Unbinilium - Unbinilium

Unbinilium,  120 Ubn
Unbinilium
Prononciation / ˌ U n b n ɪ l i ə m / ( OON -by- NIL -ee-əm )
Noms alternatifs élément 120, eka-radium
Unbinilium dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Le cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium Fermium Mendélévie nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flérovium Moscou Livermorium Tennessine Oganesson
Ununenium Unbinilium
Unquadtrium Quadruple Unquadpentium Unquadhexium Unquadseptium Unquadoctium Unquadennium Unpentnilium Unpentunium Unpentbium Unpenttrium Unpentquadium Unpentium Unpenthexium Unpentseptium Unpentoctium Unpentennium Unhexnilium Unhexunium Unhexbium Unhextrium Unhexquadium Unhexpentium Unhexhexium Unhexseptium Unhexoctium Unhexennium Unseptnilium Unseptunium Unseptbium
Unbiunium Unbibium Unbitrium Unbiquadium Unbipentium Unbihexium Unbiseptium Unbioctium Hors biennium Untrinilium Untriunium Untribium Untritrium Untriquadium Untripentium Untrihexium Untriseptium Untrioctium Untriennium Unquadnilium Unquadunium Unquadbium
Ra

UBN

-
ununenniumunbiniliumunbiunium
Numéro atomique ( Z ) 120
Grouper groupe 2 (métaux alcalino-terreux)
Période période 8
Bloquer   bloc-s
Configuration électronique [ Og ] 8s 2 (prédit)
Électrons par coquille 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 2 (prédit)
Propriétés physiques
Phase à  STP solide (prévu)
Point de fusion 953  K ​(680 °C, ​1256 °F) (prévu)
Point d'ébullition 1973 K ​(1700 °C, ​3092 °F) (prévu)
Densité (près de  rt ) 7 g/cm 3 (prévu)
Température de fusion 8,03-8,58  kJ/mol (extrapolé)
Propriétés atomiques
États d'oxydation (+1), ( +2 ), (+4) (prédit)
Électronégativité Échelle de Pauling : 0.91 (prédit)
Énergies d'ionisation
Rayon atomique empirique : 200  h (prévu)
Rayon covalent 206-210 pm (extrapolé)
Autres propriétés
Structure en cristal corps cubique centrée (bcc)
Structure cristalline cubique centrée pour l'unbinilium

(extrapolé)
Numero CAS 54143-58-7
Histoire
Appellation Nom de l'élément systématique IUPAC
| les références

Unbinilium , également connu sous le nom d' eka-radium ou simplement d' élément 120 , est l' élément chimique hypothétique du tableau périodique avec le symbole Ubn et le numéro atomique 120. Unbinilium et Ubn sont le nom et le symbole systématiques temporaires de l'IUPAC , qui sont utilisés jusqu'à ce que l'élément soit découvert. , confirmé, et un nom permanent est décidé. Dans le tableau périodique des éléments, il devrait s'agir d'un élément s-bloc , d'un métal alcalino-terreux et du deuxième élément de la huitième période . Il a attiré l'attention en raison de certaines prédictions selon lesquelles il pourrait se trouver dans l' île de stabilité , bien que des calculs plus récents prévoient que l'île se produira réellement à un numéro atomique légèrement inférieur, plus proche de copernicium et de flerovium .

L'unbinilium n'a pas encore été synthétisé, malgré les multiples tentatives des équipes allemandes et russes. Les preuves expérimentales de ces tentatives montrent que les éléments de la période 8 seraient probablement beaucoup plus difficiles à synthétiser que les éléments connus précédents, et que l'unbinilium pourrait même être le dernier élément pouvant être synthétisé avec la technologie actuelle.

La position de l'unbinilium en tant que septième métal alcalino-terreux suggère qu'il aurait des propriétés similaires à celles de ses congénères plus légers ; cependant, des effets relativistes peuvent faire en sorte que certaines de ses propriétés diffèrent de celles attendues d'une application directe de tendances périodiques . Par exemple, unbinilium devrait être moins réactif que le baryum et le radium et se rapprocher du comportement de strontium , et alors qu'il devrait montrer la caractéristique 2 état d'oxydation des métaux alcalino-terreux, on prévoit également de montrer l'état d'oxydation +4 , qui est inconnu dans tout autre métal alcalino-terreux.

