Tennessine es un elemento químico sintético con el símbolo Ts y número atómico 117. Es el segundo elemento más pesado conocido y el penúltimo elemento del séptimo período de la tabla periódica .
Tennessine | ||||||||||||||||
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Pronunciación | / T ɛ n ɪ s i n / [1] | |||||||||||||||
Apariencia | semimetálico (predicho) [2] | |||||||||||||||
Número de masa | [294] | |||||||||||||||
Tennessine en la tabla periódica | ||||||||||||||||
Número atómico ( Z ) | 117 | |||||||||||||||
Grupo | grupo 17 (halógenos) | |||||||||||||||
Período | período 7 | |||||||||||||||
Cuadra | bloque p | |||||||||||||||
Configuración electronica | [ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 5 (predicho) [3] | |||||||||||||||
Electrones por capa | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 (predicho) | |||||||||||||||
Propiedades físicas | ||||||||||||||||
Fase en STP | sólido (previsto) [3] [4] | |||||||||||||||
Punto de fusion | 623–823 K (350–550 ° C, 662–1022 ° F) (predicho) [3] | |||||||||||||||
Punto de ebullición | 883 K (610 ° C, 1130 ° F) (previsto) [3] | |||||||||||||||
Densidad (cerca de rt ) | 7,1–7,3 g / cm 3 (extrapolado) [4] | |||||||||||||||
Propiedades atómicas | ||||||||||||||||
Estados de oxidación | (−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (predicho) [2] [3] | |||||||||||||||
Energías de ionización |
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Radio atómico | empírico: 138 p. m . (previsto) [4] | |||||||||||||||
Radio covalente | 156-157 pm (extrapolado) [4] | |||||||||||||||
Otras propiedades | ||||||||||||||||
Ocurrencia natural | sintético | |||||||||||||||
Número CAS | 54101-14-3 | |||||||||||||||
Historia | ||||||||||||||||
Nombrar | después de la región de Tennessee | |||||||||||||||
Descubrimiento | Instituto Conjunto de Investigación Nuclear , Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Universidad de Vanderbilt y Laboratorio Nacional Oak Ridge (2009) | |||||||||||||||
Isótopos principales de tennessine | ||||||||||||||||
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El descubrimiento de tennessine fue anunciado oficialmente en Dubna , Rusia, por una colaboración ruso-estadounidense en abril de 2010, lo que lo convierte en el elemento descubierto más recientemente a partir de 2021 [actualizar]. Uno de sus isótopos hijos se creó directamente en 2011, lo que confirma parcialmente los resultados del experimento. El experimento en sí fue repetido con éxito por la misma colaboración en 2012 y por un equipo conjunto germano-estadounidense en mayo de 2014. En diciembre de 2015, el Grupo de Trabajo Conjunto de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y la Unión Internacional de Química Pura y Física Aplicada , que evalúa las afirmaciones de descubrimiento de nuevos elementos, reconoció el elemento y asignó la prioridad al equipo ruso-estadounidense. En junio de 2016, la IUPAC publicó una declaración en la que afirmaba que los descubridores habían sugerido el nombre tennessine en honor a Tennessee , Estados Unidos, nombre que se adoptó oficialmente en noviembre de 2016. [a]
Tennessine puede estar ubicado en la " isla de estabilidad ", un concepto que explica por qué algunos elementos superpesados son más estables en comparación con una tendencia general de estabilidad decreciente para elementos más allá del bismuto en la tabla periódica. Los átomos de tennessine sintetizados han durado decenas y cientos de milisegundos . En la tabla periódica, se espera que tennessine sea un miembro del grupo 17, todos los demás miembros del cual son halógenos . [b] Algunas de sus propiedades pueden diferir significativamente de las de los halógenos debido a efectos relativistas . Como resultado, se espera que la tennessina sea un metal volátil que no forma aniones ni alcanza estados de oxidación elevados . No obstante, se espera que algunas propiedades clave, como sus puntos de fusión y ebullición y su primera energía de ionización , sigan las tendencias periódicas de los halógenos.
