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Nihonium,  113 Nh
Nihonium
Pronunciación/ N ɪ h oʊ n i ə m / ( ni- HOH -nee-əm )
Número de masa[286]
Nihonium en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
Tl
↑
Nh
↓
(Uhs)
copernicium ← nihonium → flerovium
Número atómico ( Z )113
Grupogrupo 13 (grupo boro)
Períodoperíodo 7
Cuadra  bloque p
Configuración electronica[ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 1 (predicho) [1]
Electrones por capa2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (predicho)
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido (previsto) [1] [2] [3]
Punto de fusion700  K (430 ° C, 810 ° F) (previsto) [1]
Punto de ebullición1430 K (1130 ° C, 2070 ° F) (previsto) [1] [4]
Densidad (cerca de  rt )16 g / cm 3 (previsto) [4]
Calor de fusión7,61  kJ / mol (extrapolado) [3]
Calor de vaporización130 kJ / mol (previsto) [2] [4]
Propiedades atómicas
Estados de oxidación(−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (predicho) [1] [4] [5]
Energías de ionización
  • Primero: 704,9 kJ / mol (previsto) [1]
  • 2do: 2240 kJ / mol (predicho) [4]
  • 3 °: 3020 kJ / mol (previsto) [4]
  • ( más )
Radio atómicoempírico: 170 p. m  . (previsto) [1]
Radio covalente172–180 pm (extrapolado) [3]
Otras propiedades
Ocurrencia naturalsintético
Estructura cristalinahexagonal compacta (hcp)

(predicho) [6] [7]
Número CAS54084-70-7
Historia
NombrarDespués de Japón ( Nihon en japonés)
DescubrimientoRiken (Japón, primer reclamo indiscutido 2004)
JINR (Rusia) y Livermore (Estados Unidos, primer anuncio 2003)
Isótopos principales del nihonium
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
278 Nhsyn1,4 msα274 Rg
282 Nhsyn73 msα278 Rg
283 Nhsyn75 msα279 Rg
284 Nhsyn0,91 segundosα280 Rg
CE284 Cn
285 Nhsyn4,2 sα281 Rg
286 Nhsyn9,5 segundosα282 Rg
287 Nh [8]syn5,5 s?α283 Rg
290 Nh [9]syn2 s?α286 Rg
Categoría Categoría: Nihonium
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El nihonium es un elemento químico sintético con el símbolo Nh y número atómico 113. Es extremadamente radiactivo ; su isótopo más estable conocido , el nihonium-286, tiene una vida media de unos 10 segundos. En la tabla periódica , el nihonium es un elemento transactínido en el bloque p . Es miembro del período 7 y grupo 13 (grupo boro).

Se informó por primera vez que Nihonium fue creado en 2003 por una colaboración ruso-estadounidense en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Rusia, y en 2004 por un equipo de científicos japoneses en Riken en Wakō , Japón. La confirmación de sus afirmaciones en los años siguientes involucró a equipos independientes de científicos que trabajaban en Estados Unidos, Alemania, Suecia y China, así como a los reclamantes originales en Rusia y Japón. En 2015, el Grupo de Trabajo Conjunto IUPAC / IUPAP reconoció el elemento y asignó la prioridad de los derechos de descubrimiento y denominación del elemento a Riken. El equipo de Riken sugirió el nombre nihoniumen 2016, que fue aprobado en el mismo año. El nombre proviene del nombre japonés común para Japón (日本, nihon ) .

Se sabe muy poco sobre el nihonium, ya que solo se ha elaborado en cantidades muy pequeñas que se descomponen en segundos. La vida anormalmente larga de algunos nucleidos superpesados, incluidos algunos isótopos de nihonium, se explica por la teoría de la " isla de estabilidad ". Los experimentos apoyan la teoría, con las vidas medias de los isótopos de nihonium confirmados aumentando de milisegundos a segundos a medida que se agregan neutrones y se acerca a la isla. Se ha calculado que el nihonium tiene propiedades similares a sus homólogos boro , aluminio , galio , indio y talio . Todos menos el boro son metales posteriores a la transición., y se espera que el nihonium sea también un metal posterior a la transición. También debería mostrar varias diferencias importantes con respecto a ellos; por ejemplo, el nihonium debería ser más estable en el estado de oxidación +1 que en el estado +3, como el talio, pero en el estado +1, el nihonium debería comportarse más como plata y astato que como talio. Los experimentos preliminares en 2017 mostraron que el nihonium elemental no es muy volátil ; su química permanece en gran parte inexplorada.

Introducción [ editar ]

Esta sección está transcluida de Introducción a los elementos más pesados . ( editar | historia )
Ver también: Elemento superpesado § Introducción
Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno y emiten un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos en este momento fueron similares, con la única diferencia posible de que a veces se liberaban varios neutrones singulares, o ninguno en absoluto.
Video externo
icono de video Visualización de una fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia [10]

Los núcleos atómicos más pesados [a] se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual [b] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. [16] El material hecho de los núcleos más pesados ​​se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si se acercan lo suficiente; normalmente, los núcleos (todos cargados positivamente) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La fuerte interacciónpuede superar esta repulsión, pero sólo a una distancia muy corta de un núcleo; Por tanto, los núcleos de los haces se aceleran enormemente para hacer que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [17] Acercarse por sí solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan entre sí, generalmente permanecen juntos durante aproximadamente 10-20  segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de Forman un solo núcleo. [17] [18] Si se produce la fusión, la fusión temporal, denominada núcleo compuesto, es un estado excitado.. Para perder su energía de excitación y alcanzar un estado más estable, un núcleo compuesto se fisiona o expulsa uno o varios neutrones , [c] que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y 16  segundos después de la colisión inicial. [19] [d]

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. [22] 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 de superficie , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y la hora de la llegada. [22] La transferencia tarda entre 10 y 6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [25] El núcleo se registra de nuevo una vez que se registra su desintegración, y la ubicación, la energía, y se mide el tiempo de decaimiento. [22]

La estabilidad del núcleo es 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 rompe por la repulsión electrostática entre protones, ya que tiene un alcance ilimitado. [26] Los núcleos de los elementos más pesados ​​se predicen teóricamente [27] y hasta ahora se ha observado [28] que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración que son causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea ; [f] estos modos son predominantes para núcleos de elementos superpesados. Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas , y los productos de la desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; si tal desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción se puede determinar aritméticamente. [g] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijas. [h]

La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados ​​es, por 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 no pudo haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para llegar a la conclusión de que definitivamente se creó un nuevo elemento y no hay otra explicación para los efectos observados; Se han cometido errores en la interpretación de los datos. [I]

Historia [ editar ]

Ver también: Descubrimientos de los elementos químicos.