introduction

Une représentation graphique d'une réaction de fusion nucléaire
Une représentation graphique d'une réaction de fusion nucléaire . Deux noyaux fusionnent en un seul, émettant un neutron . Les réactions qui ont créé de nouveaux éléments à ce moment étaient similaires, avec la seule différence possible que plusieurs neutrons singuliers étaient parfois libérés, voire aucun.
Vidéo externe
icône vidéo Visualisation d'une fusion nucléaire infructueuse, basée sur des calculs de l' Australian National University

Les noyaux atomiques les plus lourds sont créés dans des réactions nucléaires qui combinent deux autres noyaux de taille inégale en un seul ; grosso modo, plus les deux noyaux sont inégaux en termes de masse, plus grande est la possibilité que les deux réagissent. Le matériau constitué des noyaux les plus lourds est transformé en une cible, qui est ensuite bombardée par le faisceau de noyaux plus légers. Deux noyaux ne peuvent fusionner en un seul que s'ils se rapprochent suffisamment l'un de l'autre ; normalement, les noyaux (tous chargés positivement) se repoussent en raison de la répulsion électrostatique . L' interaction forte peut vaincre cette répulsion mais seulement à très faible distance d'un noyau ; les noyaux du faisceau sont ainsi fortement accélérés afin de rendre une telle répulsion insignifiante par rapport à la vitesse du noyau du faisceau. Se rapprocher seul ne suffit pas pour que deux noyaux fusionnent : lorsque deux noyaux se rapprochent, ils restent généralement ensemble pendant environ 10 à 20  secondes puis se séparent (pas nécessairement dans la même composition qu'avant la réaction) plutôt que de former un seul noyau. Si la fusion se produit, la fusion temporaire - appelée noyau composé - est un état excité . Pour perdre son énergie d'excitation et atteindre un état plus stable, un noyau composé se fissonne ou éjecte un ou plusieurs neutrons , qui emportent l'énergie. Cela se produit environ 10 à 16  secondes après la collision initiale.

Le faisceau traverse la cible et atteint la chambre suivante, le séparateur ; si un nouveau noyau est produit, il est transporté avec ce faisceau. Dans le séparateur, le noyau nouvellement produit est séparé des autres nucléides (celui du faisceau d'origine et de tout autre produit de réaction) et transféré vers un détecteur à barrière de surface , qui arrête le noyau. L'emplacement exact de l'impact à venir sur le détecteur est marqué ; également marqués sont son énergie et l'heure de l'arrivée. Le transfert prend environ 10 -6  secondes ; pour être détecté, le noyau doit survivre aussi longtemps. Le noyau est enregistré à nouveau une fois sa désintégration enregistrée, et l'emplacement, l' énergie et le temps de désintégration sont mesurés.

La stabilité du noyau est assurée par l'interaction forte. Cependant, sa portée est très courte ; à mesure que les noyaux deviennent plus gros, son influence sur les nucléons les plus externes ( protons et neutrons) s'affaiblit. Dans le même temps, le noyau est déchiré par la répulsion électrostatique entre les protons, car il a une portée illimitée. Les noyaux des éléments les plus lourds sont donc théoriquement prédits et on a jusqu'à présent observé qu'ils se désintègrent principalement via des modes de désintégration provoqués par une telle répulsion : désintégration alpha et fission spontanée ; ces modes sont prédominants pour les noyaux d' éléments superlourds . Les désintégrations alpha sont enregistrées par les particules alpha émises et les produits de désintégration sont faciles à déterminer avant la désintégration réelle ; si une telle désintégration ou une série de désintégrations consécutives produit un noyau connu, le produit original d'une réaction peut être déterminé arithmétiquement. La fission spontanée, cependant, produit divers noyaux en tant que produits, de sorte que le nucléide d'origine ne peut pas être déterminé à partir de ses filles.

Les informations dont disposent les physiciens désireux de synthétiser l'un des éléments les plus lourds sont donc les informations recueillies au niveau des détecteurs : localisation, énergie et heure d'arrivée d'une particule au détecteur, et celles de sa désintégration. Les physiciens analysent ces données et cherchent à conclure qu'elles ont bien été causées par un nouvel élément et ne pouvaient pas avoir été causées par un nucléide différent de celui revendiqué. Souvent, les données fournies sont insuffisantes pour conclure qu'un nouvel élément a été définitivement créé et il n'y a pas d'autre explication pour les effets observés ; des erreurs d'interprétation des données ont été commises.