Introducción
Video externo | |
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Visualización de fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia [9] |
Los núcleos atómicos [c] más pesados se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual [d] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. [15] 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 interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero solo 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. [16] 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. [16] [17] 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 , [e] que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y 16 segundos después de la colisión inicial. [18] [f]
El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. [21] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [g] 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. [21] La transferencia tarda entre 10 y 6 segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [24] El núcleo se registra de nuevo una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de desintegración. [21]
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. [25] Los núcleos de los elementos más pesados se predicen teóricamente [26] y hasta ahora se ha observado [27] que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración causados por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea ; [h] 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. [i] La fisión espontánea, sin embargo, produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no se puede determinar a partir de sus hijas. [j]
La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados 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 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. [k]
Historia
Pre-descubrimiento
En diciembre de 2004, el equipo del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Óblast de Moscú , Rusia, propuso un experimento conjunto con el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en Oak Ridge , Tennessee , Estados Unidos, para sintetizar el elemento 117, por lo que -Llamado por los 117 protones en su núcleo . Su propuesta consistía en fusionar un objetivo de berkelio (elemento 97) y un haz de calcio (elemento 20), realizado mediante el bombardeo del objetivo de berkelio con núcleos de calcio: [39] esto completaría una serie de experimentos realizados en el JINR sobre la fusión de actínidos. objetivos con un haz de calcio-48, que había producido hasta ahora los nuevos elementos 113 - 116 y 118 . El ORNL —en ese entonces el único productor mundial de berkelio— no pudo entonces proporcionar el elemento, ya que habían cesado temporalmente la producción [39] y reiniciarlo sería demasiado costoso. [40] Los planes para sintetizar el elemento 117 se suspendieron a favor de la confirmación del elemento 118, que se había producido a principios de 2002 al bombardear un objetivo de californio con calcio. [41] El berkelio-249 requerido es un subproducto en la producción de californio-252, y obtener la cantidad requerida de berkelio fue una tarea aún más difícil que obtener la de californio, además de costosa: costaría alrededor de 3,5 millones de dólares y las partes acordaron esperar un pedido comercial de producción de californio, del cual se podría extraer berkelio. [40] [42]
El equipo del JINR buscó utilizar berkelio porque el calcio-48 , el isótopo de calcio utilizado en el haz, tiene 20 protones y 28 neutrones, lo que hace una relación neutrón-protón de 1,4; y es el núcleo estable o casi estable más ligero con un exceso de neutrones tan grande. El segundo núcleo más ligero de este tipo, el paladio-110 (46 protones, 64 neutrones, relación neutrón-protón de 1.391), es mucho más pesado. Gracias al exceso de neutrones, se esperaba que los núcleos resultantes fueran más pesados y más cercanos a la buscada isla de estabilidad . [l] De los 117 protones previstos, el calcio tiene 20, por lo que necesitaban usar berkelio, que tiene 97 protones en su núcleo. [43]
En febrero de 2005, el líder del equipo JINR, Yuri Oganessian , presentó un coloquio en ORNL. También asistieron representantes del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, que había trabajado anteriormente con JINR en el descubrimiento de los elementos 113-116 y 118, y Joseph Hamilton de la Universidad de Vanderbilt , colaborador de Oganessian. [45]
Hamilton verificó si el reactor de alto flujo ORNL producía californio para un pedido comercial: el berkelio requerido podría obtenerse como un subproducto. Se enteró de que no era así y no había ninguna expectativa de tal orden en el futuro inmediato. Hamilton siguió monitoreando la situación, haciendo las comprobaciones de vez en cuando. (Más tarde, Oganessian se refirió a Hamilton como "el padre de 117" por hacer este trabajo). [45]
Descubrimiento
ORNL reanudó la producción de californio en la primavera de 2008. Hamilton notó el reinicio durante el verano e hizo un trato sobre la extracción posterior de berkelio [46] (el precio era de unos 600.000 dólares). [15] Durante un simposio de septiembre de 2008 en la Universidad de Vanderbilt en Nashville , Tennessee, que celebraba sus 50 años en la facultad de Física, presentó a Oganessian a James Roberto (entonces subdirector de ciencia y tecnología en ORNL). [47] Establecieron una colaboración entre JINR, ORNL y Vanderbilt; [42] Pronto se invitó a unirse al equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en Livermore , California , EE. UU. [48]