Indicaciones tempranas [ editar ]

La síntesis de los elementos 107 a 112 se llevó a cabo en el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Alemania, de 1981 a 1996. Estos elementos se obtuvieron mediante reacciones de fusión en frío [j] , en las que se obtuvieron dianas de talio , plomo y El bismuto , que tiene una configuración estable de 82 protones, es bombardeado con iones pesados ​​de elementos del período 4 . Esto crea núcleos fusionados con bajas energías de excitación debido a la estabilidad de los núcleos de los objetivos, aumentando significativamente el rendimiento de elementos superpesados . La fusión fría fue iniciada porYuri Oganessian y su equipo en 1974 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Unión Soviética. Se encontró que los rendimientos de las reacciones de fusión en frío disminuían significativamente con el aumento del número atómico; los núcleos resultantes eran muy deficientes en neutrones y de corta duración. El equipo de GSI intentó sintetizar el elemento 113 mediante fusión fría en 1998 y 2003, bombardeando bismuto-209 con zinc -70; Ambos intentos fueron infructuosos. [43] [44]

Ante este problema, Oganessian y su equipo en el JINR dirigieron su renovada atención a la antigua técnica de fusión en caliente, en la que los objetivos pesados ​​de actínidos eran bombardeados con iones más ligeros. Se sugirió el calcio-48 como un proyectil ideal, porque es muy rico en neutrones para un elemento ligero (combinado con los actínidos ya ricos en neutrones) y minimizaría las deficiencias de neutrones de los nucleidos producidos. Al ser doblemente mágico , conferiría beneficios en estabilidad a los núcleos fusionados. En colaboración con el equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en Livermore, California , Estados Unidos, hicieron un intento en el elemento 114 (que se predijo que sería unnúmero mágico , cerrando una capa de protones y más estable que el elemento 113). [43]

En 1998, la colaboración JINR-LLNL inició su intento con el elemento 114, bombardeando un objetivo de plutonio-244 con iones de calcio-48: [43]

244
94Pu
 + 48
20California
→ 292 114 * → 290 114 + 2
norte
+ e - → 290113 + ν e

Se observó un solo átomo que se pensaba que era el isótopo 289 114: los resultados se publicaron en enero de 1999. [45] A pesar de los numerosos intentos de repetir esta reacción, nunca se ha vuelto a encontrar un isótopo con estas propiedades de desintegración, y la identidad exacta de esta actividad se desconoce. [46] Un artículo de 2016 consideró que la explicación más probable del resultado de 1998 es que el núcleo compuesto producido emitió dos neutrones, lo que llevó a 290114 y la captura de electrones a 290113, mientras que se emitieron más neutrones en todas las demás cadenas producidas. Este habría sido el primer informe de una cadena de desintegración de un isótopo del elemento 113, pero no se reconoció en ese momento y la asignación aún es incierta. [9] Una actividad similar de larga duración observada por el equipo de JINR en marzo de 1999 en la reacción de 242 Pu + 48 Ca puede deberse a la captura de electrones hija de 287 114, 287 113; esta asignación también es provisional. [8]

Colaboración JINR – LLNL [ editar ]

El descubrimiento ahora confirmado del elemento 114 se hizo en junio de 1999 cuando el equipo de JINR repitió la primera reacción de 244 Pu + 48 Ca de 1998; [47] [48] después de esto, el equipo de JINR utilizó la misma técnica de fusión en caliente para sintetizar los elementos 116 y 118 en 2000 y 2002, respectivamente, mediante las reacciones de 248 Cm + 48 Ca y 249 Cf + 48 Ca. Luego dirigieron su atención a los elementos impares faltantes, ya que los protones impares y posiblemente los neutrones obstaculizarían la desintegración por fisión espontánea y darían como resultado cadenas de desintegración más largas. [43] [49]

El primer informe del elemento 113 fue en agosto de 2003, cuando se identificó como un producto de desintegración alfa del elemento 115 . El elemento 115 se había producido bombardeando un objetivo de americio -243 con proyectiles de calcio-48. La colaboración JINR-LLNL publicó sus resultados en febrero de 2004: [49]

243 95Soy + 48 20California→ 291115 * → 288115 + 3
norte
→ 284 113 +
α
243
95Soy
 + 48
20California
→ 291115 * → 287115 + 4
norte
→ 283 113 +
α

Se observaron cuatro desintegraciones alfa más, que terminaron con la fisión espontánea de los isótopos del elemento 105, dubnio . [49]

Riken [ editar ]

Mientras que la colaboración JINR-LLNL había estado estudiando reacciones de fusión con 48 Ca, un equipo de científicos japoneses en el Centro Riken Nishina para la ciencia basada en aceleradores en Wakō , Japón, dirigido por Kōsuke Morita había estado estudiando reacciones de fusión fría. Morita había estudiado previamente la síntesis de elementos superpesados ​​en el JINR antes de comenzar su propio equipo en Riken. En 2001, su equipo confirmó los descubrimientos de GSI de los elementos 108 , 110 , 111 y 112. Luego hicieron un nuevo intento en el elemento 113, utilizando el mismo 209 Bi + 70La reacción de Zn que GSI había intentado sin éxito en 1998. A pesar del rendimiento mucho menor esperado que para la técnica de fusión en caliente del JINR con calcio-48, el equipo de Riken eligió usar la fusión en frío ya que los isótopos sintetizados se desintegrarían alfa a nucleidos hijos conocidos y producirían el descubrimiento es mucho más seguro y no requeriría el uso de objetivos radiactivos. [50] En particular, el isótopo 278 113 que se espera que se produzca en esta reacción se descompondrá en los 266 Bh conocidos , que habían sido sintetizados en 2000 por un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley. [51]

El bombardeo de 209 Bi con 70 Zn en Riken comenzó en septiembre de 2003. [52] El equipo detectó un solo átomo de 278 113 en julio de 2004 y publicó sus resultados en septiembre: [53]

209 83Bi + 70 30Zn→ 279 113 * → 278 113 +
norte

El equipo de Riken observó cuatro desintegraciones alfa de 278 113, creando una cadena de desintegración que pasa a través de 274 Rg, 270 Mt y 266 Bh antes de terminar con la fisión espontánea de 262 Db. [53] Los datos de desintegración que observaron para la desintegración alfa de 266 Bh coincidieron con los datos de 2000, lo que respalda su afirmación. La fisión espontánea de su hija 262 Db no se conocía previamente; el equipo estadounidense había observado solo la desintegración alfa de este nucleido. [51]

Camino a la confirmación [ editar ]

Cuando se afirma el descubrimiento de un nuevo elemento, el Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) se reúne para examinar las afirmaciones de acuerdo con sus criterios. para el descubrimiento de un nuevo elemento, y decide la prioridad científicay derechos de denominación de los elementos. De acuerdo con los criterios de JWP, un descubrimiento debe demostrar que el elemento tiene un número atómico diferente de todos los valores observados anteriormente. También es preferible que lo repitan otros laboratorios, aunque se ha renunciado a este requisito cuando los datos son de muy alta calidad. Dicha demostración debe establecer las propiedades, físicas o químicas, del nuevo elemento y establecer que son las de un elemento previamente desconocido. Las principales técnicas utilizadas para demostrar el número atómico son las reacciones cruzadas (creando nucleidos declarados como padres o hijos de otros nucleidos producidos por una reacción diferente) y el anclaje de cadenas de desintegración a nucleidos hijos conocidos. Para el JWP, la prioridad en la confirmación tiene prioridad sobre la fecha del reclamo original.Ambos equipos se propusieron confirmar sus resultados por estos métodos.[54]

Resumen de las cadenas de desintegración que atraviesan los isótopos del elemento 113 y terminan en el mendelevio (elemento 101) o antes. Las dos cadenas con nucleidos de borde en negrita fueron aceptadas por el JWP como evidencia de los descubrimientos del elemento 113 y sus padres, los elementos 115 y 117.