Histoire

Les éléments transactinides , tels que l'unbinilium, sont produits par fusion nucléaire . Ces réactions de fusion peuvent être divisées en fusion "chaude" et "froide", en fonction de l'énergie d'excitation du noyau composé produit. Dans les réactions de fusion à chaud, des projectiles très légers et à haute énergie sont accélérés vers des cibles très lourdes ( actinides ), donnant naissance à des noyaux composés à haute énergie d'excitation (~40–50  MeV ) qui peuvent fissionner ou évaporer plusieurs (3 à 5 ) neutrons. Dans les réactions de fusion froide (qui utilisent des projectiles plus lourds, généralement de la quatrième période , et des cibles plus légères, généralement du plomb et du bismuth ), les noyaux fusionnés produits ont une énergie d'excitation relativement faible (~10-20 MeV), ce qui diminue la probabilité que ces les produits subiront des réactions de fission. Lorsque les noyaux fusionnés se refroidissent jusqu'à l' état fondamental , ils ne nécessitent l'émission que d'un ou deux neutrons. Cependant, les réactions de fusion à chaud ont tendance à produire des produits plus riches en neutrons car les actinides ont les rapports neutron/proton les plus élevés de tous les éléments qui peuvent actuellement être fabriqués en quantités macroscopiques, et c'est actuellement la seule méthode pour produire les éléments superlourds à partir de flerovium. (élément 114) en avant.

Ununennium et unbinilium (éléments 119 et 120) sont les éléments de plus petit numéro atomique qui n'ont pas encore été synthétisés : tous les éléments précédents ont été synthétisés, aboutissant à l' oganesson (élément 118), l'élément le plus lourd connu, qui complète la septième rangée du tableau périodique. Les tentatives de synthèse des éléments 119 et 120 repoussent les limites de la technologie actuelle, en raison des sections efficaces décroissantes des réactions de production et de leurs demi-vies probablement courtes , attendues de l'ordre de la microseconde. Les éléments plus lourds auraient probablement une durée de vie trop courte pour être détectés avec la technologie actuelle : ils se désintégreraient en une microseconde, avant d'atteindre les détecteurs.

Auparavant, une aide importante (qualifiée de « balles d'argent ») dans la synthèse d' éléments superlourds provenait des enveloppes nucléaires déformées autour du hassium -270 qui augmentaient la stabilité des noyaux environnants et de l'existence de l'isotope calcium -riche en neutrons quasi-stable. 48 qui pourrait être utilisé comme projectile pour produire plus d'isotopes riches en neutrons d'éléments superlourds. (Plus un riche en neutrons superlourde nucléide est, plus il devrait être à la recherché île de stabilité ). Cependant, les isotopes synthétisés ont encore moins de neutrons que ceux qui sont censés être dans l'île de la stabilité. De plus, l'utilisation du calcium-48 pour synthétiser l'unbinilium nécessiterait une cible de fermium -257, qui ne peut pas encore être produite en quantité suffisante (seuls des picogrammes peuvent actuellement être produits ; en comparaison, des milligrammes de berkelium et de californium sont disponibles), et serait en dans tous les cas ont un rendement inférieur à l'utilisation d'une cible d'einsteinium avec des projectiles de calcium-48 pour produire ununennium. La production plus pratique d'autres éléments superlourds nécessiterait des projectiles plus lourds que 48 Ca, mais cela a l'inconvénient d'entraîner des réactions de fusion plus symétriques qui sont plus froides et moins susceptibles de réussir.

Tentatives de synthèse

Après avoir réussi à obtenir de l' oganesson par la réaction entre 249 Cf et 48 Ca en 2006, l'équipe de l' Institut commun de recherche nucléaire (JINR) de Dubna a commencé des expériences similaires en mars-avril 2007, dans l'espoir de créer unbinilium à partir de noyaux de 58 Fe et 244 Pu . Les premières analyses ont révélé qu'aucun atome d'unbinilium n'avait été produit, fournissant une limite de 400  fb pour la section efficace à l'énergie étudiée.

244
94
Pu
+ 58
26
Fe
302
120
Ubn
* → pas d'atomes

L'équipe russe prévoyait de moderniser ses installations avant de tenter à nouveau la réaction.