En noviembre de 2008, el Departamento de Energía de Estados Unidos , que supervisaba el reactor en Oak Ridge , permitió el uso científico del berkelio extraído. [48] La producción duró 250 días y finalizó a finales de diciembre de 2008, [49] resultando en 22 miligramos de berkelio, suficiente para realizar el experimento. [50] En enero de 2009, el berkelio se eliminó del reactor de isótopos de alto flujo de ORNL; [48] Posteriormente se enfrió durante 90 días y luego se procesó en el Centro de Desarrollo e Ingeniería Radioquímica de ORNL para separar y purificar el material de berkelio, lo que llevó otros 90 días. [42] Su vida media es de solo 330 días: después de ese tiempo, la mitad del berkelio producido se habría descompuesto . Debido a esto, el objetivo de berkelio tuvo que ser transportado rápidamente a Rusia; para que el experimento fuera viable, tenía que completarse dentro de los seis meses posteriores a su salida de los Estados Unidos. [42] El objetivo fue empaquetado en cinco contenedores de plomo para volar desde Nueva York a Moscú. [42]
Los funcionarios de aduanas rusos se negaron dos veces a permitir que el objetivo ingresara al país debido a documentación faltante o incompleta. En el lapso de unos pocos días, el objetivo viajó sobre el Océano Atlántico cinco veces. [42] A su llegada a Rusia en junio de 2009, el berkelio fue inmediatamente transferido al Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (RIAR) en Dimitrovgrad , Ulyanovsk Oblast , donde fue depositado como una capa delgada de 300 nanómetros sobre una película de titanio . [49] En julio de 2009, fue transportado a Dubna, [49] donde fue instalado en el acelerador de partículas en el JINR. [50] El haz de calcio-48 se generó extrayendo químicamente las pequeñas cantidades de calcio-48 presentes en el calcio natural, enriqueciéndolo 500 veces. [ cita requerida ] Este trabajo se realizó en la ciudad cerrada de Lesnoy , Óblast de Sverdlovsk , Rusia. [48]
El experimento comenzó a finales de julio de 2009. [48] En enero de 2010, los científicos del Laboratorio de Reacciones Nucleares de Flerov anunciaron internamente que habían detectado la desintegración de un nuevo elemento con número atómico 117 a través de dos cadenas de desintegración: una de un impar-impar el isótopo que experimenta 6 desintegraciones alfa antes de la fisión espontánea , y uno de un isótopo par-impar que experimenta 3 desintegraciones alfa antes de la fisión. [51] Los datos obtenidos del experimento se enviaron al LLNL para su posterior análisis. [52] El 9 de abril de 2010, se publicó un informe oficial en la revista Physical Review Letters que identificaba los isótopos como 294 117 y 293 117, que se demostró que tenían vidas medias del orden de decenas o cientos de milisegundos . El trabajo fue firmado por todas las partes involucradas en el experimento hasta cierto punto: JINR, ORNL, LLNL, RIAR, Vanderbilt, la Universidad de Tennessee ( Knoxville , Tennessee , EE. UU.) Y la Universidad de Nevada ( Las Vegas , Nevada , EE. UU.) , que brindó soporte para el análisis de datos. [53] Los isótopos se formaron de la siguiente manera: [54] [m]
- 249
97Bk
+ 48
20California
→ 297117 * → 294117 + 3 1
0
norte
(1 evento)
- 249
97Bk
+ 48
20California
→ 297117 * → 293117 + 4 1
0
norte
(5 eventos)
Confirmación
Todos los isótopos hijos (productos de desintegración) del elemento 117 eran previamente desconocidos; [54] por lo tanto, sus propiedades no pudieron utilizarse para confirmar la afirmación del descubrimiento. En 2011, cuando uno de los productos de la desintegración ( 289115 ) se sintetizó directamente, sus propiedades coincidieron con las medidas en la síntesis indirecta reivindicada a partir de la desintegración del elemento 117. [55] Los descubridores no presentaron una afirmación sobre sus hallazgos en 2007– 2011 cuando el Grupo de Trabajo Conjunto estaba revisando las afirmaciones de descubrimientos de nuevos elementos. [56]
El equipo de Dubna repitió el experimento en 2012, creando siete átomos del elemento 117 y confirmando su síntesis anterior del elemento 118 (producido después de un tiempo cuando una cantidad significativa del objetivo de berkelio -249 se había desintegrado beta a californio -249). Los resultados del experimento coincidieron con el resultado anterior; [7] los científicos luego presentaron una solicitud para registrar el elemento. [ cita requerida ] En mayo de 2014, una colaboración conjunta germano-estadounidense de científicos de la ORNL y el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Hessen , Alemania, afirmó haber confirmado el descubrimiento del elemento. [6] [57] El equipo repitió el experimento de Dubna usando el acelerador de Darmstadt, creando dos átomos del elemento 117. [6]
En diciembre de 2015, el JWP reconoció oficialmente el descubrimiento de 293 117 a causa de la confirmación de las propiedades de su hija 289115 , [58] y, por lo tanto, los descubridores enumerados - JINR, LLNL y ORNL - obtuvieron el derecho de sugerir una nombre oficial del elemento. (Vanderbilt quedó fuera de la lista inicial de descubridores en un error que luego se corrigió). [59]