2004-2008 [ editar ]

En junio de 2004 y nuevamente en diciembre de 2005, la colaboración JINR-LLNL reforzó su afirmación del descubrimiento del elemento 113 mediante la realización de experimentos químicos en 268 Db , el producto de desintegración final de 288 115. Esto fue valioso ya que ninguno de los nucleidos en esta desintegración se conocían previamente, por lo que su afirmación no estaba respaldada por ningún dato experimental previo, y la experimentación química reforzaría el caso de su afirmación, ya que se conoce la química del dubnio. 268 Db se identificó con éxito extrayendo los productos de desintegración finales, midiendo las actividades de fisión espontánea (SF) y utilizando técnicas de identificación química para confirmar que se comportan como unelemento del grupo 5 (se sabe que el dubnio está en el grupo 5). [1] [55] Tanto la vida media como el modo de desintegración se confirmaron para los 268 Db propuestos, lo que respalda la asignación de los núcleos padre e hijo a los elementos 115 y 113, respectivamente. [55] [56] Experimentos adicionales en el JINR en 2005 confirmaron los datos de desintegración observados. [51]

En noviembre y diciembre de 2004, el equipo de Riken estudió la reacción de 205 Tl + 70 Zn, apuntando el haz de zinc a un objetivo de talio en lugar de bismuto, en un esfuerzo por producir directamente 274 Rg en un bombardeo cruzado, ya que es la hija inmediata. de 278 113. La reacción no tuvo éxito, ya que el objetivo de talio era físicamente débil en comparación con los objetivos de plomo y bismuto más comúnmente utilizados, y se deterioró significativamente y se volvió no uniforme en espesor. Se desconocen las razones de esta debilidad, dado que el talio tiene un punto de fusión más alto que el bismuto. [57] El equipo de Riken repitió el original 209 Bi + 70Zn reaccionó y produjo un segundo átomo de 278 113 en abril de 2005, con una cadena de desintegración que nuevamente terminó con la fisión espontánea de 262 Db. Los datos de desintegración fueron ligeramente diferentes de los de la primera cadena: esto podría deberse a que una partícula alfa escapó del detector sin depositar toda su energía, o porque algunos de los productos de desintegración intermedios se formaron en estados isoméricos metaestables . [51]

En 2006, un equipo de la Instalación de Investigación de Iones Pesados ​​en Lanzhou , China, investigó la reacción de 243 Am + 26 Mg, produciendo cuatro átomos de 266 Bh. Las cuatro cadenas comenzaron con una desintegración alfa a 262 Db; tres cadenas terminaron allí con fisión espontánea, como en las 278 113 cadenas observadas en Riken, mientras que la restante continuó a través de otra desintegración alfa a 258 Lr, como en las cadenas de 266 Bh observadas en LBNL. [54]

En junio de 2006, la colaboración JINR-LLNL afirmó haber sintetizado un nuevo isótopo del elemento 113 directamente al bombardear un objetivo de neptunio -237 con núcleos acelerados de calcio-48:

237 93Notario público + 48 20California→ 285 113 * → 282 113 + 3
norte

Se detectaron dos átomos de 282 113. El objetivo de este experimento había sido sintetizar los isótopos 281 113 y 282 113 que llenarían el espacio entre los isótopos producidos mediante fusión en caliente ( 283 113 y 284 113) y fusión fría ( 278 113). Después de cinco desintegraciones alfa, estos nucleidos alcanzarían los isótopos conocidos de lawrencio , asumiendo que las cadenas de desintegración no terminaron prematuramente por fisión espontánea. La primera cadena de desintegración terminó en fisión después de cuatro desintegraciones alfa, presumiblemente originadas en 266 Db o su hija de captura de electrones 266Rf. No se observó fisión espontánea en la segunda cadena incluso después de cuatro desintegraciones alfa. Se podría haber perdido una quinta desintegración alfa en cada cadena, ya que 266 Db teóricamente pueden sufrir desintegración alfa, en cuyo caso la primera cadena de desintegración habría terminado en el 262 Lr o 262 No conocido y la segunda podría haber continuado hasta el largo conocido. vivido 258Md, que tiene una vida media de 51,5 días, mayor que la duración del experimento: esto explicaría la ausencia de un evento de fisión espontáneo en esta cadena. En ausencia de una detección directa de las desintegraciones alfa de larga duración, estas interpretaciones siguen sin confirmarse y todavía no se conoce ningún vínculo entre los núclidos superpesados ​​producidos por la fusión en caliente y el conocido cuerpo principal de la tabla de núclidos. [58]

2009-2015 [ editar ]

El JWP publicó su informe sobre los elementos 113-116 y 118 en 2011. Reconoció que la colaboración JINR-LLNL había descubierto los elementos 114 y 116, pero no aceptó la afirmación de ninguno de los equipos sobre el elemento 113 y no aceptó las afirmaciones de JINR-LLNL de elementos 115 y 118. La afirmación JINR-LLNL de los elementos 115 y 113 se había fundado en la identificación química de su hijo dubnium, pero el JWP objetó que la teoría actual no podía distinguir entre los elementos superpesados ​​del grupo 4 y del grupo 5 por sus propiedades químicas con suficiente confianza para permitir esta asignación. [51]Las propiedades de desintegración de todos los núcleos de la cadena de desintegración del elemento 115 no se habían caracterizado previamente antes de los experimentos de JINR, una situación que el JWP generalmente considera "problemática, pero no necesariamente exclusiva", y con el pequeño número de átomos producidos con ninguno de los dos. hijas conocidas ni reacciones cruzadas el JWP consideró que sus criterios no se habían cumplido. [51] El JWP no aceptó la afirmación del equipo de Riken debido a las inconsistencias en los datos de desintegración, la pequeña cantidad de átomos del elemento 113 producidos y la falta de anclajes inequívocos a los isótopos conocidos. [51]

A principios de 2009, el equipo de Riken sintetizó el producto de desintegración 266 Bh directamente en la reacción de 248 Cm + 23 Na para establecer su vínculo con 278 113 como un bombardeo cruzado. También establecieron la desintegración ramificada de 262 Db, que a veces se sometía a una fisión espontánea y a veces a la desintegración alfa previamente conocida a 258 Lr. [59] [60]