En avril 2007, l'équipe du GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research à Darmstadt , en Allemagne, a tenté de créer de l'unbinilium en utilisant de l' uranium -238 et du nickel -64 :

238
92
U
+ 64
28
Ni
302
120
Ubn
* → pas d'atomes

Aucun atome n'a été détecté, fournissant une limite de 1,6  pb pour la section efficace à l'énergie fournie. Le GSI a répété l'expérience avec une sensibilité plus élevée dans trois passages distincts en avril-mai 2007, janvier-mars 2008 et septembre-octobre 2008, tous avec des résultats négatifs, atteignant une limite de section efficace de 90 fb.

En 2011, après avoir modernisé leurs équipements pour permettre l'utilisation de cibles plus radioactives, les scientifiques du GSI ont tenté la réaction de fusion plutôt asymétrique :

248
96
Cm
+ 54
24
Cr
302
120
Ubn
* → pas d'atomes

On s'attendait à ce que le changement de réaction quintuple la probabilité de synthétiser l'unbinilium, car le rendement de telles réactions dépend fortement de leur asymétrie. Bien que cette réaction soit moins asymétrique que la réaction 249 Cf+ 50 Ti, elle crée également plus d'isotopes d'unbinilium riches en neutrons qui devraient recevoir une stabilité accrue du fait de leur proximité avec la fermeture de l'enveloppe à N = 184. Trois signaux ont été observés le 18 mai 2011 ; une attribution possible à 299 Ubn et ses filles a été envisagée, mais n'a pas pu être confirmée, et une analyse différente a suggéré que ce qui a été observé était simplement une séquence aléatoire d'événements.

En août-octobre 2011, une autre équipe du GSI utilisant l'installation TASCA a tenté une nouvelle réaction encore plus asymétrique :

249
98
Cf.
+ 50
22
Ti
299
120
Ubn
* → pas d'atomes

En raison de son asymétrie, la réaction entre 249 Cf et 50 Ti a été prédite comme la réaction pratique la plus favorable pour la synthèse de l'unbinilium, bien qu'elle soit également quelque peu froide et qu'elle soit plus éloignée de la fermeture de la couche de neutrons à N = 184 que n'importe laquelle des trois autres réactions ont tenté. Aucun atome d'unbinilium n'a été identifié, ce qui implique une section efficace limite de 200 fb. Jens Volker Kratz a prédit que la section efficace maximale réelle pour la production d'unbinilium par l'une des quatre réactions 238 U+ 64 Ni, 244 Pu+ 58 Fe, 248 Cm+ 54 Cr ou 249 Cf+ 50 Ti serait d'environ 0,1 fb ; en comparaison, le record du monde de la plus petite section efficace d'une réaction réussie était de 30 fb pour la réaction 209 Bi( 70 Zn,n) 278 Nh , et Kratz a prédit une section efficace maximale de 20 fb pour produire ununennium. Si ces prédictions sont exactes, alors la synthèse de l'ununennium serait aux limites de la technologie actuelle, et la synthèse de l'unbinilium nécessiterait de nouvelles méthodes.

Cette réaction a été à nouveau étudiée d'avril à septembre 2012 au GSI. Cette expérience a utilisé une cible de 249 Bk et un faisceau de 50 Ti pour produire l' élément 119 , mais comme le 249 Bk se désintègre en 249 Cf avec une demi-vie d'environ 327 jours, les deux éléments 119 et 120 ont pu être recherchés simultanément. Aucun atome n'a été identifié, ce qui implique une limite de section efficace de 200 fb pour la réaction 249 Cf + 50 Ti.

L'équipe russe de l' Institut commun de recherche nucléaire de Doubna , en Russie, prévoyait de mener une expérience avant 2012, et aucun résultat n'a été publié, ce qui implique fortement que l'expérience n'a pas été réalisée ou qu'aucun atome d'unbinilium n'a été identifié.

Appellation

La nomenclature de Mendeleïev pour les éléments sans nom et non découvertes appellerait unbinilium eka- radium . Les recommandations de l' IUPAC de 1979 l'appellent temporairement unbinilium (symbole Ubn ) jusqu'à ce qu'il soit découvert, la découverte soit confirmée et un nom permanent choisi. Bien que les noms systématiques de l'IUPAC soient largement utilisés dans la communauté chimique à tous les niveaux, des classes de chimie aux manuels avancés, les scientifiques qui travaillent théoriquement ou expérimentalement sur des éléments superlourds l'appellent généralement "élément 120", avec le symbole E120 , (120) ou 120 .