En mayo de 2016, la Universidad de Lund ( Lund , Scania , Suecia) y GSI arrojaron algunas dudas sobre la síntesis de los elementos 115 y 117. Las cadenas de desintegración asignadas a 289115 , el isótopo instrumental en la confirmación de las síntesis de los elementos 115 y 117, se determinó que, según un nuevo método estadístico, eran demasiado diferentes para pertenecer al mismo nucleido con una probabilidad razonablemente alta. Se encontró que las 293 117 cadenas de desintegración aprobadas como tales por el JWP requerían dividirse en conjuntos de datos individuales asignados a diferentes isótopos del elemento 117. También se encontró que el vínculo reivindicado entre las cadenas de desintegración informadas como 293 117 y 289115 probablemente no existió. (Por otro lado, se encontró que las cadenas del isótopo no aprobado 294 117 eran congruentes ). La multiplicidad de estados que se encuentran cuando los nucleidos que no son pares, ni siquiera experimentan desintegración alfa, no es inesperada y contribuye a la falta de claridad en las reacciones cruzadas. Este estudio criticó el informe del JWP por pasar por alto las sutilezas asociadas con este tema, y consideró "problemático" que el único argumento para la aceptación de los descubrimientos de los elementos 115 y 117 fuera un vínculo que consideraban dudoso. [60] [61]
El 8 de junio de 2017, dos miembros del equipo de Dubna publicaron un artículo de revista respondiendo a estas críticas, analizando sus datos sobre los nucleidos 293 117 y 289115 con métodos estadísticos ampliamente aceptados, señalaron que los estudios de 2016 que indicaban no congruencia produjeron resultados problemáticos cuando se aplicaron a la desintegración radiactiva: excluyeron del intervalo de confianza del 90% los tiempos de desintegración promedio y extremo, y las cadenas de desintegración que se excluirían del intervalo de confianza del 90% que eligieron tenían más probabilidades de ser observadas que las que se incluirían. El reanálisis de 2017 concluyó que las cadenas de desintegración observadas de 293 117 y 289115 eran consistentes con la suposición de que solo estaba presente un nucleido en cada paso de la cadena, aunque sería deseable poder medir directamente el número de masa del origen. núcleo de cada cadena, así como la función de excitación de la reacción de 243 Am + 48 Ca. [62]
Nombrar
Usando la nomenclatura de Mendeleev para los elementos sin nombre y sin descubrir , el elemento 117 debe ser conocido como eka- astato . Utilizando las recomendaciones de 1979 de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el elemento se denominó temporalmente ununseptium (símbolo Uus ) hasta que se confirmó su descubrimiento y se eligió un nombre permanente; el nombre temporal se formó a partir de las raíces latinas "uno", "uno" y "siete", una referencia al número atómico del elemento 117. [63] Muchos científicos en el campo lo llamaron "elemento 117", con el símbolo E117 , (117) o 117 . [3] De acuerdo con las directrices de la IUPAC válidas en el momento de la aprobación del descubrimiento, los nombres permanentes de los nuevos elementos deberían haber terminado en "-ium"; esto incluía el elemento 117, incluso si el elemento era un halógeno , que tradicionalmente tiene nombres que terminan en "-ine"; [64] sin embargo, las nuevas recomendaciones publicadas en 2016 recomendaban utilizar la terminación "-ine" para todos los nuevos elementos del grupo 17. [sesenta y cinco]
Después de la síntesis original en 2010, Dawn Shaughnessy de LLNL y Oganessian declararon que nombrar era una cuestión delicada y que se evitó en la medida de lo posible. [66] Sin embargo, Hamilton declaró ese año: "Fui crucial para reunir al grupo y obtener el objetivo de 249 Bk esencial para el descubrimiento. Como resultado de eso, voy a poder nombrar el elemento. Puedo No le digo el nombre, pero traerá distinción a la región ". [53] (Hamilton enseña en la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee , EE. UU.) En una entrevista de 2015, Oganessian, después de contar la historia del experimento, dijo: "y los estadounidenses lo llamaron un tour de force, habían demostrado que podían hacer [esto] sin margen de error. Bueno, pronto nombrarán el elemento 117 ". [67]
En marzo de 2016, el equipo de descubrimiento acordó una conferencia telefónica con representantes de las partes involucradas sobre el nombre "tennessine" para el elemento 117. [45] En junio de 2016, la IUPAC publicó una declaración en la que indicaba que los descubridores habían presentado sus sugerencias para nombrar el nuevo elementos 115, 117 y 118 de la IUPAC; la sugerencia para el elemento 117 fue tennessine , con un símbolo de Ts , después de "la región de Tennessee". [a] Se recomendó la aceptación de los nombres sugeridos por la División de Química Inorgánica de la IUPAC; Se estableció que la aceptación formal se produciría después de un plazo de cinco meses tras la expiración de la publicación de la declaración. [68] En noviembre de 2016, los nombres, incluido tennessine, fueron aceptados formalmente. Se rechazaron las preocupaciones de que el símbolo propuesto Ts pueda chocar con una notación para el grupo tosilo utilizado en química orgánica, siguiendo los símbolos existentes que tienen esos significados duales: Ac ( actinio y acetilo ) y Pr ( praseodimio y propilo ). [69] La ceremonia de nombramiento de moscovium, tennessine y oganesson se celebró el 2 de marzo de 2017 en la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú ; en enero de 2017 se celebró en ORNL una ceremonia separada solo para el tennessine [70].