A finales de 2009, la colaboración JINR-LLNL estudió la reacción de 249 Bk + 48 Ca en un esfuerzo por producir el elemento 117 , que se descompondría en los elementos 115 y 113 y reforzaría sus afirmaciones en una reacción cruzada. A ellos se unieron ahora científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) y la Universidad de Vanderbilt , ambas en Tennessee , Estados Unidos, [43] que ayudaron a obtener el raro y altamente radiactivo objetivo de berkelio necesario para completar la campaña de calcio-48 del JINR para sintetizar el elementos más pesados ​​en la tabla periódica. [43]Se sintetizaron dos isótopos del elemento 117, que se descomponen en el elemento 115 y luego en el elemento 113: [61]

249 97Bk + 48 20California→ 297117 * → 294117 + 3
norte
→ 290115 + α → 286113 + α
249 97Bk + 48 20California→ 297117 * → 293117 + 4
norte
→ 289115 + α → 285113 + α

Los nuevos isótopos 285 113 y 286 113 producidos no se superpusieron con los previamente reclamados 282 113, 283 113 y 284 113, por lo que esta reacción no se pudo utilizar como un bombardeo cruzado para confirmar las afirmaciones de 2003 o 2006. [54]

En marzo de 2010, el equipo de Riken nuevamente intentó sintetizar 274 Rg directamente a través de la reacción de 205 Tl + 70 Zn con equipo mejorado; volvieron a fallar y abandonaron esta ruta de bombardeo cruzado. [57]

Después de 450 días más de irradiación de bismuto con proyectiles de zinc, Riken produjo e identificó otros 278 113 átomos en agosto de 2012. [62] Aunque los precios de la electricidad se habían disparado desde el terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011 , y Riken había ordenado el cierre de los programas de aceleración. Para ahorrar dinero, se le permitió al equipo de Morita continuar con un experimento, y eligieron su intento de confirmar su síntesis del elemento 113. [63] En este caso, se observó una serie de seis desintegraciones alfa, que conducen a un isótopo de mendelevio :

278 113 →274 111Rg +
α
 → 270 109Monte +
α
 → 266 107Bh +
α
 → 262 105Db +
α
 → 258 103Lr +
α
 → 254 101Maryland +
α

Esta cadena de desintegración difería de las observaciones previas en Riken principalmente en el modo de desintegración de 262 Db, que previamente se observó que sufría una fisión espontánea, pero en este caso en cambio alfa se desintegraba; la desintegración alfa de 262 Db a 258 Lr es bien conocida . El equipo calculó que la probabilidad de una coincidencia accidental era de 10-28 , o totalmente insignificante. [62] El átomo de 254 Md resultante luego se sometió a la captura de electrones a 254 Fm , que experimentó la séptima desintegración alfa en la cadena a los 250 Cf de larga duración ., que tiene una vida media de alrededor de trece años. [64]

El experimento 249 Bk + 48 Ca se repitió en el JINR en 2012 y 2013 con resultados consistentes, y nuevamente en el GSI en 2014. [54] En agosto de 2013, un equipo de investigadores de la Universidad de Lund en Lund , Suecia, y en el GSI anunció que habían repetido el experimento de 2003 243 Am + 48 Ca, confirmando los hallazgos de la colaboración JINR-LLNL. [52] [65] El mismo año, el experimento de 2003 se repitió en el JINR, ahora también se creó el isótopo 289 115 que podría servir como un bombardeo cruzado para confirmar su descubrimiento del isótopo 293 del elemento 117117, así como su hija 285 113 como parte de su cadena de descomposición. [54] La confirmación de 288 115 y sus hijas fue publicada por el equipo del LBNL en 2015. [66]

Aprobación de descubrimientos [ editar ]

En diciembre de 2015, la IUPAC publicó las conclusiones de un nuevo informe del JWP en un comunicado de prensa, en el que se otorgó el elemento 113 a Riken; Los elementos 115, 117 y 118 fueron adjudicados a las colaboraciones que involucran al JINR. [67] Se había programado un anuncio conjunto de 2016 de la IUPAC y la IUPAP para que coincidiera con la publicación de los informes del JWP, pero la IUPAC por sí sola decidió una publicación anticipada porque la noticia de que a Riken se le otorgó crédito por el elemento 113 se había filtrado a los periódicos japoneses. [68] Por primera vez en la historia, un equipo de físicos asiáticos nombraría un nuevo elemento. [67] El JINR consideró inesperada la adjudicación del elemento 113 a Riken, citando su propia producción de 2003 de los elementos 115 y 113, y señalando los precedentes de los elementos 103, 104 y 105 donde IUPAC había otorgado crédito conjunto al JINR y LBNL. Afirmaron que respetaban la decisión de la IUPAC, pero se reservaban la determinación de su posición para la publicación oficial de los informes del JWP. [69]

Los informes completos del JWP se publicaron en enero de 2016. El JWP reconoció el descubrimiento del elemento 113, asignando prioridad a Riken. Notaron que si bien las energías de desintegración individuales de cada nucleido en la cadena de desintegración de 278113 eran inconsistentes, ahora se confirmó que su suma era consistente, sugiriendo fuertemente que los estados inicial y final en 278113 y su hija 262 Db eran los mismos para los tres eventos. La desintegración de 262 Db a 258 Lr y 254 Md se conocía previamente, anclando firmemente la cadena de desintegración de 278113 a regiones conocidas del gráfico de nucleidos. El JWP consideró que las colaboraciones JINR-LLNL de 2004 y 2007, que produjeron el elemento 113 como hija del elemento 115, no cumplían con los criterios de descubrimiento ya que no habían determinado de manera convincente los números atómicos de sus nucleidos mediante bombardeos cruzados, que se consideraron necesario ya que sus cadenas de desintegración no estaban ancladas a nucleidos previamente conocidos. También consideraron que las preocupaciones del JWP anterior sobre su identificación química de la hija dubnium no se habían abordado adecuadamente. El JWP reconoció que la colaboración JINR-LLNL-ORNL-Vanderbilt de 2010 había descubierto los elementos 117 y 115, y aceptó que el elemento 113 se había producido como su hija, pero no le dio crédito compartido a este trabajo. [54] [57] [70]

Después de la publicación de los informes de JWP, Sergey Dimitriev, director del laboratorio de Flerov en el JINR donde se hicieron los descubrimientos, comentó que estaba contento con la decisión de la IUPAC, y mencionó el tiempo que Riken pasó en su experimento y sus buenas relaciones con Morita. , que había aprendido los conceptos básicos de la síntesis de elementos superpesados ​​en el JINR. [43] [69]