Propriétés prévues

Stabilité nucléaire et isotopes

Un graphique 2D avec des cellules rectangulaires colorées en noir et blanc, allant de la llc à l'urc, avec des cellules devenant pour la plupart plus claires plus près de cette dernière
Une carte de stabilité des nucléides telle qu'utilisée par l'équipe de Dubna en 2010. Les isotopes caractérisés sont indiqués avec des bordures. Au-delà de l'élément 118 (oganesson, le dernier élément connu), la ligne de nucléides connus devrait entrer rapidement dans une région d'instabilité, sans demi-vie supérieure à une microseconde après l'élément 121. La région elliptique enferme l'emplacement prévu de l'île de stabilité.
Les orbitales avec un nombre quantique azimutal élevé sont augmentées en énergie, éliminant ce qui serait autrement un écart d'énergie orbitale correspondant à une couche de protons fermée à l'élément 114, comme le montre le diagramme de gauche qui ne prend pas en compte cet effet. Cela soulève la prochaine coquille de protons dans la région autour de l'élément 120, comme le montre le diagramme de droite, augmentant potentiellement les demi-vies des isotopes des éléments 119 et 120.

La stabilité des noyaux diminue considérablement avec l'augmentation du numéro atomique après le curium , élément 96, dont la demi-vie est de quatre ordres de grandeur plus longue que celle de tout élément actuellement connu de numéro supérieur. Tous les isotopes dont le numéro atomique est supérieur à 101 subissent une désintégration radioactive avec des demi-vies inférieures à 30 heures. Aucun élément dont le numéro atomique est supérieur à 82 (après le plomb ) n'a d'isotope stable. Néanmoins, pour des raisons encore mal comprises, il y a une légère augmentation de la stabilité nucléaire autour des numéros atomiques 110114 , ce qui conduit à l'apparition de ce que l'on appelle en physique nucléaire « l' îlot de stabilité ». Ce concept, proposé par le professeur Glenn Seaborg de l'Université de Californie , explique pourquoi les éléments superlourds durent plus longtemps que prévu.

Les isotopes de l'unbinilium devraient avoir des demi-vies de désintégration alpha de l'ordre de la microseconde . Dans un modèle d' effet tunnel quantique avec des estimations de masse à partir d'un modèle macroscopique-microscopique, les demi-vies de désintégration alpha de plusieurs isotopes d' unbinilium ( 292-304 Ubn) ont été prédites entre 1 et 20 microsecondes. Certains isotopes plus lourds peuvent être plus stables; Fricke et Waber ont prédit que 320 Ubn serait l'isotope d'unbinilium le plus stable en 1971. Étant donné que l'unbinilium devrait se désintégrer via une cascade de désintégrations alpha conduisant à une fission spontanée autour du copernicium , les demi-vies totales des isotopes d'unbinilium devraient également être mesurées en microsecondes. Cela a des conséquences sur la synthèse de l'unbinilium, car les isotopes avec des demi-vies inférieures à une microseconde se désintégreraient avant d'atteindre le détecteur. Néanmoins, de nouveaux modèles théoriques montrent que l'écart d'énergie attendu entre les orbitales protoniques 2f 7/2 (remplies à l'élément 114) et 2f 5/2 (remplies à l'élément 120) est plus petit que prévu, de sorte que l'élément 114 ne semble plus être une coquille nucléaire fermée sphérique stable, et cet écart d'énergie peut augmenter la stabilité des éléments 119 et 120. Le prochain noyau doublement magique devrait maintenant être autour du 306 Ubb sphérique (élément 122), mais la faible demi-vie et la faible section efficace de production de ce nucléide rend sa synthèse difficile.

Étant donné que l'élément 120 remplit l' orbitale proton 2f 5/2 , une grande attention a été accordée au noyau composé 302 Ubn* et à ses propriétés. Plusieurs expériences ont été réalisées entre 2000 et 2008 au Laboratoire Flerov de Réactions Nucléaires à Doubna pour étudier les caractéristiques de fission du noyau composé 302 Ubn*. Deux réactions nucléaires ont été utilisées, à savoir 244 Pu+ 58 Fe et 238 U+ 64 Ni. Les résultats ont révélé comment des noyaux tels que cette fission prédominent en expulsant des noyaux en coquille fermée tels que 132 Sn ( Z  = 50, N  = 82). Il a également été constaté que le rendement de la voie de fusion-fission était similaire entre les projectiles 48 Ca et 58 Fe, suggérant une utilisation future possible des projectiles 58 Fe dans la formation d'éléments superlourds.