Propiedades previstas
Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades de la tennessina o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y cara [15] y al hecho de que se deteriora muy rápidamente. Las propiedades de la tennessina siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.
Estabilidad nuclear e isótopos
La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, cuya vida media es cuatro órdenes de magnitud 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. Ningún elemento con número atómico superior a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. [71] Esto se debe a la repulsión cada vez mayor de los protones de Coulomb, 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 104 protones . [72] Sin embargo, los investigadores en la década de 1960 sugirieron que las capas nucleares cerradas alrededor de 114 protones y 184 neutrones deberían contrarrestar esta inestabilidad, creando una " isla de estabilidad " donde los nucleidos podrían tener vidas medias que alcancen miles o millones de años. Si bien los científicos aún no han llegado a la isla, la mera existencia de los elementos superpesados (incluido el tennessine) confirma que este efecto estabilizador es real y, en general, los nucleidos superpesados conocidos se vuelven exponencialmente más longevos a medida que se acercan a la ubicación prevista de la isla. [73] [74] Tennessine es el segundo elemento más pesado creado hasta ahora, y todos sus isótopos conocidos tienen vidas medias de menos de un segundo. Sin embargo, esto es más largo que los valores predichos antes de su descubrimiento: la vida útil prevista para 293 Ts y 294 Ts utilizada en el documento de descubrimiento fue de 10 ms y 45 ms respectivamente, mientras que la vida útil observada fue de 21 ms y 112 ms respectivamente. [54] El equipo de Dubna cree que la síntesis del elemento es una prueba experimental directa de la existencia de la isla de estabilidad. [75]
Se ha calculado que el isótopo 295 Ts tendría una vida media de aproximadamente 18 milisegundos , y podría ser posible producir este isótopo mediante la misma reacción berkelio-calcio utilizada en los descubrimientos de los isótopos conocidos, 293 Ts y 294 Ts . Se estima que la probabilidad de que esta reacción produzca 295 Ts es, como máximo, una séptima parte de la probabilidad de producir 294 Ts. [76] [77] [78] Los cálculos que utilizan un modelo de túnel cuántico predicen la existencia de varios isótopos de tennessine hasta 303 Ts. Se espera que el más estable de estos sea 296 Ts con una vida media de desintegración alfa de 40 milisegundos. [79] Un estudio de modelo de gota de líquido sobre los isótopos del elemento muestra resultados similares; sugiere una tendencia general de estabilidad creciente para isótopos más pesados que 301 Ts, con vidas medias parciales que exceden la edad del universo para los isótopos más pesados como 335 Ts cuando no se considera la desintegración beta. [80] Se pueden producir isótopos más ligeros de tennessina en la reacción de 243 Am + 50 Ti, que fue considerada como un plan de contingencia por el equipo de Dubna en 2008 si 249 Bk no estaba disponible, [81] y se consideró nuevamente para su estudio en 2017-2018 investigar las propiedades de las reacciones nucleares con un haz de titanio-50, que se hace necesario para sintetizar elementos más allá del oganesson. [82]
Atómico y físico
Se espera que Tennessine sea un miembro del grupo 17 en la tabla periódica, por debajo de los cinco halógenos; flúor , cloro , bromo , yodo y astato, cada uno de los cuales tiene siete electrones de valencia con una configuración de n s 2 n p 5 . [83] [n] Para tennessine, estar en el séptimo período (fila) de la tabla periódica, continuar la tendencia predeciría una configuración de electrones de valencia de 7s 2 7p 5 , [3] y, por lo tanto, se esperaría que se comportara de manera similar a los halógenos en muchos aspectos que se relacionan con este estado electrónico. Sin embargo, bajando el grupo 17, aumenta la metalicidad de los elementos; por ejemplo, el yodo ya exhibe un brillo metálico en estado sólido, y el astato a menudo se clasifica como metaloide debido a que sus propiedades están bastante lejos de las de los cuatro halógenos anteriores. Como tal, una extrapolación basada en tendencias periódicas predeciría que el tennessine sería un metal post-transición bastante volátil . [84]