El argumento suma presentado por el JWP en la aprobación del descubrimiento del elemento 113 fue criticado posteriormente en un estudio de mayo de 2016 de la Universidad de Lund y el GSI, ya que solo es válido si no se produce una desintegración gamma o conversión interna a lo largo de la cadena de desintegración. lo cual no es probable para núcleos impares, y la incertidumbre de las energías de desintegración alfa medidas en la cadena de desintegración 278 113 no era lo suficientemente pequeña como para descartar esta posibilidad. Si este es el caso, la similitud en las vidas de las hijas intermedias se convierte en un argumento sin sentido, ya que diferentes isómeros del mismo nucleido pueden tener diferentes vidas medias: por ejemplo, el estado fundamental de 180 Ta tiene una vida media de horas, pero una estado excitado 180m Tanunca se ha observado que se descomponga. Este estudio encontró motivos para dudar y criticar la aprobación de la IUPAC de los descubrimientos de los elementos 115 y 117, pero se encontró que los datos de Riken para el elemento 113 eran congruentes, y los datos del equipo de JINR para los elementos 115 y 113 probablemente lo eran. , respaldando así la aprobación de la IUPAC del descubrimiento del elemento 113. [71] [72] Dos miembros del equipo de JINR publicaron un artículo de revista refutando estas críticas contra la congruencia de sus datos sobre los elementos 113, 115 y 117 en junio de 2017. [73]

Nombrar [ editar ]

Kōsuke Morita e Hiroshi Matsumoto , celebrando el nombramiento el 1 de diciembre de 2016.

Usando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos , nihonium se conocería como eka-thallium . En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento debía llamarse ununtrium (con el símbolo correspondiente de Uut ), [74] un nombre de elemento sistemático como marcador de posición , hasta que se confirma el descubrimiento del elemento y se decide un nombre. . Las recomendaciones fueron ampliamente utilizadas en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, pero fueron ignoradas en su mayoría por los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 113", con el símbolo de E113 , (113), o incluso simplemente 113 . [1]

Antes de que el JWP reconociera su prioridad, el equipo japonés había sugerido extraoficialmente varios nombres: japonium , por su país de origen; [75] nishinanium , en honor al físico japonés Yoshio Nishina , el "padre fundador de la investigación de la física moderna en Japón"; [76] y rikenium , después del instituto. [75] Después del reconocimiento, el equipo de Riken se reunió en febrero de 2016 para decidir un nombre. Morita expresó su deseo de que el nombre honrara el hecho de que el elemento 113 había sido descubierto en Japón. Se consideró el japonium , lo que hizo que la conexión con Japón fuera fácil de identificar para los no japoneses, pero se rechazó como japonés.se considera un insulto étnico . El nombre nihonium fue elegido después de una hora de deliberación: proviene de nihon (日本) , una de las dos pronunciaciones japonesas del nombre de Japón. [77] Los descubridores también intentaron hacer referencia al apoyo de su investigación por parte de los japoneses (Riken es casi enteramente financiado por el gobierno), [78] recuperar el orgullo perdido y la confianza en la ciencia entre aquellos que fueron afectados por el desastre nuclear de Fukushima Daiichi . [79] y honrar el descubrimiento de renio del químico japonés Masataka Ogawa en 1908, que llamó "nipponium" con el símbolo Np después de la otra pronunciación japonesa del nombre de Japón. [70] Como no se había aceptado la afirmación de Ogawa, el nombre "nipponium" no podía reutilizarse para un nuevo elemento, y su símbolo Np se había utilizado desde entonces para neptunio . [k] En marzo de 2016, Morita propuso el nombre "nihonium" a la IUPAC, con el símbolo Nh. [70] El nombramiento hizo realidad lo que había sido un sueño nacional en la ciencia japonesa desde la afirmación de Ogawa. [63]

La ex presidenta de la IUPAP, Cecilia Jarlskog , se quejó en el Simposio Nobel sobre Elementos Superpesados ​​en el Castillo de Bäckaskog , Suecia, en junio de 2016, sobre la falta de apertura involucrada en el proceso de aprobación de nuevos elementos, y afirmó que creía que el trabajo del JWP era defectuoso y debe ser rehecho por un nuevo JWP. Una encuesta de físicos determinó que muchos sintieron que las críticas de Lund-GSI 2016 al informe JWP estaban bien fundadas, pero que las conclusiones se mantendrían si se rehacía el trabajo, y el nuevo presidente, Bruce McKellar , dictaminó que los nombres propuestos debe publicarse en un comunicado de prensa conjunto IUPAP-IUPAC. [68] Así, la IUPAC y la IUPAP dieron a conocer la propuesta de nihonium ese mes de junio,[79] y fijó un plazo de cinco meses para recopilar comentarios, después de lo cual el nombre se establecería formalmente en una conferencia. [82] [83] El nombre fue aprobado oficialmente en noviembre de 2016. [84] La ceremonia de nombramiento del nuevo elemento se llevó a cabo en Tokio , Japón, en marzo de 2017, con lapresencia de Naruhito , entonces Príncipe Heredero de Japón. [85]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de nihonium
Lista de isótopos de nihonium
IsótopoVida media [l]
Modo de decaimiento
Año de descubrimiento [86]
Reacción de descubrimiento [87]
ValorÁrbitro
278 Nh2,3 ms[86]α2004209 Bi ( 70 Zn, n)
282 Nh73 ms[88]α2007237 Np ( 48 Ca, 3n)
283 Nh75 ms[88]α2004287 Mc (-, α)
284 Nh0,91 segundos[88]α, EC2004288 Mc (-, α)
285 Nh4,2 s[88]α2010289 Mc (-, α)
286 Nh9,5 segundos[88]α2010290 Mc (-, α)
287 Nh [m]5,5 segundos[8]α1999287 Fl (e - , ν e )
290 Nh [m]2 s[9]α1998290 Fl (e - , ν e )

El nihonium no tiene isótopos estables o de origen natural. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea fusionando dos átomos o observando la desintegración de elementos más pesados. Se han informado ocho isótopos diferentes de nihonium con masas atómicas 278, 282-287 y 290 ( 287 Nh y 290 Nh no están confirmados); todos se desintegran por desintegración alfa a isótopos de roentgenio ; [89] ha habido indicios de que el nihonium-284 también puede decaer por captura de electrones a copernicium -284. [90]

Estabilidad y semividas [ editar ]

Un gráfico de nucleidos pesados ​​con sus semividas conocidas y predichas (nucleidos conocidos mostrados con bordes). Se espera que el nihonium (fila 113) esté dentro de la "isla de estabilidad" (círculo blanco) y, por lo tanto, sus núcleos son un poco más estables de lo que se hubiera predicho de otro modo; los isótopos de nihonium conocidos son demasiado pobres en neutrones para estar dentro de la isla.