En 2008, l'équipe du GANIL , France, a décrit les résultats d'une nouvelle technique qui tente de mesurer la demi-vie de fission d'un noyau composé à haute énergie d'excitation, puisque les rendements sont nettement supérieurs à ceux des canaux d'évaporation de neutrons. C'est également une méthode utile pour sonder les effets des fermetures de coquilles sur la capacité de survie des noyaux composés dans la région super-lourde, ce qui peut indiquer la position exacte de la prochaine coquille de protons ( Z  = 114, 120, 124 ou 126). L'équipe a étudié la réaction de fusion nucléaire entre des ions uranium et une cible de nickel naturel :

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

Les résultats ont indiqué que les noyaux d'unbinilium ont été produits à une énergie d'excitation élevée (~70 MeV) qui ont subi une fission avec des demi-vies mesurables d'un peu plus de 10 -18 s. Bien que très court (en effet insuffisant pour que l'élément à considérer par l' IUPAC existe, car un noyau composé n'a pas de structure interne et ses nucléons n'ont été arrangés en coquilles qu'après avoir survécu pendant 10 -14  s, lorsqu'il forme un nuage électronique ), la capacité de mesurer un tel processus indique un fort effet de coque à Z  = 120. À une énergie d'excitation plus faible (voir évaporation des neutrons), l'effet de la coque sera renforcé et les noyaux à l'état fondamental devraient avoir une moitié relativement longue -des vies. Ce résultat pourrait expliquer en partie la demi-vie relativement longue de 294 Og mesurée lors d'expériences à Dubna. Des expériences similaires ont indiqué un phénomène similaire à l' élément 124 mais pas pour le flerovium , suggérant que la prochaine coquille de protons se trouve en fait au-delà de l'élément 120. En septembre 2007, l'équipe de RIKEN a commencé un programme utilisant des cibles de 248 cm et a indiqué de futures expériences pour sonder la possibilité que 120 soit le prochain nombre magique de protons (et 184 étant le prochain nombre magique de neutrons) en utilisant les réactions nucléaires susmentionnées pour former 302 Ubn*, ainsi que 248 Cm+ 54 Cr. Ils ont également prévu de cartographier davantage la région en étudiant les noyaux composés à proximité 296 Og*, 298 Og*, 306 Ubb* et 308 Ubb*.

Atomique et physique

Étant le deuxième élément de la période 8 , l'unbinilium devrait être un métal alcalino-terreux, en dessous du béryllium , du magnésium , du calcium , du strontium , du baryum et du radium . Chacun de ces éléments a deux électrons de valence dans l'orbitale s la plus externe (configuration électronique de valence n s 2 ), qui se perd facilement dans les réactions chimiques pour former l'état d' oxydation +2 : ainsi les métaux alcalino-terreux sont des éléments plutôt réactifs , avec le exception du béryllium en raison de sa petite taille. L'unbinilium devrait continuer la tendance et avoir une configuration électronique de valence de 8s 2 . On s'attend donc à ce qu'il se comporte comme ses congénères plus légers ; cependant, il est également prévu qu'il diffère des métaux alcalino-terreux plus légers dans certaines propriétés.

La principale raison des différences prédites entre l'unbinilium et les autres métaux alcalino-terreux est l' interaction spin-orbite (SO) — l'interaction mutuelle entre le mouvement et le spin des électrons . L'interaction SO est particulièrement forte pour les éléments superlourds parce que leurs électrons se déplacent plus rapidement - à des vitesses comparables à la vitesse de la lumière - que ceux des atomes plus légers. Dans les atomes d'unbinilium, il abaisse les niveaux d'énergie des électrons 7p et 8s, stabilisant les électrons correspondants, mais deux des niveaux d'énergie des électrons 7p sont plus stabilisés que les quatre autres. L'effet est appelé division de sous-shell, car il divise le sous-shell 7p en parties plus stabilisées et moins stabilisées. Les chimistes informaticiens comprennent la scission comme un changement du deuxième nombre quantique ( azimutal ) l de 1 à 1/2 et 3/2 pour les parties plus et moins stabilisées de la sous-couche 7p, respectivement. Ainsi, les électrons externes 8s de l'unbinilium sont stabilisés et deviennent plus difficiles à éliminer que prévu, tandis que les électrons 7p 3/2 sont déstabilisés en conséquence, leur permettant peut-être de participer à des réactions chimiques. Cette stabilisation de l'orbitale s la plus externe (déjà importante dans le radium) est le facteur clé affectant la chimie de l'unbinilium, et provoque l'inversion de toutes les tendances des propriétés atomiques et moléculaires des métaux alcalino-terreux après le baryum.