Los cálculos han confirmado la precisión de esta simple extrapolación, aunque la verificación experimental de esto es actualmente imposible debido a que las vidas medias de los isótopos de tennessina conocidos son demasiado cortas. [84] Es probable que surjan diferencias significativas entre la tennessina y los halógenos anteriores, en gran parte debido a la interacción espín-órbita , la interacción mutua entre el movimiento y el espín de los electrones. La interacción espín-órbita 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. [85] En los átomos tennessinos, esto reduce los niveles de energía de los electrones 7s y 7p, estabilizando los electrones correspondientes, aunque dos de los niveles de energía de los electrones 7p están más estabilizados que los otros cuatro. [86] La estabilización de los electrones 7s se denomina efecto de par inerte ; el efecto que separa la subcapa 7p en las partes más estabilizadas y menos estabilizadas se llama división de subcapa. Los químicos computacionales entienden la división como un cambio del segundo número cuántico ( azimutal ) l de 1 a 1/2 y 3/2 para las partes más estabilizadas y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente. [87] [o] Para muchos propósitos teóricos, la configuración del electrón de valencia se puede representar para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s 2
7p2
1/27p3
3/2. [3]
También existen diferencias para otros niveles de electrones. Por ejemplo, los niveles de electrones 6d (también divididos en dos, siendo cuatro 6d 3/2 y seis 6d 5/2 ) se elevan, por lo que están cerca de la energía de los 7s, [86] aunque ningún electrón 6d Se ha predicho química para tennessine. La diferencia entre los niveles de 7p 1/2 y 7p 3/2 es anormalmente alta; 9,8 eV . [86] La división de la subcapa 6p de Astatine es de solo 3.8 eV, [86] y su química 6p 1/2 ya ha sido llamada "limitada". [88] Estos efectos hacen que la química de la tennessina difiera de la de sus vecinos superiores (ver más abajo ).
Se predice que la primera energía de ionización de Tennessine, la energía necesaria para eliminar un electrón de un átomo neutro, será de 7,7 eV, menor que la de los halógenos, siguiendo de nuevo la tendencia. [3] Como sus vecinos en la tabla periódica, se espera que tennessine tenga la afinidad electrónica más baja —energía liberada cuando se agrega un electrón al átomo— en su grupo; 2,6 o 1,8 eV. [3] Se predice que el electrón del hipotético átomo de tennessina similar al hidrógeno, oxidado por lo que solo tiene un electrón, Ts 116+, se moverá tan rápido que su masa es 1.90 veces la de un electrón inmóvil, una característica atribuible a efectos relativistas . A modo de comparación, la cifra para el astato similar al hidrógeno es 1,27 y la cifra para el yodo similar al hidrógeno es 1,08. [89] Las extrapolaciones simples de las leyes de la relatividad indican una contracción del radio atómico . [89] Cálculos avanzados muestran que el radio de un átomo de tennessine que ha formado un enlace covalente sería de 165 pm , mientras que el de un astato sería de 147 pm. [90] Con los siete electrones más externos eliminados, el tennessine finalmente es más pequeño; 57 pm [3] para tennessine y 61 pm [91] para astatine.
Se desconocen los puntos de fusión y ebullición del tennessine; artículos anteriores predijeron alrededor de 350–500 ° C y 550 ° C, respectivamente, [3] o 350–550 ° C y 610 ° C, respectivamente. [92] Estos valores superan los de astato y los halógenos más ligeros, siguiendo tendencias periódicas . Un artículo posterior predice que el punto de ebullición de tennessine será de 345 ° C [93] (el de astato se estima en 309 ° C, [94] 337 ° C, [95] o 370 ° C, [96] aunque los valores experimentales de Se han informado 230 ° C [97] y 411 ° C [91] ). Se espera que la densidad de tennessine esté entre 7,1 y 7,3 g / cm 3 , continuando la tendencia de densidad creciente entre los halógenos; la de astato se estima entre 6,2 y 6,5 g / cm 3 . [4]
Químico
Los isótopos conocidos de tennessina, 293 Ts y 294 Ts, tienen una vida demasiado corta para permitir la experimentación química en la actualidad. Sin embargo, se han calculado muchas propiedades químicas de la tennessina. [98] A diferencia de los elementos más ligeros del grupo 17, la tennessina puede no exhibir el comportamiento químico común a los halógenos. [8] Por ejemplo, el flúor, el cloro, el bromo y el yodo aceptan habitualmente un electrón para lograr la configuración electrónica más estable de un gas noble , obteniendo ocho electrones ( octetos ) en sus capas de valencia en lugar de siete. [99] Esta habilidad se debilita a medida que aumenta el peso atómico bajando por el grupo; tennessine sería el elemento del grupo 17 menos dispuesto a aceptar un electrón. De los estados de oxidación que se prevé que se forme, se espera que -1 sea el menos común. [3] Se predice que el potencial de reducción estándar del par Ts / Ts - sea −0,25 V; este valor es negativo, a diferencia de todos los halógenos más ligeros. [2]