La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, cuya vida media es más de diez mil veces más larga que la de cualquier elemento posterior. Todos los isótopos con un número atómico superior a 101 sufren desintegración radiactiva con vidas medias de menos de 30 horas: esto se debe a la repulsión cada vez mayor de Coulomb de los protones, por lo que la fuerte fuerza nuclear 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 103 protones . Los investigadores en la década de 1960 sugirieron que los proyectiles nucleares cerradosalrededor de 114 protones y 184 neutrones deberían contrarrestar esta inestabilidad y crear una " isla de estabilidad " que contenga nucleidos con vidas medias que alcancen los miles o millones de años. La existencia de la isla aún no está probada, pero la existencia de los elementos superpesados (incluido el nihonium) confirma que el efecto estabilizador es real y, en general, los nucleidos superpesados ​​conocidos se vuelven más longevos a medida que se acercan a la ubicación prevista de la isla. [91] [92]

Todos los isótopos de nihonium son inestables y radiactivos; los isótopos de nihonium más pesados ​​son más estables que los más ligeros, ya que están más cerca del centro de la isla. El isótopo de nihonium más estable conocido, 286 Nh, es también el más pesado; tiene una vida media de 8 segundos. También se ha informado que el isótopo 285 Nh, así como los 287 Nh y 290 Nh no confirmados , tienen vidas medias de más de un segundo. Los isótopos 284 Nh y 283 Nh tienen vidas medias de 1 y 0,1 segundos, respectivamente. Los dos isótopos restantes tienen una vida media de entre 0,1 y 100 milisegundos: 282 Nh tiene una vida media de 70 milisegundos y 278Nh, el isótopo de nihonium más ligero conocido, es también el de vida más corta, con una vida media de 1,4 milisegundos. Este rápido aumento en las vidas medias cerca de la capa de neutrones cerrada en N = 184 se observa en roentgenium, copernicium y nihonium (elementos 111 a 113), donde cada neutrón extra hasta ahora multiplica la vida media por un factor de 5 para 20. [92] [93]

Propiedades previstas [ editar ]

Se han medido muy pocas propiedades del nihonium o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y cara [16] y al hecho de que se deteriora muy rápidamente. Las propiedades del nihonium en su mayoría siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Físico y atómico [ editar ]

Niveles de energía atómica de los electrones s, pyd más externos del talio y el nihonio [94]

El nihonium es el primer miembro de la serie de elementos 7p y el elemento más pesado del grupo 13 en la tabla periódica, por debajo del boro , el aluminio , el galio , el indio y el talio . Todos los elementos del grupo 13, excepto el boro, son metales, y se espera que el nihonium siga su ejemplo. Se prevé que el nihonium muestre muchas diferencias con respecto a sus homólogos más ligeros. La razón principal de esto es la interacción espín-órbita (SO) , que es especialmente fuerte para los elementos superpesados , porque sus electrones se mueven mucho más rápido que en los átomos más ligeros, a velocidades cercanas a la velocidad de la luz . [5]En relación con los átomos de nihonium, reduce los niveles de energía de los electrones 7s y 7p (estabilizando esos electrones), pero dos de los niveles de energía de los electrones 7p se estabilizan más que los otros cuatro. [95] La estabilización de los electrones 7s se llama efecto de par inerte , y la separación de la subcapa 7p en las partes más y menos estabilizadas se denomina división de subcapa. Los químicos computacionales ven la división 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. [5] [n] A efectos teóricos, la configuración del electrón de valencia puede representarse para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s 2 7p 1/2 1 . [1] Se espera que la primera energía de ionización del nihonium sea 7.306  eV , la más alta entre los metales del grupo 13. [1] Debería existir una división de subcapa similar para los niveles de electrones 6d, siendo cuatro 6d 3/2 y seis 6d 5/2 . Ambos niveles se elevan para acercarse en energía a los de 7, lo suficientemente altos como para posiblemente ser químicamente activos. Esto permitiría la posibilidad de compuestos de nihonium exóticos sin análogos más ligeros del grupo 13. [95]

Las tendencias periódicas predecirían que el nihonium tiene un radio atómico mayor que el del talio debido a que está un período más abajo en la tabla periódica, pero los cálculos sugieren que el nihonium tiene un radio atómico de aproximadamente 170 pm, el mismo que el del talio, debido a la estabilización relativista y contracción de sus orbitales 7s y 7p 1/2 . Por lo tanto, se espera que el nihonium sea mucho más denso que el talio, con una densidad prevista de aproximadamente 16 a 18 g / cm 3 en comparación con los 11,85 g / cm 3 del talio, ya que los átomos de nihonium son más pesados ​​que los de talio pero tienen el mismo volumen. [1] [94] Se espera que el nihonium a granel tenga una estructura cristalina hexagonal compacta , como el talio. [6]Se ha previsto que los puntos de fusión y ebullición del nihonium sean 430 ° C y 1100 ° C respectivamente, superando los valores del galio, indio y talio, siguiendo tendencias periódicas. [1] [2] El nihonium debe tener un módulo de volumen de 20,8 GPa, aproximadamente la mitad que el talio (43 GPa). [7]

Química [ editar ]

Se espera que la química del nihonium sea muy diferente a la del talio. Esta diferencia se debe a la división de giro-órbita de la capa 7p, lo que da como resultado que el nihonium se encuentre entre dos elementos de capa cerrada relativamente inertes ( copernicium y flerovium ), una situación sin precedentes en la tabla periódica. [96] Se espera que el nihonium sea menos reactivo que el talio, debido a la mayor estabilización y la inactividad química resultante de la subcapa 7s en nihonium en comparación con la subcapa 6s en talio. [4] Se prevé que el potencial de electrodo estándar para el par Nh + / Nh sea de 0,6 V. El nihonium debería ser un metal bastante noble . [4]

Los elementos del grupo metálico 13 se encuentran típicamente en dos estados de oxidación : +1 y +3. El primero es el resultado de la participación de un solo electrón p en el enlace, y el segundo da como resultado la participación de los tres electrones de valencia, dos en la subcapa s y uno en la subcapa p. Al descender por el grupo, las energías de enlace disminuyen y el estado +3 se vuelve menos estable, ya que la energía liberada al formar dos enlaces adicionales y alcanzar el estado +3 no siempre es suficiente para superar la energía necesaria para involucrar a los electrones s. Por lo tanto, para el aluminio y el galio, +3 es el estado más estable, pero +1 gana importancia para el indio y para el talio se vuelve más estable que el estado +3. Se espera que el nihonium continúe esta tendencia y tenga +1 como su estado de oxidación más estable. [1]

El compuesto de nihonium más simple posible es el monohidruro, NhH. El enlace es proporcionado por el electrón 7p 1/2 del nihonium y el electrón 1s del hidrógeno. La interacción SO hace que la energía de unión del monohidruro de nihonium se reduzca en aproximadamente 1 eV [1] y la longitud del enlace nihonium-hidrógeno disminuya a medida que el orbital de enlace 7p 1/2 se contrae relativistamente. Esto es único entre los monohídridos del elemento 7p; todos los demás tienen expansión relativista de la longitud del enlace en lugar de contracción. [97] Otro efecto de la interacción SO es que se espera que el enlace Nh-H tenga un carácter de enlace pi significativo (superposición orbital de lado a lado), a diferencia del enlace casi puroenlace sigma (superposición orbital frontal) en monohidruro de talio (TlH). [98] También debería existir el monofluoruro análogo (Nh F ). [94] Se predice que el nihonium (I) es más similar a la plata (I) que al talio (I): [1] se espera que el ion Nh + se una con más voluntad a los aniones , por lo que el NhCl debería ser bastante soluble en exceso de ácido clorhídrico o amoniaco ; TlCl no lo es. En contraste con Tl + , que forma el hidróxido fuertemente básico ( TlOH ) en solución, el Nh +En cambio, el catión debería hidrolizarse hasta el óxido anfótero Nh 2 O, que sería soluble en amoniaco acuoso y débilmente soluble en agua. [4]