Rayons atomiques empiriques (Na–Cs, Mg–Ra) et prédits (Fr–Uhp, Ubn–Uhh) des métaux alcalins et alcalino-terreux de la troisième à la neuvième période , mesurés en angströms
Énergie d'ionisation empirique (Na–Fr, Mg–Ra) et prédite (Uue–Uhp, Ubn–Uhh) des métaux alcalins et alcalino-terreux de la troisième à la neuvième période, mesurée en électron-volt

En raison de la stabilisation de ses électrons externes 8s, la première énergie d'ionisation de l' unbinilium - l'énergie nécessaire pour retirer un électron d'un atome neutre - devrait être de 6,0 eV, comparable à celle du calcium. L'électron de l' atome d' unbinilium semblable à l' hydrogène - oxydé de sorte qu'il n'a qu'un seul électron, Ubn 119+ - devrait se déplacer si rapidement que sa masse est 2,05 fois celle d'un électron immobile, une caractéristique provenant des effets relativistes . À titre de comparaison, le chiffre pour le radium de type hydrogène est de 1,30 et le chiffre pour le baryum de type hydrogène est de 1,095. D'après de simples extrapolations des lois de la relativité, cela indique indirectement la contraction du rayon atomique vers 200  pm , très proche de celle du strontium (215 pm) ; le rayon ionique de l' ion Ubn 2+ est également abaissé en conséquence à 160 pm. La tendance de l'affinité électronique devrait également s'inverser de la même manière au radium et à l'unbinilium.

L'unbinilium devrait être un solide à température ambiante, avec un point de fusion de 680 °C : cela poursuit la tendance à la baisse du groupe, étant inférieur à la valeur 700 °C pour le radium. Le point d'ébullition de l'unbinilium devrait se situer autour de 1700 °C, ce qui est inférieur à celui de tous les éléments précédents du groupe (en particulier, le radium bout à 1737 °C), suivant la tendance périodique à la baisse. La densité de l'unbinilium a été prédite à 7 g/cm 3 , poursuivant la tendance à l'augmentation de la densité dans le groupe : la valeur pour le radium est de 5,5 g/cm 3 .

Chimique

Longueurs de liaison et énergies de dissociation des liaisons des dimères de métaux alcalino-terreux. Les données pour Ba 2 , Ra 2 et Ubn 2 sont prédites.
Composé Longueur de
liaison (Å)

Énergie de dissociation de liaison (eV)
Ca 2 4.277 0,14
Sr 2 4.498 0,13
Ba 2 4.831 0,23
Ra 2 5.19 0,11
Ubn 2 5.65 0,02