Hay otra oportunidad para que tennessine complete su octeto: formando un enlace covalente . Como los halógenos, cuando dos átomos de tennessine se encuentran, se espera que formen un enlace Ts-Ts para dar una molécula diatómica . Tales moléculas se unen comúnmente a través de enlaces sigma sencillos entre los átomos; estos son diferentes de los enlaces pi , que se dividen en dos partes, cada una desplazada en una dirección perpendicular a la línea entre los átomos y opuesta entre sí en lugar de ubicarse directamente entre los átomos a los que se unen. Se ha calculado que la unión sigma muestra un gran carácter antienlazante en la molécula At 2 y no es tan favorable energéticamente. Se prevé que Tennessine continúe la tendencia; se debe ver un fuerte carácter pi en la unión de Ts 2 . [3] [100] Se predice que la molécula de cloruro de tennessina (TsCl) irá más lejos, estando unida con un enlace pi simple. [100]
Aparte del estado -1 inestable, se predicen tres estados de oxidación más; +5, +3 y +1. El estado +1 debería ser especialmente estable debido a la desestabilización de los tres electrones 7p 3/2 más externos , formando una configuración de subcapa medio llena y estable; [3] astato muestra efectos similares. [101] El estado +3 debería ser importante, nuevamente debido a los electrones 7p 3/2 desestabilizados . [92] Se predice que el estado +5 es poco común porque los electrones 7p 1/2 están estabilizados de manera opuesta. [3] No se ha demostrado, ni siquiera computacionalmente, que el estado +7 sea alcanzable. Debido a que los electrones 7s están muy estabilizados, se ha planteado la hipótesis de que la tennessina tiene efectivamente solo cinco electrones de valencia. [102]
El compuesto de tennessina más simple posible sería el monohidruro, TsH. Se espera que el enlace sea proporcionado por un electrón 7p 3/2 de tennessina y el electrón 1s de hidrógeno. La naturaleza no enlazante del espinor 7p 1/2 se debe a que se espera que la tennessina no forme enlaces puramente sigma o pi. [103] Por lo tanto, el espinor 7p 3/2 desestabilizado (así expandido) es responsable de la unión. [104] Este efecto alarga la molécula de TsH en 17 picómetros en comparación con la longitud total de 195 pm. [103] Dado que los enlaces de electrones tennessine p son sigma de dos tercios, el enlace es solo dos tercios de la fuerza que tendría si el tennessine no presentara interacciones espín-órbita. [103] La molécula sigue así la tendencia de los hidruros de halógeno, mostrando un aumento en la longitud del enlace y una disminución en la energía de disociación en comparación con AtH. [3] Las moléculas Tl Ts y Nh Ts pueden verse de manera análoga, teniendo en cuenta un efecto opuesto mostrado por el hecho de que los p 1/2 electrones del elemento están estabilizados. Estas dos características dan como resultado un momento dipolar relativamente pequeño (producto de la diferencia entre las cargas eléctricas de los átomos y el desplazamiento de los átomos) para TlT; sólo 1,67 D , [p] el valor positivo implica que la carga negativa está en el átomo de tennessine. Para los NhT, se predice que la fuerza de los efectos provocará una transferencia del electrón del átomo de tennessine al átomo de nihonium, siendo el valor del momento dipolar −1,80 D. [106] La interacción espín-órbita aumenta la energía de disociación del Molécula de TsF porque reduce la electronegatividad de la tennessina, lo que hace que el enlace con el átomo de flúor extremadamente electronegativo tenga un carácter más iónico . [103] El monofluoruro de tennessina debe presentar la unión más fuerte de todos los monofluoruros del grupo 17. [103]
La teoría VSEPR predice una geometría molecular en forma de T doblada para los trifluoruros del grupo 17. Todos los trifluoruros de halógeno conocidos tienen esta geometría molecular y tienen una estructura de AX 3 E 2: un átomo central, denotado A, rodeado por tres ligandos , X, y dos pares de electrones no compartidos , E. Si se ignoran los efectos relativistas, debería seguir TsF 3 sus congéneres más ligeros por tener una geometría molecular en forma de T doblada. Predicciones más sofisticadas muestran que esta geometría molecular no se vería favorecida energéticamente para TsF 3 , prediciendo en cambio una geometría molecular plana trigonal (AX 3 E 0 ). Esto muestra que la teoría VSEPR puede no ser consistente para los elementos superpesados. [102] Se predice que la molécula de TsF 3 se estabilizará significativamente mediante interacciones espín-órbita; una posible razón fundamental puede ser la gran diferencia de electronegatividad entre tennessine y flúor, lo que le da al enlace un carácter parcialmente iónico. [102]
Notas
- ^ a b La declaración de la IUPAC mencionó "la contribución de la región de Tennessee (énfasis agregado), incluido el Laboratorio Nacional Oak Ridge , la Universidad de Vanderbilt y la Universidad de Tennessee en Knoxville, Tennessee , a la investigación de elementos superpesados, incluida la producción y la química separación de materiales diana de actínidos únicos para la síntesis de elementos superpesados en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) y el Centro de Desarrollo de Ingeniería Radioquímica (REDC) de ORNL ".
