. Na série de superactinídeos, espera-se que o princípio de Aufbau seja quebrado devido a efeitos relativísticos , e uma sobreposição dos orbitais 5g, 6f, 7d e 8p é esperada. A configuração eletrônica do estado fundamental do unbiquadium é, portanto, prevista como [ Og ] 6f ³ 8s ² 8p ¹ ou 6f ² 8s ² 8p ² , em contraste com [ Og ] 5g ⁴ 8s ² derivado de Aufbau. Esta sobreposição prevista de orbitais e incerteza na ordem de preenchimento, especialmente para orbitais feg, torna as previsões de propriedades químicas e atômicas desses elementos muito difíceis.

Um estado de oxidação previsto do unbiquadium é +6, que existiria nos halogenetos UbqX ₆ (X = um halogênio), análogo ao conhecido estado de oxidação +6 no urânio. Como os outros superactinídeos primitivos, as energias de ligação dos elétrons de valência do unbiquadium devem ser pequenas o suficiente para que todos os seis participem facilmente das reações químicas. A configuração eletrônica prevista do íon Ubq ⁵⁺ é [Og] 6f ¹ .

Notas

Referências

Bibliografia

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