La chimie de l'unbinilium devrait être similaire à celle des métaux alcalino-terreux, mais il se comporterait probablement plus comme le calcium ou le strontium que comme le baryum ou le radium. Comme le strontium, l'unbinilium devrait réagir vigoureusement avec l'air pour former un oxyde (UbnO) et avec l'eau pour former l'hydroxyde (Ubn(OH) 2 ), qui serait une base forte , et dégagerait de l' hydrogène gazeux. Il devrait également réagir avec les halogènes pour former des sels tels que UbnCl 2 . Bien que ces réactions soient attendues des tendances périodiques , leur intensité réduite est quelque peu inhabituelle, car en ignorant les effets relativistes, les tendances périodiques prédisent que l'unbinilium est encore plus réactif que le baryum ou le radium. Cette réactivité réduite est due à la stabilisation relativiste de l'électron de valence de l'unbinilium, augmentant l'énergie de première ionisation de l'unbinilium et diminuant les rayons métalliques et ioniques ; cet effet est déjà observé pour le radium. la chimie de l'unbinilium à l'état d'oxydation +2 devrait être plus proche de la chimie du strontium que de celle du radium. D'autre part, le rayon ionique de l' ion Ubn 2+ devrait être plus grand que celui de Sr 2+ , car les orbitales 7p sont déstabilisées et sont donc plus grandes que les orbitales p des coquilles inférieures. Unbinilium peut également montrer l' état d'oxydation +4 , qui n'est observé dans aucun autre métal alcalino-terreux, en plus de l'état d'oxydation +2 qui est caractéristique des autres métaux alcalino-terreux et est également le principal état d'oxydation de tous les alcalins connus. métaux terrestres : cela est dû à la déstabilisation et à l'expansion du spineur 7p 3/2 , ce qui fait que ses électrons les plus externes ont une énergie d'ionisation inférieure à ce qui serait normalement attendu. L'état +1 peut également être isolable. De nombreux composés d'unbinilium devraient avoir un caractère covalent important , en raison de l'implication des électrons 7p 3/2 dans la liaison : cet effet est également observé dans une moindre mesure dans le radium, qui montre une contribution de 6s et 6p 3/2 à la liaison en fluorure de radium (RaF 2 ) et en astatide (RaAt 2 ), ce qui donne à ces composés un caractère plus covalent. Le potentiel de réduction standard du couple Ubn 2+ /Ubn est estimé à -2,9 V, ce qui est presque exactement le même que celui du couple Sr 2+ /Sr du strontium (-2,899 V).

Longueurs de liaison et énergies de dissociation de liaison de MAu (M = un métal alcalino-terreux). Toutes les données sont prédites, à l'exception de CaAu.
Composé Longueur de
liaison (Å)

Énergie de dissociation de liaison (kJ/mol)
CaAu 2,67 2,55
SrAu 2.808 2,63
BaAu 2.869 3.01
RaAu 2.995 2,56
UbnAu 3.050 1,90

En phase gazeuse, les métaux alcalino-terreux ne forment généralement pas de molécules diatomiques liées par covalence comme le font les métaux alcalins, car ces molécules auraient le même nombre d'électrons dans les orbitales de liaison et antiliaison et auraient des énergies de dissociation très faibles . Ainsi, la liaison M-M dans ces molécules se fait principalement par les forces de van der Waals . Les longueurs de liaison métal-métal dans ces molécules M 2 augmentent dans le groupe de Ca 2 à Ubn 2 . D'autre part, leurs énergies de dissociation des liaisons métal-métal augmentent généralement de Ca 2 à Ba 2 puis chutent à Ubn 2 , qui devrait être la plus faiblement liée de toutes les molécules homodiatomiques du groupe 2. La cause de cette tendance est la participation croissante des électrons p 3/2 et d ainsi que de l'orbitale s contractée de manière relativiste. A partir de ces énergies de dissociation M 2 , l' enthalpie de sublimationH sub ) de l'unbinilium est estimée à 150 kJ/mol.

Longueurs de liaison, fréquence harmonique, anharmonicité vibrationnelle et énergies de dissociation de liaison de MH et MAu (M = un métal alcalino-terreux). Les données pour UbnH et UbnAu sont prévues. Les données pour le BaH sont tirées de l'expérience, à l'exception de l'énergie de dissociation des liaisons. Les données pour le BaAu sont tirées de l'expérience, à l'exception de l'énergie de dissociation des liaisons et de la longueur des liaisons.
Composé Longueur de
liaison (Å)

Fréquence harmonique ,
cm −1

Anharmonicité vibrationnelle ,
cm −1

Énergie de dissociation de liaison (eV)
UbnH 2,38 1070 20.1 1,00
BaH 2.23 1168 14,5 2.06
UbnAu 3.03  100  0,13 1,80
BaAu 2,91  129  0,18 2,84

La liaison Ubn- Au devrait être la plus faible de toutes les liaisons entre l'or et un métal alcalino-terreux, mais devrait toujours être stable. Cela donne des enthalpies d'adsorption de taille moyenne extrapolées (−Δ H ads ) de 172 kJ/mol sur l'or (la valeur du radium devrait être de 237 kJ/mol) et de 50 kJ/mol sur l' argent , le plus petit de tous les métaux alcalino-terreux, qui démontrer qu'il serait possible d'étudier l' adsorption chromatographique de l'unbinilium sur des surfaces en métaux nobles . Les valeurs de Δ H sub et −Δ H ads sont corrélées pour les métaux alcalino-terreux.

Voir également

Remarques

Les références

Bibliographie