- ^ El término " grupo 17" se refiere a una columna en la tabla periódica que comienza con flúor y es distinta de "halógeno", que se relaciona con un conjunto común de propiedades químicas y físicas compartidas por flúor, cloro , bromo , yodo y astato . todos los cuales preceden a tennessine en el grupo 17. A diferencia de los otros miembros del grupo 17, tennessine podría no ser un halógeno. [8]
- ^ 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 [10] o 112 ; [11] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de laseriehipotética 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 gran masa (para el elemento dado) y núcleos de gran masa, respectivamente.
- ^ 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 . [13] 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. [14] - ^ 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 . [18]
- ^ 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. [19] Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [20]
- ^ 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. [22] 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. [23]
- ^ No todos los modos de desintegración son causados por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [28]
- ^ 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. [29] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [30] 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). [31]
- ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [32] un destacado científico del JINR, por lo que fue un "caballo de batalla" para la instalación. [33] 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. [20] Por lo tanto, prefirieron vincular nuevos isótopos a los ya conocidos mediante sucesivas desintegraciones alfa. [32]
- ↑ Por ejemplo, el elemento 102 se identificó erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [34] No hubo afirmaciones definitivas anteriores de 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. [35] 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. [35] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotium ; [36] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego se refirió al nombre del elemento 102 como "apresurado"). [37] El nombre "nobelio" se mantuvo sin cambios debido a su uso generalizado. [38]
- ^ Aunque los isótopos estables de los elementos más ligeros suelen tener una relación neutrón-protón cercana o igual a uno (por ejemplo, el único isótopo estable de aluminio tiene 13 protones y 14 neutrones, [43] lo que hace una relación neutrón-protón de 1.077), los isótopos estables de elementos más pesados tienen relaciones neutrón-protón más altas, que aumentan con el número de protones. Por ejemplo,el único isótopo estable del yodo tiene 53 protones y 74 neutrones, lo que da una relación neutrón-protón de 1.396,el único isótopo estable del oro tiene 79 protones y 118 neutrones, lo que produce una relación neutrón-protón de 1.494 y plutonio . El isótopo más estable tiene 94 protones y 150 neutrones, y una relación neutrón-protón de 1,596. [43] Seespera queesta tendencia [44] dificulte la síntesis de los isótopos más estables de los elementos superpesados, ya que las relaciones neutrón-protón de los elementos a partir de los cuales se sintetizan serán demasiado bajas.
- ^ Un nucleido se denota comúnmente por el símbolo del elemento químico inmediatamente precedido por el número de masa como superíndice y el número atómico como subíndice. Los neutrones se representan como nucleidos con masa atómica 1, número atómico 0 y símbolo n . Fuera del contexto de las ecuaciones nucleares, a veces se omite el número atómico. Un asterisco denota una etapa intermedia de la reacción de duración extremadamente corta (o incluso inexistente).
- ^ La letra n representa el número del período (fila horizontal en la tabla periódica) al que pertenece el elemento. Las letras "s" y "p" denotan las s y p orbitales atómicos , y los números en superíndice posteriores denotan el número de electrones en cada uno. Por lo tanto, la notación n s 2 n p 5 significa que las capas de valencia de los elementos más ligeros del grupo 17 están compuestas por doselectrones sy cincoelectrones p , todos ubicados en el nivel de energía del electrón más externo.
- ^ El número cuántico corresponde a la letra del nombre del orbital del electrón: 0 as , 1 ap , 2 ad , etc. Consulte el número cuántico azimutal para obtener más información.
- ^ A modo de comparación, los valores de las moléculas ClF, HCl, SO, HF y HI son 0,89 D, 1,11 D, 1,55 D, 1,83 D y 1,95 D. Valores para moléculas que no se forman en condiciones estándar , a saber, GeSe, SnS, TlF, BaO y NaCl son 1,65 D, ~ 3,2 D, 4,23 D, 7,95 D y 9,00 D. [105]
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