Se espera que el comportamiento de adsorción del nihonium sobre superficies de oro en experimentos termocromatográficos sea más cercano al del astato que al del talio. La desestabilización de la subcapa 7p 3/2 conduce efectivamente a una capa de valencia que se cierra en la configuración 7s 2  7p 2 en lugar de la configuración esperada 7s 2  7p 6 con su octeto estable. Como tal, el nihonium, como el astato, puede considerarse un electrón p menos que una capa de valencia cerrada. Por lo tanto, aunque el nihonium está en el grupo 13, tiene varias propiedades similares a los elementos del grupo 17. ( Tennessineen el grupo 17 tiene algunas propiedades similares al grupo 13, ya que tiene tres electrones de valencia fuera de la capa cerrada 7s 2  7p 2 . [99] ) Se espera que el nihonium pueda ganar un electrón para alcanzar esta configuración de capa cerrada, formando el estado de oxidación -1 como los halógenos ( flúor , cloro , bromo , yodo y astato). Este estado debería ser más estable que para el talio, ya que la división de SO de la subcapa 7p es mayor que la de la subcapa 6p. [5] El nihonium debería ser el más electronegativo de los elementos metálicos del grupo 13, [1]incluso más electronegativo que el tennessine, el congénere del período 7 de los halógenos: en los compuestos NhT, se espera que la carga negativa esté en el átomo de nihonium en lugar del átomo de tennessine. [94] La oxidación -1 debería ser más estable para el nihonium que para el tennessine. [1] [100] Se calcula que la afinidad electrónica del nihonium es de alrededor de 0,68 eV, más alta que la del talio a 0,4 eV; Se espera que la de tennessine sea de 1.8 eV, la más baja de su grupo. [1] Se predice teóricamente que el nihonium debería tener una entalpía de sublimación de alrededor de 150 kJ / mol y una entalpía de adsorción en una superficie de oro alrededor de -159 kJ / mol. [101]

NhCl
3 se predice que tendrá forma de T.

Se espera una participación significativa de 6d en el enlace Nh-Au, aunque se espera que sea más inestable que el enlace Tl-Au y se deba enteramente a interacciones magnéticas. Esto plantea la posibilidad de algún carácter de metal de transición para el nihonium. [96] Sobre la base de la pequeña brecha de energía entre los electrones 6d y 7s, se han sugerido los estados de oxidación más altos +3 y +5 para el nihonium. [1] [4] Algunos compuestos simples con nihonium en el estado de oxidación +3 serían el trihidruro (NhH 3 ), trifluoruro (NhF 3 ) y tricloruro (Nh Cl 3 ). Se predice que estas moléculas tienen forma de T y no planas trigonales como suLos análogos de boro son: [o] esto se debe a la influencia de los electrones 6d 5/2 en el enlace. [98] [p] El tribromuro de nihonium (Nh Br 3 ) y el triyoduro (Nh I 3 ) más pesados son planos trigonales debido al aumento de la repulsión estérica entre los átomos periféricos; en consecuencia, no muestran una participación significativa de 6d en su unión, aunque la gran brecha de energía 7s-7p significa que muestran una hibridación sp 2 reducida en comparación con sus análogos de boro. [98]

La unión en las moléculas más ligeras de NhX 3 se puede considerar como la de un NhX lineal .+
2especies (similar a HgF 2 o AuF-
2) con un enlace Nh-X adicional que involucra el orbital 7p del nihonium perpendicular a los otros dos ligandos. Se espera que todos estos compuestos sean muy inestables ante la pérdida de una molécula X 2 y la reducción a nihonium (I): [98]

NhX 3 → NhX + X 2

El nihonium continúa así la tendencia descendente del grupo 13 de estabilidad reducida del estado de oxidación +3, ya que los cinco de estos compuestos tienen energías de reacción más bajas que el yoduro de talio (III) desconocido. [q] El estado +3 se estabiliza para el talio en complejos aniónicos como TlI-
4, y se espera que la presencia de un posible sitio de coordinación vacante en los trihaluros de nihonium en forma de T más ligeros permita una estabilización similar de NhF-
4y tal vez NhCl-
4. [98]

El estado de oxidación +5 es desconocido para todos los elementos más ligeros del grupo 13: los cálculos predicen que el pentahidruro de nihonium (NhH 5 ) y el pentafluoruro (NhF 5 ) deberían tener una geometría molecular piramidal cuadrada , pero también que ambos serían altamente termodinámicamente inestables a la pérdida de un X 2 molécula y reducción a nihonium (III). A pesar de su inestabilidad, la posible existencia de pentafluoruro de nihonium se debe enteramente a efectos relativistas que permiten que los electrones 6d participen en el enlace. Nuevamente, se espera cierta estabilización para complejos aniónicos, como NhF-
6. Las estructuras de las moléculas de trifluoruro de nihonio y pentafluoruro son las mismas que las del trifluoruro de cloro y pentafluoruro . [98]

Química experimental [ editar ]

Las características químicas del nihonium aún no se han determinado de manera inequívoca. [101] [106] Los isótopos 284 Nh, 285 Nh y 286 Nh tienen vidas medias lo suficientemente largas para la investigación química. [101] De 2010 a 2012, se realizaron algunos experimentos químicos preliminares en el JINR para determinar la volatilidad del nihonium. Se investigó el isótopo 284 Nh, obtenido como la hija de 288 Mc producido en la reacción de 243 Am + 48 Ca. Los átomos de nihonium se sintetizaron en una cámara de retroceso y luego se llevaron a lo largo de politetrafluoroetileno(PTFE) a 70 ° C por un gas portador a los detectores cubiertos de oro. Se produjeron alrededor de diez a veinte átomos de 284 Nh, pero ninguno de estos átomos fue registrado por los detectores, lo que sugiere que el nihonium era similar en volatilidad a los gases nobles (y por lo tanto se difundió demasiado rápido para ser detectado) o, más plausiblemente, que el nihonium puro no era muy volátil y, por tanto, no podía atravesar eficazmente los capilares de PTFE. [101] La formación del hidróxido NhOH debería facilitar el transporte, ya que se espera que el hidróxido de nihonium sea más volátil que el nihonium elemental, y esta reacción podría facilitarse añadiendo más vapor de agua.en el gas portador. Parece probable que esta formación no se vea favorecida cinéticamente, por lo que los isótopos de vida más larga 285 Nh y 286 Nh se consideraron más deseables para experimentos futuros. [101] [107]

Un experimento de 2017 en el JINR, que produjo 284 Nh y 285 Nh a través de la reacción de 243 Am + 48 Ca como las hijas de 288 Mc y 289 Mc, evitó este problema al eliminar la superficie de cuarzo, utilizando solo PTFE. No se observaron átomos de nihonium después de la separación química, lo que implica una retención inesperadamente grande de átomos de nihonium en las superficies de PTFE. Este resultado experimental para el límite de interacción de átomos de nihonium con una superficie de PTFE (−Δ HAnuncios de PTFE
(Nh)> 45 kJ / mol) discrepa significativamente con la teoría anterior, que esperaba un valor menor de 14,00 kJ / mol. Esto sugiere que la especie de nihonium involucrada en el experimento anterior probablemente no era nihonium elemental sino hidróxido de nihonium, y que serían necesarias técnicas de alta temperatura como la cromatografía al vacío para investigar más el comportamiento del nihonium elemental. [108] Bromo saturado con tribromuro de borose ha sugerido como gas portador para experimentos sobre química del nihonium; esto oxida el talio del congénere más ligero del nihonium a talio (III), proporcionando una vía para investigar los estados de oxidación del nihonium, similar a experimentos anteriores realizados con los bromuros de elementos del grupo 5, incluido el dubnio superpesado . [109]

Ver también [ editar ]

Notas [ editar ]

  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 tan pesado. El término "elementos superpesados" se refiere típicamente a elementos con número atómico mayor que 103 (aunque existen otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [11] o 112 ; [12] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de laseriehipotética de superactínidos ). [13] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de gran masa (para el elemento dado) y núcleos de gran masa, respectivamente.
  2. ^ En 2009, un equipo de JINR dirigido por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hassium en unareacciónsimétrica 136 Xe +  136 Xe. No pudieron observar un solo átomo en tal reacción, poniendo el límite superior en la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, como 2.5  pb . [14] En comparación, la reacción que resultó en el descubrimiento de hassio, 208 Pb + 58 Fe, tenía una sección transversal de ~ 20 pb (más específicamente, 19+19
    −11     pb), según lo estimado por los descubridores. [15]
  3. ^ Cuanto mayor es la energía de excitación, más neutrones se expulsan. Si la energía de excitación es menor que la energía que une cada neutrón al resto del núcleo, no se emiten neutrones; en cambio, el núcleo compuesto se desexcita emitiendo un rayo gamma . [19]
  4. ^ La definición del Grupo de Trabajo Conjunto IUPAC / IUPAP establece que un elemento químico solo puede reconocerse como descubierto si un núcleo del mismo no se ha descompuesto en 10-14 segundos. Este valor se eligió como una estimación del tiempo que tarda un núcleo en adquirir sus electrones externosy mostrar así sus propiedades químicas. [20] Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [21]
  5. ^ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes se mueven más allá del objetivo más lentamente que los núcleos del haz sin reaccionar. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se cancelan para una velocidad específica de una partícula. [23] Dicha separación también puede ser ayudada por una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de los dos puede permitir estimar la masa de un núcleo. [24]
  6. ^ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [29]
  7. ^ 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 más pesados. [30] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [31] 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). [32]
  8. ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [33] un destacado científico del JINR, y por lo tanto fue un "caballo de batalla" para la instalación. [34] Por el contrario, los científicos de LBL creían que la información de fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no se había estudiado lo suficiente como para usarla para la identificación de un nuevo elemento, ya que existía la dificultad de establecer que un núcleo compuesto solo había expulsado neutrones y no partículas cargadas como protones o partículas alfa. [21] Por lo tanto, prefirieron vincular nuevos isótopos a los ya conocidos mediante sucesivas desintegraciones alfa. [33]
  9. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 se identificó erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [35] No hubo afirmaciones definitivas anteriores sobre la creación de este elemento, y sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos, nobelium , le asignaron un nombre. Más tarde se demostró que la identificación era incorrecta. [36] Al año siguiente, LBNL no pudo reproducir los resultados suecos y, en cambio, anunció su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [36] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento.joliotium ; [37] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego se refirió al nombre del elemento 102 como "apresurado"). [38] El nombre "nobelio" se mantuvo sin cambios debido a su uso generalizado. [39]
  10. ^ Los elementos transactínidos , como el nihonium, se producen por fusión nuclear . Estas reacciones de fusión se pueden dividir en fusión "caliente" y "fría", dependiendo de la energía de excitación del núcleo compuesto producido. La "fusión fría" en el contexto de la síntesis de elementos superpesados ​​es un concepto distinto de la idea de que la fusión nuclear se puede lograr en condiciones de temperatura ambiente. [40] En reacciones de fusión en caliente, los proyectiles ligeros de alta energía se aceleran hacia objetivos pesados ​​( actínidos ), creando núcleos compuestos con alta energía de excitación (~ 40-50  MeV ) que pueden fisionarse o, alternativamente, emitir varios (3 a 5) neutrones. [41]Las reacciones de fusión en frío utilizan proyectiles más pesados, generalmente del cuarto período , y objetivos más livianos, generalmente plomo y bismuto . Los núcleos fusionados producidos tienen una energía de excitación relativamente baja (~ 10-20 MeV), lo que disminuye la probabilidad de que experimenten reacciones de fisión. A medida que los núcleos fusionados se enfrían hasta el estado fundamental , emiten solo uno o dos neutrones. La fusión en caliente produce más productos ricos en neutrones porque los actínidos tienen las proporciones más altas de neutrones a protones de todos los elementos, y actualmente es el único método para producir los elementos superpesados ​​a partir de flerovium (elemento 114) en adelante. [42]
  11. ↑ El neptunio había sido reportado por primera vez en Riken por Nishina y Kenjiro Kimura en 1940, quienes no obtuvieron derechos de denominación porque no podían separar químicamente e identificar su descubrimiento. [80] [81]
  12. ^ Las diferentes fuentes dan diferentes valores para las vidas medias; se enumeran los valores publicados más recientemente.
  13. ^ a b Este isótopo no está confirmado
  14. ^ El número cuántico corresponde a la letra del nombre del orbital del electrón: 0 as, 1 ap, 2 ad, etc.
  15. ^ Entre los elementos estables del grupo 13, solo el boro forma haluros monoméricos en condiciones estándar; los de aluminio, galio, indio y talio forman estructuras reticulares iónicas o (en algunos casos) se dimerizan. [102] [103]
  16. ↑ Se espera el efecto opuesto para el miembro superpesado del grupo 17, tennessine, debido a la estabilización relativista delorbital7p 1/2 : así, IF 3 tiene forma de T, perose espera queTsF 3 sea ​​trigonal planar. [104]
  17. ^ El compuesto con estequiometría TlI 3 es un compuesto de talio (I) que involucra elanión triyoduro , I-
    3    . [105]

Referencias [ editar ]

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Bibliografía [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con Nihonium en Wikimedia Commons
  • Nihonium en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
  • Uut y Uup suman su masa atómica a la tabla periódica
  • Descubrimiento de los elementos 113 y 115
  • Elementos superpesados
  • WebElements.com: Nihonium